Modeling of nonlinear and time-varying phenomena in the guitar

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Faculty of Electronics, Communications and Automation | Doctoral thesis (article-based)
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2008-03-04
Major/Subject
Audio Signal Processing
Äänenkäsittelytekniikka
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
95, [149]
Series
Report / Helsinki University of Technology, Department of Signal Processing and Acoustics, 1
Abstract
This dissertation studies some of the nonlinear and time-varying phenomena related to the guitar, and suggests new physics-based models for their realistic discrete-time simulation for sound synthesis purposes. More specifically, the tension modulation phenomenon is studied and three new algorithms are introduced for synthesizing it. Energy-related problems are discovered with conventional digital waveguide models when their pitch is varied, and two novel techniques are suggested as a remedy. A new wave digital filter based real-time model is presented for simulating a nonlinear vacuum-tube amplifier stage, found in typical high-quality guitar amplifiers. The first study of the handling noise on wound strings is presented. Using this information together with the time-varying digital waveguide energy compensation techniques mentioned above, a new real-time slide guitar synthesis algorithm is introduced. Also, the generation of flageolet tones on string instruments is discussed and a novel physics-based model for their simulation is presented. In general, the results presented in this dissertation can be used for improving the current physics-based string instrument synthesizers and vacuum-tube amplifier models.

Tämä väitöskirja käsittelee tiettyjä kitaraan liittyviä epälineaarisia ja aikamuuttuvia ilmiöitä, ja tarjoaa uusia, fysiikan lakeihin perustuvia, äänisynteesimalleja niiden todenmukaista simulointia varten. Kirjassa käsitellään kielen jännitysmodulaation aiheuttamaa epälineaarisuutta, ja ehdotetaan kolme uutta synteesialgoritmia sen mallinnukseen. Väitöskirjatyössä on havaittu soitinmallinnuksessa laajalti käytettyjen aaltojohtokielimallien vaimenemiseen liittyviä ongelmia kielen äänenkorkeuden muuttuessa, ja kaksi kompensaatiomenetelmää ehdotetaan ratkaisuksi tähän ongelmaan. Uusi aaltodigitaalisuodinpohjainen reaaliaikamalli esitetään kitaravahvistimissa yleisesti käytettyjen elektroniputkivahvistinasteiden simulointia varten. Kirjassa analysoidaan punottuja kieliä soitettaessa aiheutuvia hälyääniä sekä esitellään tätä analyysia ja edellä mainittuja kompensaatiomenetelmiä käyttämällä aikaansaatu slidekitaran äänisynteesimalli. Kirjassa selitetään myös kielisoittimiin liittyvien huiluäänten syntymekanismi, sekä tarjotaan uusi, kielen fysiikkaan pohjautuva algoritmi niiden syntetisoimiseksi. Tässä väitöskirjassa esitettyjä tuloksia voidaan käyttää hyödyksi nykyisten soitin- ja vahvistinmallien toiminnan parantamisessa.
Description
Supervising professor
Välimäki, Vesa; Prof.
Keywords
digital signal processing, musical acoustics, model-based sound synthesis, computer music, digitaalinen signaalinkäsittely, musiikkiakustiikka, soitinmallinnus, tietokonemusiikki
Other note
Parts
  • Jyri Pakarinen, Vesa Välimäki, and Matti Karjalainen, 2005, Physics-based methods for modeling nonlinear vibrating strings, Acta Acustica united with Acustica, volume 91, number 2, pages 312-325. [article1.pdf] © 2005 S. Hirzel Verlag. By permission.
  • Jyri Pakarinen, Matti Karjalainen, Vesa Välimäki, and Stefan Bilbao, 2005, Energy behavior in time-varying fractional delay filters for physical modeling synthesis of musical instruments, In: Proceedings of the 30th IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP 2005), Philadelphia, PA, USA, 19-23 March 2005, volume 3, pages 1-4. [article2.pdf] © 2005 IEEE. By permission.
  • Vesa Välimäki, Jyri Pakarinen, Cumhur Erkut, and Matti Karjalainen, 2006, Discrete-time modelling of musical instruments, Reports on Progress in Physics, volume 69, number 1, pages 1-78. [article3.pdf] © 2006 Institute of Physics Publishing. By permission.
  • Matti Karjalainen and Jyri Pakarinen, 2006, Wave digital simulation of a vacuum-tube amplifier, In: Proceedings of the 31st IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP 2006), Toulouse, France, 14-19 May 2006, volume 5. [article4.pdf] © 2006 IEEE. By permission.
  • J. Pakarinen, H. Penttinen, and B. Bank, 2007, Analysis of handling noises on wound strings, Journal of the Acoustical Society of America, volume 122, number 6, pages EL197-EL202. [article5.pdf] © 2007 Acoustical Society of America. By permission.
  • Jyri Pakarinen, Tapio Puputti, and Vesa Välimäki, 2008, Virtual slide guitar, Computer Music Journal, volume 32, number 3, pages 42-54. [article6.pdf] © 2008 MIT Press. By permission.
  • Jyri Pakarinen, 2005, Physical modeling of flageolet tones in string instruments, In: Proceedings of the 13th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2005), Antalya, Turkey, 4-8 September 2005, 4 pages. [article7.pdf] © 2005 European Association for Signal Processing (EURASIP). By permission.
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/urn:nbn:fi:tkk-011334