Metoda samplingowa - definicja i opis
Samplery - wiadomości ogólne
Samplery hardwarowe
Samplery softwarowe
Pętle
Metoda Tablicowa (wavetable) - definicja i opis
Karty muzyczne wavetable
Linki
Bibliografia
|
|
Metoda samplingowa jest pewną formą metody subtraktywnej. Nazywana inaczej metodą konfiguracyjną, w języku angielskim ma różne nazwy: sample playback, PCM, AWM (Advanced Wave Memory), AWM2( Advanced Wave Memory Version 2), AI, zależne od producentów syntezatorów. Zwykle wszystkie te terminy odnoszą się do jednego zagadnienia. Sygnał audio, pochodzący przykładowo z mikrofonu rejestrującego instrument akustyczny zostaje zsamplowany, tzn zamieniony na postać cyfrową a następnie zapamiętany w pamięci ROM lub RAM. Jeśli urządzenie umożliwia sampling oraz przechowywanie próbek w pamięci RAM lub na określonym nośniku nazywamy je samplerem, natomiast takie które jedynie odtwarza próbki przchowywane w pamięci RAM, ROM lub na dysku z różnymi wysokościami nazywamy syntezatorem samplingowym. Większość samplerów oraz syntezatorów opartych na metodzie samplingowej używa do obróbki sygnału metody subtraktywnej. Poniższa ilustracja pokazuje możliwości obróbki subtraktywnej dźwęku w samplerze:
Metoda samplingowa pozwoliła uzyskać dośc naturalne brzmienie syntezatorów. Z drugiej strony posiada ona pewne ograniczenia, są to m.in.:niewielka możliwość kreowania brzmienia syntezatora (nawet po filtracji sample instrumentów akustycznych zachowują ten sam charakter) oraz wymagana duża ilość pamięci do przechowywania sampli. W syntezatorach tego typu próbuje się znaleźć kompromis pomiędzy jakością oraz ilością zsamplowanego materiału audio a ilością dostępnej pamięci. Dość skuteczną metodą zaoszczędzenia miejsca w pamięci jest zapętlanie, które opisane zostanie później.
Jako ilustracja możliwości tej metody syntezy dźwięku może posłużyć ten oto krótki fragment muzyczny:
.Jest to fragment utowru (oryginalnie midi) w którym wykorzyastano zsamplowaną gitarę akustyczną. Zsamplowane zostały niektóre akordy oraz efekty dodatkowe m.in. flażolety oraz odgłos przesuwania palców gitarzysty po strunach. Instrument w formacie sf2 wyprodukowała firma Hruska Audio Productions.
PowrótSampler jest urządzeniem, które pobiera próbki dźwięku, przechowuje je w pamieci, umożliwia ich obróbkę oraz odtworzenie w zmienionej formie. Jest on pewnego rodzaju urządzeniem nagrywająco - odtwarzającym. Pozwala na cyfrową rejestrację dowolnego dźwięku podanego na jego wejście a następnie po ewentualnej modyfikacji
brzmienia, na odtworzenie tych dźwięków z dowolną wysokością określoną przez naciśnięcie odpowiedniego klawisza sterującego. Jako początek ery cyfrowych samplerów przyjmuje się rok 1971, w którym wykonano instrument organowy, oparty na cyfrowym odtwarzaniu próbek uprzednio zarejestrowanych dzźwęków pojedyńczych piszczałek.
Schemat blokowy typowego samplera:
Obecnie najbardzej popularnymi samplerami są samplery hadwarowe, ale coraz większą popularność zdobywają samplery softwarowe.
Są to zwykle urządzenia do montażu w racku, lecz zdarzają się również samplery połączone w jednej obudowie z kontolerem ( standardową klawiaturą midi bądź specjalnym zestawem padów). Niezależnie od tego do każdego samplera możemy podłączyć zewnętrzną klawiaturę midi lub inny kontroler który pozwala na odgrywanie zapisanych w samplerze próbek lub całych fraz muzycznych. Najnowsze samplery są potężnymi( i jednocześnie bardzo drogimi) urządzeniami zawierającymi w sobie duże ilości pamięci RAM, procesory DSP, zaawansowane moduły przetwarzania sygnału (filtry, oscylatory) o czym można się przekonać odwołując się do poniższych przykładów.
Przykładowe modele samplerów:
Akai S5000 Studio (wybrane parametry):
- możliwość nagrywania do pamięci RAM lub na dysk;
- 64 lub 128 głosowa polifonia;
- 32 kanały MIDI;
- 2 porty we/wy/thru midi ;
- 2 porty SCSI;
- worldclock;
- opcjonalny interfejs adat;
- maksymalnie 256 MB RAM;
- 26 rodzajów filtrów;
- procesor efektów : reverb, echo/delay, distortion, EQ, ring modulation, chorus, phasing, flanging, pitch shifting, rotary speaker emulation.
