0

0
0

文字

分享

0
0
0

物理合成音樂

國科會 國際合作簡訊網
・2012/10/16 ・1443字 ・閱讀時間約 3 分鐘

5 公尺的豎笛?沒見過。一隻蒼蠅在吉他的弦上嗡嗡叫?沒聽過。小號演奏家吹奏木板?不可能、不可能 …… 然而,真的不可能嗎?

Robert Desnos 應該會欣賞 Modalys 軟體的超現實色彩。這個由 René Caussé 帶領的聲音暨音樂協調研究所 (Ircam) 團隊創造出來的軟體,旨在以人工方式重現樂器,再將之以前所未見的方式呈現出來,其原理是物理模擬。René Caussé 表示:「與其他的聲音合成技術不同,我們的目標不是複製聲音,而是模擬構成聲音的物理系統」。

Modalys 將樂器分割為已知的基礎震動結構,例如面板、琴弦、吹管等等,接著組合這些結構,以便複製現存的樂器,或者創造新的樂器。該程式會透過計算來處理整體的傳聲效果,不管是撥弦、敲擊、擦弦、吹奏 ……,使用者只需要啟動樂器。作曲家 Philippe Manoury 表示:「對我而言,物理合成的最大好處在於我們使用的聲音物件非常接近真實的樂器。在創作的時候,我希望虛擬的聲音能跟真實樂器的聲音協調」。

這種聲音合成的研究已有三十年的歷史,第一代 Modalys 於 1987 年出現。Philippe Manoury 則是於 2007 年創作中提琴獨奏曲 (變奏曲) (Partita) 時,開始接觸這個技術。「我當時希望中提琴手在演奏時,也能即時觸發程式設定的絃」。然而這個想法對當時的技術而言有些過早,電腦運算所需的時間太長,得出的聲音過於簡略。

重拾構想,是因為聲音暨音樂協調研究所的科學家正在研究如何提升 Modalys 的現實感,將演奏者的動作整合到聲音合成中。正在準備博士論文的年輕小提琴愛好者 Matthias Demoucron 便為此而使用一個簡易的小提琴模型,並透過運弓的位置、弓速以及力道等變數來控制之。他也透過特別設計的裝置與動作捕捉器來記錄演奏者的動作,接著分析這些資訊並加以模組化。René Caussé 樂觀地表示:「這項研究的成果超乎我們的預期,合成出來的聲音非常接近真實的小提琴」。

這個研究成果以及運算技術的進展,讓 Philippe Manoury 於 2010 年再度把這項技術應用到新作品中。他表示:「我寫了一首弦樂四重奏 Tensio。曲子第二部份就是虛擬演奏緊繃在小提琴音箱上的弦。我把自然的物理性動作推展至極限,得到了非常驚人的聲音效果,包括最大限度的壓弓力道、接近零的移弓速度等超越人類極限的響弦模式。這些高頻音讓我完全地著迷」。

Philippe Manoury 接著希望把 Modalys 應用在鋼琴作品上,並決定再次使用這個軟體來創作鋼琴協奏曲 Echo-Daimonon,讓鋼琴家與樂團以及數架虛擬鋼琴對話。「我原先的構想是讓鋼琴家透過踏板來控制仿製鋼琴弦上的虛擬手指,並由此獲得前所未有的和弦」,但是他遇到了一些困難。

首先,電腦運算的時間仍是個障礙,使他必須限制模組化的琴弦數量。其次,他認為,與真正的鋼琴相較之下,合成聲音的音質仍顯得貧乏。René Caussé 表示:「鋼琴的模組化是個令人頭痛的問題。我們已經解決了琴槌擊弦以及擊槌氈非線性特性的問題,但還沒有解決琴體與琴弦震動的共振問題」。

事實上,大部份的鋼琴琴音由三條不太和諧的弦共同發出。這種不協調會造成琴弦之間的能量傳遞,進而達到延長聲響的效果。一條弦在震動時會引發其它琴弦的共振,使聲響更加擴大。這些音響學現象都是目前研究人員還無法有效模擬出來的。

Philippe Manoury 遇到的另一個音響學問題是:將手指放在琴弦上來抑止震動,得出的聲音並不足以與樂團抗衡。最後到了五月中旬,他還是在創作 Salle Pleyel 戲曲的前兩週,放棄使用 Modalys。不過他還是抱持樂觀的態度:「僅管目前的經驗不算成功,卻帶給我許多新的靈感。一但技術有新的突破,我會再次嘗試」。正因為目前沒有任何一台鋼琴可以讓演奏者用踏板來控制手指觸弦,那麼,何樂而不為呢?

作者:駐法國代表處科技組

資料來源:法國《世界報》(Le Monde),2012 年 6 月 16 日

轉載自 國科會簡訊網

文章難易度
國科會 國際合作簡訊網
47 篇文章 ・ 2 位粉絲

0

4
0

文字

分享

0
4
0

「數」養生活就從今天開始!談談數學教育的跨領域思維 ft. 數感實驗室賴以威老師【科科聊聊 EP.58】

PanSci_96
・2021/09/24 ・2816字 ・閱讀時間約 5 分鐘

賴以威老師近年來不餘遺力的推廣數學教育,他與數感實驗室的團隊前進校園,設計好玩好學的國小實驗課、以身作則的舉辦教師研習、還配合國中課業需求推出必修課與題本,業務早已超過數感實驗室剛成立時的規模。一路走來雖然秉持一貫的教育理念,但在教育現場實現了多少?改變了什麼?本集泛泛泛科學邀請賴以威老師談談數學教育的探究、實作與跨領域思維!

