Сэмплеры, синтезаторы, midi-контроллеры Сэмплеры

Сэмплирование — запись образцов звучания источника сигнала с их последую­щим воспроизведением. Метод предполагает запись реального звучания, кото­рое затем в нужный момент воспроизводится посредством клавиатуры.

Для получения звуков разной высоты на основе исходного образца изменя­ется скорость его воспроизведения — чем быстрее воспроизводится образец, тем больше его частота, тем, соответственно, выше его положение на звуко-высотной шкале. И наоборот, замедление скорости воспроизведения относитель­но изначальной скорости понижает высоту исходного звука засчет уменьшения

частоты. Чтобы тембр звука при сдвиге высоты не менялся слишком заметно, используется несколько записей звучания через определенные интервалы (обыч­но через половину октавы).

Благодаря широким возможностям изменения исходного звучания образца сэмплирование часто рассматривается как особый метод синтеза, что не совсем верно. Скорее, это особый метод записи-воспроизведения, замечательный прежде всего тем, что основывается на цифровых технологиях. Современные профессио­нальные аппаратные модели цифровых сэмплеров и их программные аналоги по­зволяют подвергать звук всевозможной обработке — частотной и амплитудной модуляции (изменению), фильтрации, добавлению новых гармоник, обработке рас­пространенными эффектами, в результате чего звук может приобретать совер­шенно новый тембр, иногда совсем не похожий на первоначальный.

Образец звучания, представленный в цифровой форме в ОЗУ сэмплера, называется сэмплом. Сэмпл — это последовательность цифровых отсчетов, по­лученная в результате прохождения сигналом АЦП. В памяти сэмплера сэмпл хранится в несколько измененном виде. Запоминаются только основные, суще­ственные части звука, а именно, его основанные на динамике фазы: начало, протяженный участок, момент затухания звука. В зависимости от применяе­мой фирменной технологии эти части могут делиться на еще более мелкие фраг­менты. Таким образом, в памяти сэмплера хранится не весь сэмпл целиком, а его отдельные части, используя которые можно «реконструировать» исходное зву­чание. Для уменьшения требуемого объема памяти применяется также прием зацикливания сэмпла — looping. В этом случае записывается только короткое время относительно ровного звучания инструмента, затем в нем выделяется средняя фаза с установившимся (sustained) звуком, которая при воспроизведе­нии повторяется до тех пор, пока включена нота (нажата клавиша), а после отпускания воспроизводится концевая фаза.

В настоящее время сэмплеры имеют аппаратное, аппаратно-программное и полностью программное воплощение. Аппаратные варианты сэмплеров мо­гут быть выполнены в виде настольных устройств, стандартных студийных мо­дулей, являться частью профессио­нальных синтезаторов (рис 6.14).

Аппаратно-программные сэмп­
леры представляют из себя компь­
ютерную плату с собственным про­
граммным обеспечением. Полнос­
тью программные сэмплеры в каче­
стве ОЗУ используют оперативную
память компьютера или воспроиз­
водят звуки непосредственно с же- рис. 6.14. Аппаратный сэмплер
сткого диска. Yamaha A3000

Существует несколько основных форматов, в которых выпускаются так называемые «библиотеки сэмплов на CD» для их загрузки в оперативную память сэмплера и последующего воспроизведения.

Одним из самых важных критериев качества той или иной модели сэмп­лера является объем его оперативной памяти. Этот показатель реально опре­деляет, какой объем звуков с каким качеством (деталировкой) сэмплирования можно использовать. Так, большинство сэмплеров имеют небольшой встро­енный объем ОЗУ, не превышающий, как правило, 8-12 Мб, и возможность расширения оперативной памяти от 16 до 128 и больше Мб при помощи стан­дартных модулей памяти (SIMM, DIMM) или собственных модулей памяти сэмплера. При оценке объема ОЗУ сэмплера следует иметь в виду, что один качественно засэмплированный инструмент занимает от 4 до 8 Мб оператив­ной памяти.

Так как сэмплер является цифровым устройством, одними из основных ха­рактеристик являются разрядность и частота дискретизации его АЦП/ЦАП. Здесь действуют те же стандарты, что и в отношении других устройств, работа­ющих с цифровым звуком. Немаловажным критерием качества звука сэмплера является разрядность его внутренней обработки, которая в профессиональных моделях, как правило, превышает разрядность цифровых преобразователей. Здесь имеется в виду разрядность собственных DSP сэмплера, если таковые у него есть. От разрядности DSP в частности зависят возможности фильтрации, модуляции, обработки эффектами индивидуального сэмпла, выполнения основных функ­ций редактирования.