Emu E4XT Ultra 128 (wybrane parametry):
- zbudowany na 32 bitowym procesorze RISC;
- 128 głosowa polifonia;
- 64 MB RAM (128 MB maksymalnie);
- Flash ROM;
- podwójny 24 bitowy stereofoniczny procesor efektów - 40 algorytmów;
- interfejs SCSI umożliwia połdłączenie:dysków twardych do 18 GB, napędów zip,
CD-ROM, DVD-RAM;
- zaimplementowana technologia DMS (Digital Modular Synthesis), 21 filtrów, 2 LFO, 6 segmentowy generator obwiedni;
- 20 bitowe przetworniki C/A
- wbudowany twardy dysk 3.2 GB;
- 32 kanały MIDI;
- 8 analogowych, zbalansowanych wyjść;
- AES/EBU;
- worldclock.
Yamaha A3000 (wybrane parametry):
- zastosowania: nowoczesna muzyka dance;
- sampler 16 bitowy;
- 64 głosowa polifonia;
- standardowo 2 MB RAM (maksymalnie do 128 MB) - 72 pin SIMM;
- filtry dynamiczne;
- procesor efektów - 54 efekty m.in.:Hall, Room, Stage, Delay,Echo, Pan, Chorus, Flange, Exciter, Distortion, Pitch;
-
kolekcja efektów specjalnych: "AutoSyn", "TechMod" - efekt ring modulator, "Radio"- efekty typu Lo Fi symulujący brzmienie starego dobiornika radiowego, "Turntable"- efekt dodający kliki i szumy - symulacja płyty analogowej
;
- equalizer 3 pasmowy;
-
możliwość ładowania plików wav, aiff;
- opcjonalnie rozszerzenie we.wy AES/EBU.
Ciągły wzrost możliwości obliczeniowych komputerów prowadzi do szybkiego rozwoju samplerów softwareowych. Komputer jako sampler daje ogromne możliwości. Ułatwioną edycję próbek na dużym, czytelnym ekranie, dużą ilość pamięci RAM oraz zasobów dyskowych.
Nowa techologia pozwala na szybki dostęp do próbek magazynowanych na dysku twardym komputera omijając niewygody związane z pamięcią RAM, która nie jest już ograniczeniem. Dlatego możliwe są zbiory póbek jednego tylko instrumentu o kubaturze gigabajtowej. Nie zachodzi konieczność zapętlania próbek lub aplikowania obwiedni w celu zaoszczędzenia pamięci.
Przykładem może być tutaj program w foramcie Gigasamplera: Bosendorfer 275 Grand Piano, gdzie każdy z 88 klawiszy fotepianu koncertowego nagrany jest 8 krotnie w stereo (4 dynamiki z pedałem w górze + 4 z pedałem wcisiniętym), dodatkowo zsamplowane są np. odbicia filcowych młoteczków w grze staccato. Całkowita pojemność takiego instrumentu to 1.8 GB.
Przykłady samplerów softwareowych:
GigaSampler firmy Nemesis Music Technology Inc.
Zalecany system: Pentium II 266MHz, 128 MB RAM, 2GB twardego dysku oszybkim dostępie (najlepiej Ultra DMA lub Wide SCSI), katra dźwiękowa zgodna z Microsoft DirectSound lub GigaSAmpler GSIF.
Polifonia: maksymalnie do 64 głosów, zależna od sprawności systemu. Maksymalna kubatura instrumentu 4 GB/4.096 próbek. Maksimum 128 instrumentów w jednym programie (Prerformance). Do czterech próbek mono lub dwóch stereo na nutę, fazowo zablokowanych.
Próbkowanie: 32; 44,1 i 48 kHz. Rozdzielczość 32 bitowa wewnętrzna, 16
lub 24 bity na wyjściu. Maksymalnie 10 wyjść ( w zależności od karty komputerowej).
Filtry: rezonansowy low/high/band/notch. 1 LFO na głos, sinusoida lub trójkąt. 3 obwiednie DADASDR (delay, Attack, Decay, Sustain Decay, Relase).
Unity DS-1 firmy BitHeadz.
Podobnie jak u poprzednika jego możliwości zależą od modelu komputera. Trzeba przyznać, że dla najnowszych modeli te możliwości są imponujące. Polifonia 128 głosów (po dwa stereofoniczne oscylatory na głos) i 128 kanałów MIDI. 128 próbek na każdą nutę wybieralnych przy pomocy velocity lub innych źródeł modulacji. Dla każdej próbki definiowalne głośność, panorama, tuning (wystrojenie), obwiednia i wysyłka FX. Możliwość mieszania różnych częstotliwości próbkowania. Po dwa filtry na głos (13 różnych charakterystyk). Indywidualne i globalne procesory efektów zawierające większość algorytmów (EQ, Reverb, Delay, Chorus, Flanger, Overdrive i Distortion). Sześcioetapowa obwiednia dźwięku (delay, attack, decay, sustain, sustain decay, release). Unikalny procesor wysokości, transponujący w czasie rzeczywistym próbkę bez zmiany jej czasu trwania (!). Szereg pomocniczych funkcji DSP (Normalize, Gain, Fade, Reverse, Crossfade Loop, EQ).Arpeggiator, 32 virtualne kanały audio. Unity DS-1 czyta próbki w formatach: Sound Designer I/II, SoundFont 2.0, AIFF, CD-Audio, DLS, WAVE , SampleCell II, oraz AKAI S1000 & S3000.
