物理合成音樂

2012/10/16 |

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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