不餘遺力地推廣數學教育的賴以威老師。圖/賴以威 提供
  • 02:03 數感實驗室的數學教育

數感實驗室」一開始是賴以威老師與太太 Stacy 於 2016 年成立的粉專,主要刊登數學文章,不過後來發現都是大人在看,粉專並沒有適合小朋友的數學教育,夫妻倆便著手開發好用、好學、好玩的數學課程,從知識切入,跨領域整合數學、科學、歷史、人文、藝術等領域。

延伸閱讀:數學風箏│巨大化,正四面體風箏!在家防疫DIY【數學實驗課】國小數學實驗課 秋季視訊班

開發好玩又好學的數學課程。圖/賴以威 提供
  • 05:50 以威老師如何做到跨域整合?

以威老師表示最原始的動力當然是興趣使然,除此之外還跟他在博士班培養出來的能力有關:研究方法、定義問題、找資料、實現概念,這些能力不僅限於研究,更一路演變成他後來從事科普的技能。下關鍵字、判別可信度、延伸搜尋、產生內容…這些都需要經驗累積。「只講科學不講故事很可惜」,他認為科普內容都要帶出科學背後的意義,所有科學事件都是一個故事,可以多面向探討,自然而然的做到跨領域。

  • 11:20 108 課綱期望學生達到的素養是否太強人所難?

以威老師坦承 108 課綱講求的探究活用精神是他到研究所才掌握的能力,這樣要求國高中生似乎其困難。但是以前的教學觀念不一定要蕭規曹隨,小孩能否學會什麼都是可以討論的,「探究活用」是看待知識的態度,的確有可能在國高中階段就學會。

延伸閱讀:數感盃

  • 16:12 我們該以什麼態度看待新課綱?

如果我們把新課綱定義為培養好奇心,為了滿足好奇心,學生必須主動探究知識,而不是被動學習。好奇心就是這個時代學習的重要因素。當課堂不再是知識的唯一管道,老師不一定得擔任教學角色,當老師必須做的事變少了,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。

老師不一定得擔任教學角色,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。圖/賴以威 提供
  • 18:21 實務上有這麼理想嗎?

在數感實驗室舉辦的教師研習中,團隊遇過非常積極的老師、也遇過只習慣過去教法而否定新教法的老師,賴以威覺得這都在所難免,數感只能做更多研習,讓更多老師認同教學理念,並提供材料幫助老師無痛轉換。而家長與孩童方面,偶而也會有人反應都沒算到數學題目,對新教法不甚理解,這些都需要慢慢溝通。參與新課綱的人很多:老師、家長、學生、政府、大學、民間團體…我們都需要勾勒出共同的理想。

  • 23:55 何謂「數感」?

團隊認為數感分成「察覺關聯」與「應用數學分析決策」兩個層次。對不熟悉的人來說還是要輔以大量舉例才有機會了解,對孩童來說得花更多時間領會。所以團隊鼓勵大家來參加數感實驗室的活動,從機器人輸入輸出的參數體會函數概念、蓋紙房子學習錐體柱體與建蔽率、還有這次的四面體風箏與曲線刺繡都是數感的一種!

追蹤:數感活動

孩童正製作的四面體風箏也是數感的一種!圖/賴以威 提供
  • 28:10 人人有數感

Uber 饗食方案划算嗎?集點卡可以省多少錢?股票會賺嗎?人們平日的決策過程都是數感的表現,但是很多人卻把自己會的數學當作常識,自己不會的數學當做數學。其實,只要有算就是數學,意識到更多生活方面都可以應用數學還可以幫助我們過更好的生活。當你不排斥其他領域,就能夠處理更多知識、解決更多問題。

  • 31:57 教學理念與升學表現的平衡

一昧在教學中強調好奇心又太過理想化,尤其國中生有升學壓力必須顧及學業表現。數感團隊也在拿捏,從強調好奇心的數學課向升學的方向靠攏。像是數感的國中課程就有許多建立數學情境的素養題目:講求平均值的區間測速、二十進位的瑪雅數字、正負數計算高鐵票價,這樣同時培養了探究實作的素養也搭配學校課程幫助課業表現。

延伸閱讀:不需要測速照相機就能抓超速?區間測速原理大解析- PanSci 泛科學

  • 38:13 數感實驗室的課程設計

數感實驗室目前堆出的課程有國小與國中兩種,國小數學實驗課以引發好奇心為主,國中必修課與生活情境連結幫助課業提升。

其中九年級非選實戰題考驗著把文字轉換為數學問題的能力,是學生最缺乏也最難教的,甚至很多高中生都還再學習。從這點來看,有老師認為七年級題本也可以給高中生做。當然數感也希望盡快開發出對應完整學程的課程讓所有學生直接使用。

另外題本也可視為科普文章,大人也可以寫喔。y 編回憶起學生時代的題目才發現都沒搞懂,因為以前的教學沒有連續的思維養成,希望現在的題本可以整合以前學習的片段知識。

  • 43:12 更多關於數感的資訊

追蹤數感實驗室官網,獲取精選文章、影片、課程與活動資訊、題本、還有賴以威老師親簽書籍喔!

節目的最後,以威老師也分享疫情期間的線上課程其實比較辛苦,但有些功能如軟體模擬、分組、Jamboard、延伸閱讀等等也是實體課程做不到的。另外線上課程不限地點皆可參加,連家人都可旁聽,這些特性都必須好好把握的。


泛泛泛科學 Podcast 這裡聽:


PanSci_96
207 篇文章 ・ 1123 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策