Сэмплер: История, принцип работы и развитие

Введение

Устройство для записи и воспроизведения сэмплов

Сэмплер – это электронный музыкальный инструмент, который записывает и воспроизводит сэмплы (фрагменты звукозаписей). Сэмплы могут включать в себя такие элементы, как ритм, мелодия, речь, звуковые эффекты или более продолжительные музыкальные отрывки. В середине XX века появились клавишные инструменты, воспроизводящие звуки, записанные на магнитную ленту, например, Mellotron. С развитием технологий стали появляться более доступные автономные сэмплеры с увеличенным объемом памяти, такие как E-mu Emulator, Akai S950 и Akai MPC. Сэмплы могут загружаться или записываться пользователем или производителем. Воспроизведение сэмплов может осуществляться самой программой сэмплирования, MIDI-клавиатурой, секвенсором или другим управляющим устройством (например, электронными барабанами). Поскольку сэмплы обычно хранятся в цифровой памяти, информация может быть быстро извлечена. Отдельный сэмпл может быть транспонирован в разные тональности для создания музыкальных гамм и аккордов. Часто сэмплеры оснащаются фильтрами, эффектами, модуляцией посредством низкочастотных колебаний и другими функциями, характерными для синтезаторов, позволяющими модифицировать исходный звук различными способами. Большинство сэмплеров поддерживают мультитембральность – возможность одновременного воспроизведения нескольких звуков. Многие из них также полифоничны – способны воспроизводить несколько нот одновременно.

История

До появления компьютерных сэмплеров музыканты использовали клавиатуры с воспроизведением с магнитной ленты, которые хранили записи на аналоговой ленте. При нажатии клавиши головка ленты соприкасалась с движущейся лентой и воспроизводила звук. Наиболее известной моделью был Mellotron, который использовался многими группами в конце 1960-х и 1970-х годах, но такие системы были дорогими и тяжелыми из-за множества связанных с ними механизмов ленты, а диапазон инструмента был ограничен максимум тремя октавами. Для смены звуков в инструмент требовалось установить новый набор лент. Появление цифрового сэмплера сделало сэмплирование гораздо более практичным. Первое цифровое сэмплирование было выполнено на системе EMS Musys, разработанной Питером Грогоно (программное обеспечение), Дэвидом Кокереллом (аппаратное обеспечение и интерфейсы) и Питером Зиновьевым (проектирование и эксплуатация системы) в их лондонской (Путни) студии около 1969 года. Система работала на двух мини-компьютерах Digital Equipment PDP 8. Они имели пару быстрых цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей, 12 000 (12К) байт оперативной памяти (RAM), дополненных жестким диском объемом 32К и ленточным накопителем (DecTape). Оборудование EMS использовалось для управления первой в мире цифровой студией (EMS London (Putney) Studio), и их первое цифровое сэмплирование было выполнено на этой системе в 1971–1972 годах для "Chronometer" Харрисона Биртвистла, выпущенного в 1975 году. Первым коммерчески доступным сэмплирующим синтезатором был Computer Music Melodian от Гарри Менделла (1976), а первым полифоническим цифровым сэмплирующим синтезатором стал Fairlight CMI, произведенный в Австралии и впервые поступивший в продажу в 1979 году. Эти ранние сэмплирующие синтезаторы использовали волновой синтез на основе сэмплов. Сэмплирующие клавиатуры отличались высокой ценой, которая была недоступна большинству работающих музыкантов – ранний Fairlight стоил от 30 000 долларов. E-mu Emulator снизил цену до менее чем 10 000 долларов, но только в середине 1980-х годов на рынок начали выходить действительно доступные клавиатурные сэмплеры, такие как Ensoniq Mirage в 1985 году и E-mu Emax в следующем году, которые стоили менее 2000 долларов. Вскоре после этого появились Korg DSS 1 и Roland S Series. В 1980-х годах гибридные синтезаторы начали использовать короткие сэмплы (например, фазу атаки инструмента) вместе с цифровым синтезом для создания более реалистичных имитаций инструментов, чем это было возможно ранее. Примерами являются Korg M1, Roland U 110, серия Yamaha SY и серия инструментов Kawai K. Ограничивающими факторами в то время были стоимость физической памяти (RAM) и ограничения внешних устройств хранения данных, и этот подход позволял наилучшим образом использовать небольшое количество памяти, доступное инженерам-конструкторам. Перкуссионный сэмплер E-mu SP 1200, выпущенный в августе 1987 года, популяризировал использование цифровых сэмплеров в хип-хоп музыке в конце 1980-х годов. Akai стала пионером во многих методах обработки, таких как кроссфейд-циклы и "time stretch" для укорочения или удлинения сэмплов без изменения высоты тона и наоборот. Akai MPC60, выпущенный в 1988 году, стал самым влиятельным сэмплером в хип-хоп музыке. В том же году был выпущен Ensoniq EPS – преемник Mirage – и стал первой сэмплирующей клавиатурой, разработанной специально для живых выступлений, а не как чисто студийный инструмент, каким были большинство сэмплеров до этого. Музыкальные рабочие станции 2010-х годов обычно используют сэмплирование, будь то простое воспроизведение или сложное редактирование, которое соответствует всем, кроме самых продвинутых специализированных сэмплеров, а также включают в себя такие функции, как секвенсор. Сэмплеры, наряду с традиционными звукорежиссерами Foley, являются основой современного производства звуковых эффектов. Используя цифровые методы, различные эффекты можно изменять по высоте тона и другим параметрам способами, которые потребовали бы многих часов работы с лентой.