W szerokim znaczeniu pętla jest łańcuchem powtarzających się dźwięków, lub odtwarzanym w kółko fragmentem jednego dźwięku. Pierwotnie zapętlanie sworzono w celu zaoszczędzenia pamięci RAM w samplerach. Taka technika polega na tym, że w pamięci samplera umieszcza się jedynie fragment dźwięku począwszy od jego narastania, a skończywszy na początku stanu ustalonego, pozbawiając go dalszej części stanu ustalonego oraz wybrzmiewania. W ten sposób zapamiętany fragment odtwarzany jest od początku do końca, a następnie jego końcowa część jest zapętlana, co polegała na nieustannym odtwarzaniu tej części w kółko. W ten sposób w pamięci samplera można umieścić jedynie początkowe fragmenty próbkowanych dźwięków. Technika ta ma także dodatkowy atut, umożliwia bowiem sztuczne przedłużenie czasu trwania dźwięków gasnących takich jak np.: gitara, fortepian. Niestety wadą takiego zapętlania jest oczywiście w pewneym stopniu utrata naturalności brzmienia.
Bardzo ważnym zagadnieniem jest tutaj dobór odpowiedniego rodzaju pętli oraz wybór odpowiednich punktów początku i końca pętli. Niewłaściwe ich dobranie powoduje słyszalne kliki przy przejściach na końcach pętli oraz pogarsza naturalność brzmienia.
Drugim sposobem wykorzystywania pętli są pętle z frazami muzycznymi. W takich pętlach zsamplowany fragment rytmu
perkusyjnego lub pochodu basowego odtwarzany jest w kółko dając wrażenie ciągłości. W danym utworze może być w jednej chwili odtwarzanych kilka pętli - nazywamy to warstwowaniem (layerying). Najczęściej zapętlane są partie perkusji oraz sekcji rytmicznej, stanowiąc podkład i bazę rytmiczną dla akordów, partii solowych, wokali i efektów dźwiękowych.
Wyróżniamy 3 podstawowe rodzaje pętli:
1.Pętla jednokierunkowa:
Stosowana na dwa sposoby. Pierwszym jest zapętlanie bardzo krótkich fragmentów pojedyńczego dźwięku, są to fragmenty rzędu jednego lub kilku okresów ( przykład na rysunku obok). Dźwięk w pętli odtwarzany jest od początku do końca,a następnie proces ten powtarza się tak długo, aż zostanie zwolniony klawisz. W ten sposób uzyskujemy pewną symulację stanu ustalonego dźwięku. Przykład zapętlenia próbki gitary: .
Metoda stosowana rzadziej niż pętle dwukierunkowe z powodu małej naturalności brzmienia. Z największym powodzeniem stosowana może być do zapętlania mało złożonych dźwięków syntetycznych o małej ilości harmonicznych. Punkty zapętlenia dobiera się z reguły w momentach przejść sygnału przez zero.
Drugim, powszechnym i bardzo ważnym zastosowaniem
pętli jednokierunkowej jest omówione już wcześniej zapętlanie fraz muzycznych. Punkty zapętlenia wybiera się również w miejscach przejść sygnału przez zero. Bardzo ważny jest odpowiedni dobór długości pętli, tak aby uzyskać ciągłość rytmiczną. Przykładowy zapętlony fragment rytmiczny brzmi tak: .
1.Pętla dwukierunkowa:
Najczęściej stosowana pętla w samplerach. Zapewnia większą naturalność brzmienia, bowiem zapętlany jest większy fragment dźwięku. Zasada działania takiej pętli opiera się na tym, iż dźwięk odtwarzany jest od początku do końca a następnie od końca do początku. Proces ten powtarza sie tak długo jak długo przytrzymywany jest klawisz. Przy doborzepunktów zapętlenia należy zwrócić uwagę na zgodność ich fazy. Najlepsze rezultaty uzyskuje się, gdy punkty zapętlenia umieszczone są w miejscach, gdzie sygnał osiąga lokalną wartość maksymalną.
Przykładowy zapęlony
dwięk instrumentów smyczkowych:.
1.Pętla z przenikaniem (crossfadem):
Sposób działania pętli z przenikaniem jest zbliżony do sposobu działania pętli jednokierunkowej. Różnica polega na tym, że nie ma ostrego przejścia pomiędzy końcem a początkem pętli, natomiast zapętlane fragmenty wzajemnie się przenikają. Na poniższym rysunku po lewej stronie widnieje dżwięk zapętlony za pomocą pętli jednokierunkowej, natomiast po prawej ten sam dźwięk zapętlony przy pomocy pętli z crossfadem. Widoczne są wyraźnie łagodne przejścia pomiędzy kolejnymi powtórzeniami dźwięku, które osiągnięte zostały dzięki crossfadingowi.
Syntezator zrealizowany został jako wtyczka do programu Cubase VST a jego parametry silnie zależą od parametrów komputera.