Скрипки Страдивари стоят 16 миллионов, и ученые впервые поняли, за что

Ученым удалось создать виртуальную копию скрипки Страдивари Подлинные скрипки Страдивари продаются на аукционах за 4–16 миллионов долларов, а последняя из них была изготовлена в 1737 году. Музыканты, которым посчастливилось играть на оригинале, описывают его звук как мощный, чистый и невероятно отзывчивый, он заполняет концертный зал, но при этом реагирует на малейшее прикосновение смычка. Недавно команда инженеров впервые построила полноценную физическую модель скрипки Страдивари, которая генерирует звук не из записей, а из уравнений, описывающих поведение дерева, лака, струн и воздуха. Да, ученые снова взялись за музыку, прямо как когда изучали наши музыкальные вкусы. Как ученые создали виртуальную скрипку Отправной точкой стала знаменитая скрипка Titian Stradivarius 1715 года — инструмент из так называемого Золотого периода Страдивари (1700–1720), когда мастер довел до совершенства форму, пропорции, толщину дерева и лак своих скрипок. Исследователи сделали компьютерную томографию инструмента, восстановили его трехмерную форму и разбили ее на миллионы крошечных элементов. Каждому элементу присвоили реальные физические свойства: ель для верхней деки, клен для задней, эбеновое дерево для накладки грифа, лак и современные стальные струны. Оригиналы Страдивари делались полностью из дерева и лака, но сегодня на них играют с металлическими струнами. Но самый важный шаг — моделирование скрипки и воздуха как единой системы , где дерево двигает воздух, а воздух давит обратно на дерево, по третьему закону Ньютона. Когда ученые убрали это двустороннее взаимодействие из модели, важные резонансы сместились больше чем на полутон, а громкость некоторых частот изменилась на 10 децибел. Проще говоря, без учета обратного влияния воздуха, виртуальная скрипка переставала звучать как настоящая. Будь в курсе новых событий по максимуму — подписывайся на наш канал в Max ! Чем виртуальная скрипка отличается от плагинов Современные виртуальные инструменты (VST-плагины) для композиторов и продюсеров звучат впечатляюще. Например, Stradivari Violin от Native Instruments построен на детальных записях скрипки Vesuvius Stradivari 1727 года — тысячи нот, переходов, динамических оттенков и артикуляций, сшитых программным обеспечением. Большая часть скрипичной музыки в кино сделана именно так, и большинство слушателей не заметят подвоха. Но у сэмплированных библиотек есть фундаментальное ограничение: они фиксируют звук конкретного инструмента в момент записи. Они не могут ответить на вопрос, как изменится звучание, если сделать деку тоньше, изменить форму резонаторных отверстий на верхней деке или заменить ель на клен. Компьютерная модель работает иначе — она вычисляет звук из физики , а не воспроизводит записи. Это делает ее похожей не на синтезатор, а скорее на аэродинамическую трубу для проектирования скрипок. Правда, одно вычисление занимает 8–10 часов на четырех мощных рабочих станциях Dell Precision 7960, хотя ускорение на GPU может существенно сократить это время. Читайте также: Все музыкальные инструменты в мире настроены неправильно — теория заговора о 440 Гц Что сыграли на виртуальной скрипке На данный момент виртуальная скрипка умеет воспроизводить только пиццикато , звук щипка струны. Исследователи сыграли на ней фрагменты Фуги соль минор Баха и песню «Daisy Bell», в качестве отсылки к истории компьютерного звука. В 1961 году компьютер IBM впервые спел эту песню с помощью ранней технологии синтеза речи, а позже этот момент был увековечен в фильме «Космическая одиссея 2001 года», когда отключаемый компьютер HAL 9000 поет «Daisy Bell». Моделирование смычка — задача куда более сложная. Смычок цепляет струну, отпускает, проскальзывает и цепляет снова в нелинейном танце трения, давления, скорости, канифоли и намерения музыканта. Авторы исследования прямо указывают, что взаимодействие смычка со струной остается активной областью исследований и оставлено для будущей работы. Даже текущее звучание пиццикато далеко от идеала, и некоторые коммерческие VST-инструменты звучат убедительнее. Но красивый звук и не