diplomová práce

Virtuální dechové nástroje s hranou a dírkami

Text práce 5.75 MB Příloha 26.54 kB

Autor práce: Bc. Václav David

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: MgA. et Mgr. Ondřej Jirásek, Ph.D.

Oponent: Doc.Ing.MgA. Ondřej Urban, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce se zabývá návrhem a realizací virtuálního hudebního nástroje, který simuluje a zvukově rozšiřuje skupinu aerofonů s hranou. Na základě teoretické analýzy fyzikálních principů vzniku zvuku u fléten je v prostředí Reaktor 6 vytvořena architektura využívající hybridní syntézu. Systém kombinuje sampler reálných nástrojů s metodami aditivní, subtraktivní, vektorové, FM a formantové syntézy. Je popsáno využití dechového MIDI ovladače. Výsledkem je sada pilotních rejstříků, které demonstrují široké zvukové možnosti od věrných imitací po experimentální textury. Funkčnost modelu je v závěru ověřena pomocí objektivní spektrální analýzy porovnávající virtuální výstup s akustickou předlohou.

Klíčová slova:

dechové nástroje s hranou, dechový ovladač, flétna, MIDI, Reaktor 6, sampler, spektrální analýza, virtuální nástroj, zvuková syntéza

Termín obhajoby

11.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Otázky opnenta: Jaké metody syntézy (i v textu neuvedené) by byly vhodné pro simulaci zvuku fléten, především transientů, kdyby nebyly použity vzorky ze sampleru? Jaký je vztah mezi akustickou délkou píšťaly a jednotlivými harmonickými? Která z použitých syntéz je podle Vás potenciálně nejvhodnější z hlediska expresivity pro autonomní simulaci dechových nástrojů s hranou a dírkami? Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Audio inženýrství (MPC-AUD)

Specializace

Zvuková produkce a nahrávání (AUDM-ZVUK)

Složení komise

prof. Ing. Kamil Říha, Ph.D. (předseda)
MgA. Michal Indrák, Ph.D. (místopředseda)
MgA. et Mgr. Ondřej Jirásek, Ph.D. (člen)
Ing. Šimon Skvaril (člen)
Mgr. Tomáš Staudek, Ph.D. (člen)

Student měl provést analýzu techniky hry hráčů hrajících na dechové nástroje, jejichž zvuk vzniká lomením vlny o hranu, a zaznamenat kvalitně vzorky tónů nebo i pasáží píšťal či fléten. Akustické vzorky měl doplnit pomocí zvukových syntéz umělými témbry tak, aby vznikly nové inovované barvy, dále vytvořit komunikační rozhraní využívající protokol MIDI, kdy půjdou jednotlivé parametry co nejplynuleji společně ovládat. Zároveň měl namapovat rozhraní pro ovládání virtuálního nástroje, jak přes klaviaturu, tak i pomocí jiných ovladačů.
Student samostatně nahrál vzorky příčné flétny, zobcových fléten, panovy flétny i irské flétny, povedl potřebnou analýzu a metodou samplování sestavil v prostředí Reaktor6 základ pro kombinované rejstříky. Původní přírodní barvy nástrojů dle zadání obohacoval umělými prvky pomocí aditivní i subtraktivní syntézy, pomocí témbrů získaných modulacemi (FM, RM), v programu využil i formantovou a vektorovou syntézu. Syntézy i modulace vytvářel v programu Reaktor6 sám od začátku.
Oceňuji, že se detailně zaměřil na techniky (např. sílu dechu nebo sklon hrany proti ústům), kterými flétnisti v reálném čase řídí a mění flétnové témbry, ať již jde o tranzienty nebo stacionárnější jevy. Analyzoval křivky těchto fyzikálních jevů a přenesl je do nastavení dechového MIDI kontroléru pomocí parametrů dech (Breath), zkousnuti (Bite), zaklonění (Nod) a naklonění (Tilt), které jsou součásti aplikace MIDI Breath Controller. Ne vždy se povedlo nastavit křivky těchto parametrů ideálně, tyto parametry ale i tak výrazně ovlivňují živost VST nástroje. Dechový ovladač potom pomocí MIDI rozhraní namapoval vůči vstupům programu Reaktor6 (leckdy i jeden výstup ovladače k více parametrům).
Práci doplnil deseti reprezentativními presety, kde detailně popsal jejich vnitřní strukturu a ovládání v reálném čase. V některých je přítomnost původních nasamplovaných fléten čitelnější (hlavně v případě panovy flétny), jinde bohužel zaniká (zobcové flétny).
Student dále provedl pomocí spektrálních vzorců v programu Matlab analýzu vlastních flétnových presetů, kde vyhodnotil parametry jako spektrální těžiště, rozpětí a tok, ale i harmonický poměr, subjektivní hlasitost či formantové oblasti (pomocí LPC). Popsal úlohy těchto parametrů v rámci každého rejstříku a jeho zaměření.
Program je funkční, ovladatelný přes rozhraní MIDI. Textová práce je přehledná obsahově i formálně na velice slušné úrovni.
Student musel vymýšlet, a hlavně optimalizovat poměry témbrů v programech sám, k čemuž mu pravděpodobně jen minimálně napomáhala AI.

