一项让数字钢琴脱胎换骨的创新技术

郭先

钢琴胞组模型

关键词：
DSP       数字信号处理器         （集成电路芯片）

许多“数字化”项目的应用效果介于成功与失败之间，市场因此很难定位，数字钢琴就是其中非常典型的一例。数字钢琴同钢琴比有许多优势：多功能、不需调律、便携、易于电教、可编辑……，可是它有一个致命的弱点——音色不佳，即便是最高档的数字钢琴，其音色表现力也远比不上一台低档普通钢琴。
“钢琴的声音是木头里出来的，数字钢琴的声音是电声喇叭里出来的，当然不一样！”　这是很流行的一种偏见，因为很少有人自问：为何音响中的CD钢琴曲是那样完美，那不也是从电声喇叭里出来的吗？。
现在我们知道，是前端采样音源的先天缺陷造成了数字钢琴的声音硬伤，而不是后端音响系统的毛病，目前市场上的数字钢琴，不论新旧中外、不论何种品牌，无一不是用的“采样音源”技术，毛病比较一致，大同小异：音色单调、呆板和重复。
现在，终于有了一个完全不同于“采样音源”的“钢琴胞组模型”技术，它以“参数编码”的方式构造了钢琴中对声音有贡献的主要部件的数学模型，这些模型在弹奏时会即时形成钢琴完美的声音，而不是预存“波表”的重放，从而完全消除了采样音源的先天缺陷 。
“钢琴胞组模型”是反映钢琴发声机理的数学模型，它按照发声过程的物理原理构造了一组模型胞：碰撞小胞、泛音小胞、音板干胞、铁骨干胞和箱体干胞。每个模型胞的行为规则是可设计的，一旦设计确认，各模型胞将在规则的约束下对外界的刺激做出反应。比如，当某键发生触键动作时，会引起“钢琴胞组模型”进行下列数学运算——碰撞小胞会依据触键力度的大小去直接撞击该键的各泛音小胞，同时还间接的去撞击音板干胞、铁骨干胞和箱体干胞，然后各泛音小胞产生横振动、纵振动和倍频振动，这些振动通过各干胞产生最终的合成输出波形，其它所有键的各泛音小胞也都可以通过干胞的耦合做出不同程度的关联反应。与此同理,随机的连续不断的演奏动作对于这些模型胞来说，不过是无数个刺激的组合罢了。
   “钢琴胞组模型”具有开放的结构，非常容易修改和引入新的胞体，它的算法简洁直观，由该算法构成的软系统完全可控，其稳定性的边界条件也是可测的，最重要的是它的信号流程清晰，可以直接用现有高速浮点DSP的指令描述。
不难想象，基于“钢琴胞组模型”技术的数字钢琴继承和进入钢琴市场将是水到渠成的事，而且还会产生对钢琴内外市场通吃的局面，各种数字化应用的新领域自然也会浮出水面，创造许多新的市场和商业机会。

korg

这篇文章广告气息好浓啊，呵呵，所谓的“细胞模型”，是物理模型的翻版吧？


还有：
【可是它有一个致命的弱点——音色不佳，即便是最高档的数字钢琴，其音色表现力也远比不上一台低档普通钢琴。】
不知这是哪个世纪的事

sylion

楼主说的“钢琴胞组模型”技术？现在有实际应用的产品吗？
我想，检验的标准只能是我们自己的耳朵。

真真正正

想法很好，就是不知道什么时候才有使用这种技术的电钢琴出现。

当归蛋

就是物理建模技术，早在YAMAHA VL70M音源上就实现了，不过VL的发音数只有1。

潘杰

郭先,您提到的所谓“钢琴胞组模型”技术，严格说，只是Yamaha 提出的VA合成技术的翻版，里面并没有什么新的东西。从科学的角度来看，以所谓的“胞”来作为数学模型的称呼是不严肃的，在数字音乐技术上，我们应该以“数字模型”或者“物理模型”来称呼它们。Yamaha早年推出的VL物理模型音乐合成器得到音乐家和键盘手的高度赞扬，但是并没有在全球形成大规模的气候，最重要的原因是它的生产成本实在太高了，它的CPU处理器就占了合成器一半的成本，市场零售价高达5000美圆。而且只有一个发音数，49键。如下图。后来Korg、Roland、Access等乐器厂家都相继推出物理模型合成器，但是都没有形成规模。

Yamaha物理模型音乐合成器VL1





Yamaha VL1 我自己有一台，但是现在很少用了，一直放在地下室。从发展和键盘演奏的角度考虑，我认为VA技术至少在10年不会形成主流。

adi_kd

在北京见过一台VL1，但是比较古老了。

adi_kd

“可是它有一个致命的弱点——音色不佳，即便是最高档的数字钢琴，其音色表现力也远比不上一台低档普通钢琴。”，您说的这句话的确有待商议！楼主欠考虑！

潘杰

1993年，YAMAHA率先推出了世界上第一台物理模型（Physical Modeling）合成器VL-1。VL-1创造出全新的与众不同的声音，这是因为VL-1采用的物理模型技术与其他各种合成技术均不同，它是通过分析每一种乐器的发声原理，用算式模型（所谓物理模型更严格地说，就是采用一定的算法来精确描述物理发声情况，即算式模型，其表现形式往往是若干函数），来模拟真实发声情况。和只能播放某一特点的数字录音的取样播放系统（采样回放）相比，VL-1可以将一种乐器的物理模型改变，以产生完全富有“个性”和“人性”化的声音。具体举一个例子，吉他的物理模型应考虑到以下几个因素：手指拨弦的力度、把位的高低、琴弦的材料和吉他本身的材料对音色的影响、声音在共鸣箱的振动情况，只有这些因素都被分析清楚，并且找到相应的函数和参数之后，才可能让合成器以真实乐器同样的发声原理来产生声音。其他乐器亦然。很自然，物理模型在创造声音时，在很大程度上依赖于大量的电脑数据处理。由于电子运算成本极高，VL-1合成器的售价高达5000美元，不过随着计算机的不断发展，专门处理器的价格也在下降，物理模型采样合成器的价格也在下降。

夫夫

原贴由 李郁 发表于 2004-10-22 11:24 PM:
“可是它有一个致命的弱点——音色不佳，即便是最高档的数字钢琴，其音色表现力也远比不上一台低档普通钢琴。”，您说的这句话的确有待商议！楼主欠考虑！

这说法分明是小孩都不会认同的！！

5945

恩，是的
就象乒乓球运动员一样，横拍选手肯定是打不好直拍的