Полифония сэмплера (Polyphony — многоголосие) — максимальное коли­чество звуков, которое он может воспроизвести одновременно. Когда говорят о полифонии, то под звуками имеются в виду отдельные ноты, т.е. первичные,

Рис. 6.15. Рабочая станция Waldorf Q

исходные составляющие звучания сэмплера. Приемлемый показа­тель полифонии — 32, хоро­ший — 64 ноты. Не всегда нажа­тие клавиши вызывает звучание только одной ноты, сэмплеры можно программировать таким образом, что несколько нот назна­чаются на одну клавишу и ее на­жатие ведет за собой их одновре­менное звучание. В последнем слу­чае мы имеем дело с инструмен­том — совокупностью несколь­ких нот. Один инструмент может состоять более чем из одного про-

стого звука — ноты, причем количе­ство звуков в различных инструмен­тах может быть разным. Возмож­ность сэмплера воспроизводить мак­симальное количество инструментов связана с его мультитембральностью (Multi Timbral).

Профессиональные сэмплеры

Рис. 6.16. Звуковой модуль Roland SC 88

должны поддерживать режим стереосэмплирования. Как правило, исходный образец хранится в памяти сэмплера в моно-варианте из соображений эконо­мии места. При воспроизведении один и тот же сэмпл направляется на левый и правый каналы, и по мере необходимости та и другая копия обрабатываются эффектами, основанными на задержке, для придания реалистичности стерео-картине.

Синтезаторы

Наиболее популярный класс музыкального оборудования, который исполь­зуется практически во всех студиях звукозаписи — это синтезаторы. Синте­заторы — это устройства, генерирующие звуковые волны с использованием разнообразных методов синтеза. Синтезаторы могут быть выполнены в раз­личных комбинациях — их составляющими частями являются клавиатура, мультитембральный звуковой модуль, секвенсер, процессор эффектов, устройства хране­ния данных. Например, широ­ко распространенные рабочие станции (рис. 6.15.)

Рис. 6.17. Интерфейс виртуального синтезатора Retro-AS 1

Объединяют все вышепере­численные элементы в одном корпусе. Звуковой модуль (рис. 6.16) требует внешней подклю­чаемой Midi-совместимой кла­виатуры и программного сек-венсера, виртуальные синтеза­торы реализуют все функции синтеза, используя мощность процессоров компьютера и DSP звуковой карты, если такой име­ется (рис. 6.17).

Разные модели синтезаторов используют различные методы синтеза. К ос­новным методам можно отнести:

1. Суммирующий (Additive) синтез. Используется набор из нескольких синусои­
дальных генераторов с независимым управлением, выходные сигналы которых
суммируются для получения результирующего сигнала. На этом методе осно­
ван принцип создания звука в духовом органе.

2. Разностный (subtractive) синтез. Идеологически противоположен первому.
В основу положена генерация звукового сигнала с богатым спектром (мно­
жеством частотных составляющих) с последующей фильтрацией (выделе­
нием одних составляющих и ослаблением других) — по этому принципу
работает речевой аппарат человека. Основным органом синтеза в этом ме­
тоде служат управляемые фильтры: резонансный (полосовой) — с изменяе­
мым положением и шириной полосы пропускания (band) и фильтр нижних
частот (ФНЧ) с изменяемой частотой среза (cutoff).

3. FM-синтез. В основу положена взаимная модуляция по частоте между не­
сколькими синусоидальными генераторами. Каждый из таких генераторов,
снабженный собственными формирователем амплитудной огибающей, ам­
плитудным и частотным вибрато, называется оператором. Различные спо­
собы соединения нескольких операторов, когда сигналы с выходов одних
управляют работой других, называются алгоритмами синтеза. Алгоритм
может включать один или больше операторов, соединенных последователь­
но, параллельно, последовательно-параллельно, с обратными связями и в
прочих сочетаниях — все это дает практически бесконечное множество
возможных звуков.

4. Метод воспроизведения сэмплов. В синтезаторах, устроенных по принци­
пу воспроизведения сэмплов (sample playback), используются цифровые за­
писи реальных инструментов, находящиеся в постоянной памяти подобных
устройств. Таким образом, их генераторы не вырабатывают форму волны, а
просто воспроизводят готовые записи. Это позволяет намного более точно
имитировать реальные инструменты. Дальнейшее изменение звуков в об­
щем ничем не отличается от аналоговых синтезаторов: вы имеете фильтры,
генераторы огибающих, генератор низкой частоты и т.д.