Otázky k obhajobě:
Nejde přílišné zaklánění hlavy v případě dechového kontroléru a parametru zaklonění (Nod) na úkor klávesové techniky rukou? Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 90

Známka navržená vedoucím: A

Diplomant předložil práci na dané téma v odpovídajícím rozsahu. Nejprve se zabývá teorií aerofonů, jak u nich tón vzniká a jakými parametry a technikami hry je možné jej ovlivňovat. Zde oceňuji přehlednost a úplnost, stejně tak práci s prameny.
V dalším textu se autor zaměřuje na možnosti, jak simulovat zvuk různých fléten pomocí virtuálního (VST) nástroje, pro jehož realizaci si vybral modulární vývojové prostředí NI Reaktor 6. Dle zadání měl být nástroj realizován ve vyšším programovacím jazyce; ačkoli Reaktor 6 není klasický textový programovací jazyk, ale spadá do kategorie vizuálních modulárních programovacích prostředí, lze přesto vybraný programovací postup označit za vhodný a v souladu se zadáním.
V praktické části práce se autor nejprve zabýval nahráváním vzorků fléten, z důvodů problematické simulace transientů – vsadil tedy na zvukové vzorky. Metody samplingu jsou precizně provedeny i v textu popsány. Vzorky fléten se v různých dynamikách a výškách stávají pilířem transientů virtuálního nástroje, ale vlastní těžiště práce spočívá v implementaci různých typů syntéz v reálném čase.
Zde mám dvě praktické připomínky: zaprvé je trochu škoda, že u subtraktivní syntézy nebylo implementováno řízení ořezávací frekvence filtru výškou tónu (číslem MIDI klávesy), případně také generátorem obálky. Zadruhé, použitá aditivní syntéza je statická (bez možnosti ovlivnění úrovně jednotlivých harmonických v čase) a obsahuje jen osm složek. Vzhledem k tomu, že je tento modul spíše doplňkem, nepovažuji to za větší prohřešek.
Klíčem k úspěchu kvalitní imitace charakteru tónu nástrojů dechových je možnost ovlivnění nasazení, dynamiky, výšky a mnoha dalších parametrů. K tomu autor využil s úspěchem dechový kontrolér se čtyřmi různými parametry. Tím se dává statickému pojetí celého virtuálního nástroje větší dynamika a zvuk je obrovsky variabilní, což autor dokládá v praktické ukázce. Vhodným nastavením lze často těžko rozpoznat předlohu od imitace. Z hlediska hudební artikulace a možností hry oceňuji i zapojení dalších kontrolérů, jako je kolečko Modulation, Pitch Bend atd.
Po jazykové stránce je text na slušné úrovni. Občas se nějaká ta chyba najde, někde chybí písmenko nebo je zde také pár drobných překlepů. Nic z toho neubírá na kvalitě textu. Také formální členění a práce se zdroji je v pořádku. Práci doplňuje také analýza programovaných rejstříků v grafické podobě. Text je vhodně doplněn o obrázky a grafy. Otázky k obhajobě:
  1. Jaké metody syntézy (i v textu neuvedené) by byly vhodné pro simulaci zvuku fléten, především transientů, kdyby nebyly použity vzorky ze sampleru?
  2. Jaký je vztah mezi akustickou délkou píšťaly a jednotlivými harmonickými?
  3. Která z použitých syntéz je podle Vás potenciálně nejvhodnější z hlediska expresivity pro autonomní simulaci dechových nástrojů s hranou a dírkami?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 90

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová