Sample Playback - definition and description
Samplers - general informations
Hardware samplers
Software samplers
Loops
Wavetable synthesis - definition and description
Wavetable computer cards
Links
Bibliography
|
|
This is form of subtractive synthesis that is also called PCM (Pulse Code Modulation), AWM (Advanced Wave Memory), AWM2 (Advanced Wave Memory Version 2), AI by manufacturers.Usually all those terms refer to basically the same thing: An audio signal e.g. a miked acoustic instrument or an electrical or electronical instrument is sampled (digitized) and the recording is stored in RAM or ROM.If a device is able to sample and store the result in RAM or to disk, it is called a sampler. A device that can playback samples (from RAM, ROM or disk) at different pitches is called a sample playback synth. Most samplers and sample-based synths use subtractive synthesis although there are some samplers and synths that offer only very limited processing.
Fig.1. shows possibilities of subtractive processing in a sampler.
Sample playback is what has made synths realistic sounding. On the other hand sampling per se offers less options for expressive play than almost any other synthesis scheme. Samples that have a lot of inherent character or are easily recognized as an acoustic instrument are hard to shape, so filters and other processing options will merely adjust the timbre of the sample. Other limitation of sample playback synthesis is required capacity of memory to store samples. In that kind of synths manufacturers
are trying to find compromise betwen quality and quantity of sampled audio material. A good method of saving sampler's memory is looping technique, which will be described later.
As an ilustration of sample playback possibilities we present this short music fragment:
.It is a fragment of composition (oryginal in midi file) in which sampled acoustic guitar was used. Instrument in sf2 format was produced by Hruska Audio Production.
BackSampler is a device which takes sound samples, stores them in memory and gives possibilities to process them and playback in changed form. It is a sort of record-playback device. Sampler can digitaly record any sound from its imput and then after eventual signal processing playback this sound with any pitch definited by pushing an adequate control key. A a beginning of digital samplers is year 1971, when first organ instument was made.
Fig.2.
shows a block diagram of typical sampler.
The most popular samplers nowadays are hardware samplers but software samplers are getting popularity very fast.
Hardware samplers are mostly rack mount devices, but there are samplers with integrated contoler (standard midi keyboard or special pads).
Independent of that we can plug in other midi keyboard or other controller, which controles playback of samples or music phrases stored in memory.
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.
Waldorf PPG Wave 360.
Waldorf Microwave 2
Syntezator zrealizowany został jako wtyczka do programu Cubase VST a jego parametry silnie zależą od parametrów komputera.