был целью. Профессор Николас Макрис признал, что звук может казаться механическим: Мы используем одну и ту же стандартную функцию щипка для каждой ноты. Музыкант адаптирует способ извлечения звука, вкладывая больше чувства в отдельные ноты. Но эти тонкости можно будет добавить. Как создаются скрипки Традиционное скрипичное мастерство — процесс медленный и дорогой. Мастер (лютье) может тщательно подобрать древесину и выверить размеры, но полный тембр инструмента проявляется только после того, как скрипка уже собрана. Как объяснил научный сотрудник Юмин Лю: Сейчас люди пытаются улучшать дизайн постепенно — строят скрипку, сравнивают звук, вносят изменение в следующий инструмент. Это очень медленно и дорого. Теперь можно внести изменение виртуально и услышать результат. Команда проверила это на практике, меняя параметры виртуальной скрипки: При утончении верхней и нижней дек до 2 мм усилился отклик на низких частотах, но ослабли высокие; При утолщении дек до 4,5 мм важные низкочастотные резонансы ослабли и сместились вверх; На низких нотах основную роль в излучении звука играл воздушный поток через эфы, а на высоких — вибрация самих дек, причем верхняя дека вносила больший вклад, чем задняя. Эти результаты совпали с эмпирическими правилами мастеров: слишком тонкие деки дают громкость, но обедняют гармоники , а слишком толстые — душат звук. Модель не заменяет ремесло, но позволяет проверить идею до того, как будут потрачены месяцы работы и редкая древесина. Мы не утверждаем, что способны воспроизвести магию мастера, мы просто пытаемся понять физику скрипичного звука и, возможно, помочь мастерам в процессе проектирования, — подчеркнул Макрис. Почему одна и та же скрипка звучит по-разному Модель дала ответ и на вопрос, знакомый каждому, кто бывал на концерте: почему один и тот же инструмент звучит иначе в зависимости от того, где вы сидите? Скрипка излучает звук не как маленький динамик, равномерно во все стороны. Разные частоты покидают инструмент по разным схемам. Низкие ноты распространяются широко, а высокие обертоны выстреливают направленными лепестками, создавая зоны с сильным и слабым звуком вокруг исполнителя. Визуализация распространения звука от скрипки в концертном зале Исследователи смоделировали, как звук открытой струны Ре достигает разных точек вокруг скрипки. Некоторые гармоники вроде октавы, квинта и терции оказались сильными в одном направлении, но слабыми в другом. Это значит, что «рецепт» тембра, который слышит конкретный слушатель, зависит от его места в зале. В реальном помещении отражения от стен и потолка частично компенсируют это, но для мастеров, исполнителей и акустиков модель дает редкую возможность заглянуть в «погодную карту» давления вокруг инструмента. Раскрыт секрет успешности музыкантов: что делать, чтобы стать известным? Как цифровая модель Страдивари изменит скрипичное мастерство Важно понимать, что именно эта работа утверждает, а что — нет. Авторы не заявляют, что нашли рецепт точного воспроизведения Страдивари . Они называют свою модель «вдохновленной Titian», потому что точные свойства материалов, дефекты и скрытые детали оригинального инструмента до конца неизвестны. Но исследование открывает принципиально новый подход. Вместо споров о том, насколько важен один элемент по сравнению с другим, теперь можно изменить именно этот элемент и услышать результат. Физические модели такого уровня указывают на будущее, в котором музыкальные инструменты становятся редактируемыми системами. Мастер сможет проверить десяток вариантов толщины дек, прежде чем возьмётся за стамеску. А музей сможет дать людям послушать хрупкий исторический инструмент, не подвергая его риску. Еще больше познавательных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале. Подпишитесь прямо сейчас! Пока виртуальный Страдивари щипком играет Баха и «Daisy Bell», ожидая смычка. Но даже в таком виде это самая подробная физическая симуляция скрипки из когда-либо созданных — и первый шаг к тому, чтобы трёхсотлетняя загадка Кремоны стала чуть понятнее. Результаты исследования опубликованы в научном журнале npj Acoustics.
Batafsil | Подробно | Read more... Hi News