科学家在超级计算机运行乐器的超现实模拟创造出逼真的数字音乐

2016年，当意大利音乐家和作曲家加迪·沙逊在米兰的一场摇滚音乐会后台遇到米歇尔·杜切斯基时，他还没有用“龙之火”吹奏小号，或者用“细若针尖的手指”弹奏吉他的想法。

当时，沙逊只是被杜切斯基和其同事们重新创造的古典乐器的声音所震撼。

“当我第一次听到它的时候，我简直不敢相信自己的耳朵。我不敢相信这些声音是由电脑发出的，”沙逊说，“这完全是开创性的、更高层次的东西。”

沙逊听到的是苏格兰爱丁堡大学一个独特项目的早期结果，而杜切斯基当时是那里的一名研究员。

下一代声音合成团队，召集了数学家、物理学家和计算机科学家，通过在超级计算机上运行小号、吉他、小提琴等乐器的超级现实模拟，创造出了有史以来最逼真的数字音乐。

沙逊为之着迷，开始同时在管弦乐和数字音乐上努力，试图融合两者。他成为了下一代声音合成团队的常驻作曲家。在接下来的几年里，他在米兰和爱丁堡之间来回穿梭。

这是一个陡峭的学习曲线。“我想说，其实我第一年只是在学习。他们对我很有耐心。”沙逊说。

但学习是有回报的。2 0 2 0年底，沙逊发布了《多元宇宙》，这张专辑是用他在大学实验室里，经过许多个漫漫长夜创作出来的，里面的声音都是由计算机创造的。

自从计算机出现以来，电脑就一直在创作音乐。“声音早于图形的出现，”下一代声音合成团队项目的首席研究员斯特凡·毕尔巴鄂说，“所以，声音其实是电脑上的第一个艺术活动。”

但对于像沙逊这样苛刻的音乐家来说，计算机产生的声音和物理空间中声学仪器发出的声音之间总是存在着鸿沟。

弥补这种差距的方法之一是重新创造物理学，模拟真实材料产生的振动。

下一代声音合成团队没有取样任何实际的乐器。相反，他们开发了一种软件，可以模拟虚拟乐器的精确物理特性，跟踪空气通过不同直径和长度的管时气压的变化，吉他弦被拨动时的精确运动，或弓在小提琴上的摩擦。

他们甚至模拟了演奏虚拟乐器的虚拟房间内的气压，精确到每平方厘米。

用这种方式解决这个问题，可以让他们捕捉到其他方法所忽略的细微差别。例如，他们可以通过将气门只按住一部分方式，重新创造铜管乐器的声音，这是爵士音乐家用来吹出特定声音的高阶技术。

毕尔巴鄂说：“你还会得到大量奇怪的东西，用其他方法则几乎不可能得到。”

沙逊是被下一代声音合成团队邀请体验正在建造的系统的10名音乐家之一。没过多久，他们就开始修改代码，扩展了可能的界限：需要多只手才能演奏的小号，有300个相互连接部件的爵士鼓。

沙逊说：“一开始，下一代声音合成团队吃了一惊。他们花了数年时间制作史上最真实的虚拟乐器，而这些音乐家甚至没有正确地使用它们。”毕尔巴鄂认为，这些结果往往听起来很糟糕。

沙逊和其他人一样玩得很开心，他创造了一个一英里长的喇叭，然后用大量加热到1000开尔文的空气吹奏它——这是可以媲美“龙之火”的温度。

他在《多元宇宙》专辑中使用了这种乐器，但沙逊很快就对更微妙的不可能性更感兴趣了。

通过调整模拟中的变量，他能够改变控制能量损失的物理规则，甚至创造出我们宇宙中不存在的（物理）条件。

在这个异次元里，他可以用细若针尖的手弹吉他而几乎不碰指板，这样可以使琴弦振动而不失去能量。“你会得到永远不会结束的和弦。”他说。

下一代声音合成团队开发的软件还在不断改进。在爱丁堡大学并行计算中心的超算Archer的帮助下，他们的算法得以加速运行。

杜切斯基、毕尔巴鄂等人已经成立了一家名为Physical Audio的初创公司，该公司销售在笔记本电脑上运行的插件。

沙逊认为，这种新一代的数字声音将改变音乐的未来。但他也承认，这会带来一个缺点：学习演奏物理乐器的人会越来越少。

但另一方面，电脑可能会开始听起来更像真正的音乐家，或者一些完全不同的东西。“这是一种力量，它开启了新的创造力。”