5. Таблично-волновой (wave table). Разновидность сэмплерного метода, ког­
да записывается не все звучание целиком, а его отдельные фазы — атака,
начальное затухание, средняя фаза и концевое затухание, что позволяет
резко снизить объем памяти, требуемый для хранения сэмплов. Эти фазы
записываются на различных частотах и при различных условиях (мягкий
или резкий удар по клавише рояля, различное положение губ и языка при
игре на саксофоне и т.п.), в результате чего получается семейство звуча­
ний одного инструмента. При воспроизведении эти фазы нужным образом
составляются, что дает возможность при относительно небольшом объеме

сэмплов получить достаточно широкий спектр различных звучаний инструмента, а главное — заметно усилить выразительность звучания, выбирая, например, в зависимости от силы удара по клавише синтезатора не только нужную амплитудную огибающую, как делает любой синтезатор, но и нужную фазу атаки.

6. Метод физического моделирования (physical modelling). Состоит в моделировании физических процессов, определяющих звучание реального инструмента на основе его заданных параметров (например, для скрипки — порода дерева, состав лака, геометрические размеры, материал струн и смыч­ка и т.п.). В связи с крайней сложностью точного моделирования даже простых инструментов и огромным объемом вычислений метод пока развивается медленно, на уровне студийных и экспериментальных образцов синтезаторов. Ожидается, что с момента своего достаточного развития он заменит известные методы синтеза звучаний акустических инструментов, оставив им только задачу синтеза не встречающихся в природе тембров.

Midi-нонтроллеры

Устройства, предназначенные только для формирования MIDI-сообщений, не содержащие средств синтеза звука, называются MIDI-контроллерами. Это мо­жет быть клавиатура, педаль, рукоятка с несколькими степенями свободы, удар­ная установка с датчиками способа и силы удара, а также — струнный или духовой инструмент с датчиками и анализаторами способов воздействия и при­емов игры. Основным видом MIDI-контроллера является MIDI-клавиатура. Этим термином принято обозначать «синтезаторы без звуков», то есть синтезатор-ные или фортепианные клавиатуры, функции которых сводятся к передаче в компьютер или на другое MIDI-устройство сообщений о нажатиях на клавиши и о дру­гих событиях (рис. 6.18).

Многие любительские MIDI-клавиату-ры передают только сообщения Note On/ Note Off («включить/выключитьноту») и иг­норируют силу нажатия на клавиши. Такие клавиатуры принято называть «пассивны­ми» в отличие от «активных», которые пе­редают не только номер нажатой клавиши, но и значение силы (скорости) нажатия.

Рис. 6.18. Midi-клавиатура Oberheim МС1000

Любая MIDI-клавиатура содержит соб­ственно клавиатуру (4-6 октав), схему пре­образования воздействий (нажатия клавиш

или управления колесами и педалями) в MIDI-сообщения и адаптер с выходом MIDI Out.

Основные параметры клавиатур:

• количество клавиш: большинство моделей имеет 49, 61 или 88;

• размер клавиш: полноразмерные (full-size) или уменьшенные;

• механические характеристики — упругость клавиш, реакция на воздей­
ствие, конструкция привода. Различаются простая пружинная конструкция,
«взвешенные» (weighted) клавиши с грузиками различной массы на ближ­
нем и дальнем концах, и клавиши с молоточковой системой (hammer action),
наиболее близкие по ощущению к фортепианным;

• чувствительность к скорости нажатия/отпускания (velocity), пропорци­
ональной силе удара по клавишам. У различных клавиатур разная крутизна
зависимости выдаваемого значения скорости от силы удара;

• чувствительность к общему давлению на клавиатуру (channel aftertouch)
после нажатия клавиш. Измеряется общее давление, оказываемое исполни­
телем на всю клавиатуру в целом;

• чувствительность к давлению на отдельные клавиши (polyphonic
aftertouch). Измеряется отдельно для каждой клавиши с момента ее на­
жатия;

• наличие основных органов управления — колес (wheels) глубины модуляции
(modulation) и смещения по высоте (pitch bend), педали удержания нот (sustain);

• наличие дополнительных органов управления и индикации — движка вво­
да данных (data entry), индикатора режимов работы, средств передачи до­
полнительных MIDI-команд, октавнойперестройки (transpose), дополнитель­
ных педалей и т.п.