Prior to computer memory based samplers, musicians used tape replay keyboards, which store recordings on analog tape. When a key is pressed the tape head contacts the moving tape and plays a sound. The Mellotron was the most notable model, used by a number of groups in the late 1960s and the 1970s, but such systems were expensive and heavy due to the multiple tape mechanisms involved, and the range of the instrument was limited to three octaves at the most. To change sounds a new set of tapes had to be installed in the instrument. The emergence of the digital sampler made sampling far more practical. The earliest digital sampling was done on the EMS Musys system, developed by Peter Grogono (software), David Cockerell (hardware and interfacing) and Peter Zinovieff (system design and operation) at their London (Putney) Studio c. 1969. The system ran on two mini computers, Digital Equipment PDP 8's. These had a pair of fast D/A and A/D converters, 12,000 (12k) bytes of core memory (RAM), backed up by a hard drive of 32k and by tape storage (DecTape). EMS equipment was used to control the world's first digital studio (EMS London (Putney) Studio), and their earliest digital sampling was done on that system during 1971–1972 for Harrison Birtwistle's "Chronometer" released in 1975. The first commercially available sampling synthesizer was the Computer Music Melodian by Harry Mendell (1976), while the first polyphonic digital sampling synthesizer was the Australian produced Fairlight CMI, first available in 1979. These early sampling synthesizers used wavetable sample based synthesis. Sampling keyboards were notable for their high price which was out of reach for the majority of working musicians – with the early Fairlight starting at $30,000. The E mu Emulator brought the price down to under $10,000 but it was not until the mid 1980s that genuinely affordable keyboard samplers began to hit the market with the Ensoniq Mirage in 1985 and the E mu Emax the following year, which had a sub $2000 price point. The Korg DSS 1 and Roland's S Series followed shortly afterwards. During the 1980s, hybrid synthesizers began to utilize short samples (such as the attack phase of an instrument) along with digital synthesis to create more realistic imitations of instruments than had previously been possible. Examples are the Korg M1, Roland U 110, Yamaha's SY series, and the Kawai K series of instruments. Limiting factors at the time were the cost of physical memory (RAM) and the limitations of external data storage devices, and this approach made best use of the tiny amount of memory available to the design engineers. The E mu SP 1200 percussion sampler, upon its release in August 1987, popularized the use of digital samplers within hip hop music in the late 1980s. Akai pioneered many processing techniques, such as crossfade looping and "time stretch" to shorten or lengthen samples without affecting pitch and vice versa. The Akai MPC60, released in 1988, went on to become the most influential sampler in hip hop music. That same year, the Ensoniq EPS – the successor to the Mirage – was launched and was the first sampling keyboard which was designed specifically for live performance rather being a purely studio based tool as most samplers had been hitherto. The 2010s era music workstation usually uses sampling, whether simple playback or complex editing that matches all but the most advanced dedicated samplers, and also includes features such as a sequencer. Samplers, together with traditional Foley artists, are the mainstay of modern sound effects production. Using digital techniques various effects can be pitch shifted and otherwise altered in ways that would have required many hours when done with tape.

Отбор проб в Японии

В Японии с 1980-х годов стали появляться цифровые сэмплеры, использующие импульсно-кодовую модуляцию (PCM). Первый такой сэмплер был создан в 1981 году инженером Кенджи Муратой для японской электронной музыкальной группы Yellow Magic Orchestra, которая активно использовала его для семплирования и создания лупов в своем альбоме 1981 года Technodelic. LMD 649 воспроизводил и записывал PCM-семплы с глубиной звука 12 бит и частотой дискретизации 50 кГц, сохраняя их в 128 КБ динамической оперативной памяти, а также использовал логическую систему.

