通过算法生成乐器声音答案

【问题标题】：Generate musical instrument sounds algorithmically通过算法生成乐器声音
【发布时间】：2010-05-16 18:00:22
【问题描述】：

是否可以仅使用算法生成乐器的声音？还是只能通过预先录制的声音样本来完成？

【问题讨论】：

标签： algorithm audio

【解决方案1】：

Wavetable 合成 (PDF) 是真实乐器合成中最现实的方法，因为它会采样并稍微改变它们（例如添加颤音、表情等）。

大多数乐器（尤其是管乐器和铜管乐器）生成的波形非常复杂，以至于纯算法合成尚未优化到足以在当前硬件上运行 - 即使是这样，编写这种算法的技术复杂性也很大.

有趣的网站here。

【讨论】：

网上有教程说明如何生成特定乐器的特定音符的声音吗？例如。钢琴上的 A4 (440Hz) 包含所有方程式和变量的分步指南...
@LaSha：从页面@Andy 链接到：“最终，使用加法合成效率不高。在实践中，您必须添加大量频率才能使声音逼真。我已经接近了在添加近百个频率分量后重现原声钢琴的音符。具有尖锐起音包络的乐器，如锤子撞击钢琴，需要许多频率才能使尖锐的开头听起来正确。”
@ergrunin：确实需要添加许多频率分量，但是有诸如 FM（频率调制）之类的合成技术允许添加许多频率分量，而只需要几个正弦曲线即可生成它们。因此，加法合成不一定是低效的。

【解决方案2】：

完全有可能——这是synthesizers 所做的事情之一。

有可能并不意味着它很简单。合成器通常很昂贵，而且使用的算法数量也很复杂——我之前链接的维基百科页面有其中一些的链接。

预先录制的声音使用起来更简单、成本更低，但它们也有其局限性——例如，它们听起来更“重复”。

【讨论】：

【解决方案3】：

几年前，Sound on Sound 杂志推出了一个名为“Synth Secrets”的优秀系列，现在可以免费使用viewed online。它们很好地介绍了硬件合成器（模拟和数字）中使用的技术类型，并包括一些讨论复制某些真实世界乐器声音的困难的文章，例如弹拨和弓弦、铜管乐器、军鼓、原声钢琴等等

【讨论】：

【解决方案4】：

经过几天的狩猎，这是我找到的最好的资源：@987654321@

这是合成声音主题的宝库。

STK 例如，this page 链接到一个合成字符串的 C 示例，还有一个用 C++ 编写的声音工具包STK 来协助这项工作。

这会让我在研究它的时候保持安静几个星期。

【讨论】：

【解决方案5】：

确实如此，而且有很多方法。 Wolfram 最近发布了WolframTones，它（如果您知道 Wolfram，这不足为奇）使用元胞自动机。其功能的详细描述是here。

【讨论】：

【解决方案6】：

Karplus 强算法可以很好地合成弹拨弦。它也可以用几行 C 来编码。你创建一个浮点的循环缓冲区（长度与波长成比例，即 1/f），并在 -1 和 1 之间填充随机噪声。

然后循环：每个循环，将当前索引处的值替换为前两个值的平均值，并发出这个新值。

index = (index+1) % bufSize; 
outVal = buf[index] = decay * 0.5 * ( buf[index-1] + buf[index-2] );

生成的字节流为您提供声音。当然，这可以进行大量优化。

为了让你的声波在一秒后衰减到原始强度的 0.15，你可以这样设置衰减：

#define DECAY_1S =.15
Float32 decay = pow(DECAY_1S, 1.0f / freq);

注意：您需要调整原始缓冲区的大小，使其包含一个完整的波形。因此，如果您希望生成 441Hz 的声音，并且您的采样率为 44.1KHz，那么您需要在缓冲区中分配 100 个元素。

你可以把它想象成一个共振室，它的基本频率是 441Hz，最初是通电的，同时能量从环中的每个点向外消散。神奇的是，它似乎将自己组织成基本频率的泛音。

谁能发布更多算法？连续音的算法怎么样？

【讨论】：

Karplus-Strong-algorithm-Python (2017, ~ 20 pages) 有描述、图片、代码sn-ps、音频样本、IPython notebook: 5* .

【解决方案7】：

除了此处提供的答案之外，还有分析合成框架可以构建输入声音的数学模型（通常基于捕获正弦或噪声分量的轨迹），从而允许转换和重新合成。一些著名的框架是：SMS（可通过CLAM C++ 项目获得）和 Loris。

乐器的物理模型也是一种选择 - 它们模拟乐器的物理特性，例如簧片刚度、气孔孔径、按键声，并且通常通过结合非线性效应（如过度吹气）来产生逼真的效果。 STK 是 C++ 中的这些框架之一。

这些框架通常比波表合成选项更重，但可以提供更多参数进行操作。

【讨论】：

【解决方案8】：

查克

This PDF 详细介绍了 SMule 如何为 iPhone 制作陶笛（我相信每个人都看过广告）。他们通过移植Chuck - Strongly-timed, Concurrent, and On-the-fly Audio Programming Language

做到了

这适用于 MacOS X、Windows 和 Linux。

【讨论】：

【解决方案9】：

我在 FM 合成方面取得了很多成功和乐趣。它是一种轻量级计算方法，是 1980 年代大量流行合成器声音的来源（是无处不在的 Yamaha DX-7 的基础）。

我确实使用它来即时生成声音，而不是使用录音。可以从http://philfrei.itch.io/referencenotekeyboard 获得一个即时生成的弦乐合成器声音的简单示例（免费下载，Win64）。同一程序中的风琴合成器是一个简单的加法合成算法。

我必须四处寻找一些关于这方面的好教程。我知道我们在 java-gaming.org 上讨论了很多，当时我试图弄清楚，然后帮助 nsigma 解决他的 FM 算法中的一个扭结。如果要将多个调制器链接到载波，主要是使用相位而不是频率调制。

这让我想起了！一种令人惊叹的基于 java 的声音生成器，可以生成多种不同形式的合成，并具有实时控制： PraxisLIVE

【讨论】：