科學(xué)家在超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行樂器的超現(xiàn)實(shí)模擬創(chuàng)造出逼真的數(shù)字音樂

2016年，當(dāng)意大利音樂家和作曲家加迪·沙遜在米蘭的一場(chǎng)搖滾音樂會(huì)后臺(tái)遇到米歇爾·杜切斯基時(shí)，他還沒有用“龍之火”吹奏小號(hào)，或者用“細(xì)若針尖的手指”彈奏吉他的想法。

當(dāng)時(shí)，沙遜只是被杜切斯基和其同事們重新創(chuàng)造的古典樂器的聲音所震撼。

“當(dāng)我第一次聽到它的時(shí)候，我簡(jiǎn)直不敢相信自己的耳朵。我不敢相信這些聲音是由電腦發(fā)出的，”沙遜說，“這完全是開創(chuàng)性的、更高層次的東西。”

沙遜聽到的是蘇格蘭愛丁堡大學(xué)一個(gè)獨(dú)特項(xiàng)目的早期結(jié)果，而杜切斯基當(dāng)時(shí)是那里的一名研究員。

下一代聲音合成團(tuán)隊(duì)，召集了數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家，通過在超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行小號(hào)、吉他、小提琴等樂器的超級(jí)現(xiàn)實(shí)模擬，創(chuàng)造出了有史以來最逼真的數(shù)字音樂。

沙遜為之著迷，開始同時(shí)在管弦樂和數(shù)字音樂上努力，試圖融合兩者。他成為了下一代聲音合成團(tuán)隊(duì)的常駐作曲家。在接下來的幾年里，他在米蘭和愛丁堡之間來回穿梭。

這是一個(gè)陡峭的學(xué)習(xí)曲線。“我想說，其實(shí)我第一年只是在學(xué)習(xí)。他們對(duì)我很有耐心。”沙遜說。

但學(xué)習(xí)是有回報(bào)的。2 0 2 0年底，沙遜發(fā)布了《多元宇宙》，這張專輯是用他在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里，經(jīng)過許多個(gè)漫漫長(zhǎng)夜創(chuàng)作出來的，里面的聲音都是由計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的。

自從計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以來，電腦就一直在創(chuàng)作音樂。“聲音早于圖形的出現(xiàn)，”下一代聲音合成團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的首席研究員斯特凡·畢爾巴鄂說，“所以，聲音其實(shí)是電腦上的第一個(gè)藝術(shù)活動(dòng)。”

但對(duì)于像沙遜這樣苛刻的音樂家來說，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的聲音和物理空間中聲學(xué)儀器發(fā)出的聲音之間總是存在著鴻溝。

彌補(bǔ)這種差距的方法之一是重新創(chuàng)造物理學(xué)，模擬真實(shí)材料產(chǎn)生的振動(dòng)。

下一代聲音合成團(tuán)隊(duì)沒有取樣任何實(shí)際的樂器。相反，他們開發(fā)了一種軟件，可以模擬虛擬樂器的精確物理特性，跟蹤空氣通過不同直徑和長(zhǎng)度的管時(shí)氣壓的變化，吉他弦被撥動(dòng)時(shí)的精確運(yùn)動(dòng)，或弓在小提琴上的摩擦。

他們甚至模擬了演奏虛擬樂器的虛擬房間內(nèi)的氣壓，精確到每平方厘米。

用這種方式解決這個(gè)問題，可以讓他們捕捉到其他方法所忽略的細(xì)微差別。例如，他們可以通過將氣門只按住一部分方式，重新創(chuàng)造銅管樂器的聲音，這是爵士音樂家用來吹出特定聲音的高階技術(shù)。

畢爾巴鄂說：“你還會(huì)得到大量奇怪的東西，用其他方法則幾乎不可能得到。”

沙遜是被下一代聲音合成團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)?bào)w驗(yàn)正在建造的系統(tǒng)的10名音樂家之一。沒過多久，他們就開始修改代碼，擴(kuò)展了可能的界限：需要多只手才能演奏的小號(hào)，有300個(gè)相互連接部件的爵士鼓。

沙遜說：“一開始，下一代聲音合成團(tuán)隊(duì)吃了一驚。他們花了數(shù)年時(shí)間制作史上最真實(shí)的虛擬樂器，而這些音樂家甚至沒有正確地使用它們。”畢爾巴鄂認(rèn)為，這些結(jié)果往往聽起來很糟糕。

沙遜和其他人一樣玩得很開心，他創(chuàng)造了一個(gè)一英里長(zhǎng)的喇叭，然后用大量加熱到1000開爾文的空氣吹奏它——這是可以媲美“龍之火”的溫度。

他在《多元宇宙》專輯中使用了這種樂器，但沙遜很快就對(duì)更微妙的不可能性更感興趣了。

通過調(diào)整模擬中的變量，他能夠改變控制能量損失的物理規(guī)則，甚至創(chuàng)造出我們宇宙中不存在的（物理）條件。

在這個(gè)異次元里，他可以用細(xì)若針尖的手彈吉他而幾乎不碰指板，這樣可以使琴弦振動(dòng)而不失去能量。“你會(huì)得到永遠(yuǎn)不會(huì)結(jié)束的和弦。”他說。

下一代聲音合成團(tuán)隊(duì)開發(fā)的軟件還在不斷改進(jìn)。在愛丁堡大學(xué)并行計(jì)算中心的超算Archer的幫助下，他們的算法得以加速運(yùn)行。

杜切斯基、畢爾巴鄂等人已經(jīng)成立了一家名為Physical Audio的初創(chuàng)公司，該公司銷售在筆記本電腦上運(yùn)行的插件。

沙遜認(rèn)為，這種新一代的數(shù)字聲音將改變音樂的未來。但他也承認(rèn)，這會(huì)帶來一個(gè)缺點(diǎn)：學(xué)習(xí)演奏物理樂器的人會(huì)越來越少。

但另一方面，電腦可能會(huì)開始聽起來更像真正的音樂家，或者一些完全不同的東西。“這是一種力量，它開啟了新的創(chuàng)造力。”