by DigiLog 作者群
2025.06.04
物理建模合成（Physical Modelling, PM）這個名詞近年再度竄紅：從 DAW 內建的 Sculpture、Collision，到 Eurorack 的 Rings 乃至 2024 年正式上市的 Erica Synths Steampipe，都在告訴我們——這門誕生於 1980 年代的「數學魔法」正進入成熟期，成為聲音設計師既追求真實也追求怪奇的秘密武器。
什麼是物理建模？——先有「激發器」再有「共振體」
PM 以數學方程式重建真實樂器的「激發器（Exciter）」與「共振體（Resonator）」：鋼琴的槌=激發器、琴弦與響板=共振體；長笛的氣柱同時扮演兩個角色。透過參數化的「材料」「尺寸」「施力」三大變數，PM 能在不依賴取樣的前提下，變出木頭小提琴、玻璃鋼琴，甚至不存在於世界上的「鈦合金馬林巴」。
1983 年，Stanford 大學 CCRMA 的 Karplus-Strong 算法成功用「雜訊+延遲線回授」模擬了撥弦，開啟 PM 元年；Julius O. Smith III 隨後將其推廣為「數位導波（Digital Waveguide）」理論，讓 PM 在矽晶 DSP 上跑得動，效率飛升。
Karplus-Strong (引用來源：CCRMA)
1. 90 年代硬體黃金歲：VL1、Prophecy 與 Nord Lead
Yamaha VL1 是史上第一台商用 PM 合成器，但兩音複音、價格昂貴又難以上手，使其成為「生不逢時」的經典；Korg Prophecy、Z1 以「MOSS」引擎混搭 VA 元件則在舞曲圈闖出名號。而 Nord Lead 把 PM 衍生出的「虛擬類比」推向主流，PM 反倒暫時沉寂。
2. 軟體浪潮：Sculpture、Collision、Chromaphone
硬體跑不動的年代，CPU 成為 PM 最好的朋友：Logic Pro X 的 Sculpture、Ableton Live Suite 的 Collision/Tension、以及 AAS Chromaphone，都用不同的界面把弦、管、膜、板等共振體抽象為可視化參數，讓「材料學」走進臥室製作人電腦裡。
3. 回到桌面：Erica Synths Steampipe 的三段式蒸氣魔法
Steampipe 把 PM 拆成 Steam（氣流）→ Pipe（管身）→ Reverberator（空間） 三大模組，每段皆可獨立調制或外部輸入。八音複音、外部音源可當作「氣流」，更能透過回授塑形出生猛的工業噪號或飄渺的雲霧 Pad。簡單說，這是一台把「吹管樂」概念化，卻又遠超傳統管樂的聲音玩具。
為什麼要選 PM？四大優勢一次看
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超低容量：純算術產生音色，免下載 GB 級樣本。
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物理可解釋：操作者直覺理解「木頭→金屬」的音色變化。
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動態一致性：連續的演奏強弱、觸後與滑音都能精準模擬。
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未知領域：把「不存在的材料/結構」寫進方程式，即得科幻聲響。
上手指南：三步驟玩轉 PM
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從參考實體出發：先選「類似」的真實樂器模型，快速鎖定音域與共振形態。
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小幅調參：改變激發器力度或共振體材質時，以 10% 為增減單位，避免瞬間失控。
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混搭效果器：PM 信號乾淨，適合疊加失真、光譜塑形或極端混響，強化空間感。
隨著 GPU 與機器學習的加入，我們將看到「資料驅動的物理建模」：AI 先聽樣本自動反推物理參數，再交給 PM 即時合成，兼得真實度與演奏互動。PM 或許不是最新技術，但它正以全新姿態回到音樂人的鍵盤與旋鈕之下。
引用來源
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Sound On Sound〈Physical Modelling Synthesis Explained〉https://www.soundonsound.com/techniques/physical-modelling-synthesis-explained
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Attack Magazine〈Excite and Resonate: A History of Physical Modelling Synthesis〉https://www.attackmagazine.com/features/long-read/excite-and-resonate-a-history-of-physical-modelling-synthesis/
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