Digital Sound Synthesis by Physical Modeling Using the Functional Transformation Method pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Lutz Trautmann

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:2003-10-31

价格:USD 159.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306478758

丛书系列:

图书标签:

物理建模
数字音频
声音合成
功能变换法
乐器建模
信号处理
计算机音乐
音频算法
实时音频
音乐技术

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具体描述

This book derives and discusses the current state of the art in physical modelling of musical instruments for real-time sound synthesis. It includes the derivation of mathematical models in the form of partial differential equations for the vibrational description of strings, membranes/plates, and resonant bodies. Their solution and simulation is first described by classical methods, including finite difference method, digital waveguide method, and modal synthesis method. The focus of this book is on the new functional transformation method, providing an analytical solution to the underlying mathematical model. With its large number of examples, illustrations and comparisons to other modelling techniques, this book is an excellent reference for graduate courses on sound synthesis techniques, as well as a reference for researchers in acoustics, mechanics, operational mathematics, and electrical engineering.

本书探讨了数字音频合成的艺术与科学，聚焦于一种强大而富有洞察力的方法：基于物理模型的函数变换合成。在本书中，我们将深入理解声音的本质——它如何从物体振动、空气传播以及我们感知中产生。我们不会局限于简单的波形叠加，而是要解构声音产生的物理过程，并将其转化为可控的数字模型。这将使我们能够构建出听起来更加真实、细腻且富有表现力的声音，远远超越传统合成器所能达到的界限。核心的“函数变换方法”将成为我们探索的关键工具。这种方法提供了一种系统性的框架，用于将复杂的物理系统（如弦、膜、管、刚体等）的动态行为用数学函数来描述，并通过一系列可控的变换操作来模拟这些系统的演变。这意味着我们可以不再依赖于预设的音色库，而是根据我们对物理世界的理解，从零开始设计和塑造出我们想要的声音。本书将逐步引导读者掌握以下关键概念和技术：物理建模基础: 从最基本的振动方程出发，理解什么是简谐振动，以及更复杂的振动模式如何影响声音的音高、音色和动态。我们将探讨不同物理材料（如金属、木材、弦线）的声学特性，以及这些特性如何影响其振动行为和最终发出的声音。离散化与数值模拟: 真实的物理系统是连续的，而数字计算机处理的是离散的数据。本书将详细介绍如何将连续的物理模型转化为可以在计算机上执行的离散化方程，并运用各种数值积分方法来模拟系统的动态演化。我们将讨论不同离散化技术（如有限差分法、有限元法）的优缺点及其在音频合成中的应用。函数变换的原理: 这一部分是本书的核心。我们将深入研究如何将物理系统的状态（如位移、速度、张力等）表示为数学函数，并通过一系列“变换”来模拟这些函数随时间的变化。这些变换可能涉及微分、积分、卷积、傅里叶变换等操作，我们将详细解释它们如何对应于物理过程（如力的作用、能量的传递、共振的产生）。模块化与组合: 复杂的乐器或声音效果往往是多个简单物理系统的组合。本书将展示如何将不同的物理模型进行模块化设计，并通过“连接”这些模块来构建更加复杂的声音合成器。例如，我们可以将一个模拟弦的振动模块与一个模拟音箱腔体共振的模块连接起来，以创造出逼真的吉他音色。实时合成与性能优化: 物理建模合成在计算上可能非常密集。本书将探讨如何优化模型以实现实时合成，确保合成器能够响应音乐家的演奏指令，生成流畅且低延迟的音频。我们将讨论算法优化、并行计算等技术，以提高合成效率。高级应用与实例: 除了基础理论，本书还将提供一系列精心设计的实例，涵盖从简单的单音合成到复杂的管弦乐器、打击乐器、乃至非传统声音的设计。我们将分析这些乐器的物理原理，并展示如何使用函数变换方法构建相应的合成模型。通过这些实例，读者将能够将所学知识融会贯通，并激发自己的创新灵感。无论您是音频工程师、音乐技术专业学生、对数字信号处理感兴趣的程序员，还是希望深入了解声音本质的音乐家，本书都将为您提供一个全面而深刻的视角。您将学会如何不仅仅是“生成”声音，而是真正地“设计”声音，赋予数字音频前所未有的真实感、表现力和创造力。本书的目标是让读者能够理解声音的物理根源，并掌握一种强大的数学工具，从而在数字音频合成领域开辟新的可能性。准备好踏上这段激动人心的旅程，去探索声音的无限世界吧。