Интерфейс

Обычно сэмплером управляют с помощью подключенной музыкальной клавиатуры или другого внешнего MIDI-контроллера или источника. Каждое входящее сообщение о ноте позволяет сэмплеру получить доступ к определенному сэмплу. Часто на клавиатуре распределяется несколько сэмплов, каждый из которых назначается отдельной ноте или группе нот. Отслеживание клавиатуры позволяет изменять высоту звучания сэмплов на соответствующую величину, как правило, в полутонах и тонах. Каждая группа нот, которой назначен один и тот же сэмпл, часто называется "ключевой зоной", а совокупность таких зон – картой клавиш. Например, на рисунке 1 создана карта клавиш с четырьмя различными сэмплами. Каждый сэмпл, при изменении высоты, должен быть связан с определенной центральной нотой. Первый сэмпл (Скрипка G#2) распределен по трем нотам: G2, G#2 и A2. Если получена нота G#2, сэмплер воспроизведет сэмпл скрипки G#2 в его исходной высоте. Если получена нота G2, сэмплер понизит высоту сэмпла на полутон, а нота A2 воспроизведет его на полутон выше. Если введена следующая нота (Bb2), сэмплер выберет сэмпл скрипки B2, воспроизводя его на полутон ниже центральной ноты B2. В целом, сэмплеры могут воспроизводить любые записанные аудиосигналы. Большинство сэмплеров предлагают инструменты редактирования, позволяющие пользователю изменять и обрабатывать аудио, а также применять широкий спектр эффектов. Это делает сэмплер мощным и универсальным музыкальным инструментом.

Иерархия

Сэмплер организован в иерархию постепенно усложняющихся структур данных. В основе лежат сэмплы – отдельные записи любого звука, записанные с определенной частотой дискретизации и разрешением. Хотя наиболее распространенным звуком для сэмплирования является звучание музыкального инструмента (например, игра пианиста на фортепиано или органиста на органе), сэмплом может быть любой звук, включая «немузыкальные» звуки, такие как щелчки пишущей машинки или лай собаки. Эталонная центральная частота указывает фактическую частоту записанной ноты. Сэмплы также могут быть "зациклены" путем определения точек начала и конца повторяющегося участка сэмпла, что позволяет относительно короткому сэмплу воспроизводиться бесконечно. В некоторых случаях используется "кроссфейд петли", обеспечивающий менее заметные переходы в точке зацикливания за счет плавного затухания конца петли и одновременного появления начала. Карты клавиш организованы в инструменты. На этом уровне можно добавлять параметры, определяющие способ воспроизведения карт клавиш. Фильтры могут применяться для изменения тембра звука, а низкочастотные генераторы и генераторы огибающей могут формировать амплитуду, высоту тона, фильтр или другие параметры звука. Инструменты могут содержать несколько слоев карт клавиш для одновременного воспроизведения нескольких сэмплов, при этом каждая карта клавиш может иметь свой собственный набор параметров, чтобы входящие нотные события по-разному влияли на каждый слой. Например, два слоя могут по-разному реагировать на скорость нажатия клавиши, изменяя тембр в зависимости от силы нажатия. На этом уровне существует два основных подхода к организации сэмплера. В банковском подходе каждый инструмент назначается отдельному MIDI-каналу, и для переконфигурации сэмплера можно хранить несколько банков. Альтернативный и более мощный подход заключается в связывании каждого инструмента с номером патча или ID, позволяя настраивать каждый MIDI-канал отдельно, отправляя управляющую информацию на соответствующий канал.

Типы

Многие сэмплеры работают, как описано выше: система привязки к клавишам "распределяет" сэмпл по определенному диапазону клавиш. Это имеет побочные эффекты, которые могут быть желательны в определенных ситуациях, например, для ускорения или замедления драм-лупов. Однако, высокие и низкие участки такой привязки могут звучать неестественно. Например, если клавесин был записан в нижнем регистре, а затем сэмплы были транспонированы в очень высокие тона, высокие ноты могут звучать нереалистично и неаутентично. При использовании нескольких привязок для одного инструмента, переход между ними может быть слишком заметным для реалистичной имитации – искусство заключается в том, чтобы сделать эти переходы максимально плавными. Некоторые фразовые сэмплеры лучше оптимизированы для воспроизведения отдельных "однократных" звуков, таких как удары барабанов. Каждая привязка охватывает только одну клавишу, что требует большого количества зон (61 на пятиоктавной клавиатуре), каждая со своими настройками. "Фразовое сэмплирование" призвано упростить этот процесс, особенно на интерфейсах, таких как 16 пэдов серии Akai MPC: тот факт, что каждый пэд фактически представляет собой ноту, скрыт от пользователя. Сэмплер не изменяет высоту тона сэмплов, а просто воспроизводит их. Пользовательский интерфейс упрощен. Фразовые сэмплеры часто выполнены в формате грувбокса, что делает их легкими, удобными в использовании и портативными.

Компьютерная музыка

[[Изображение:ПДП 8А 400 передняя панель. jpg|мини|DEC PDP 8/A (мини-компьютер). Computer Music Melodian (1976) был разработан на базе компьютера PDP 8 компании Digital Equipment Corporation. Он включал в себя аппаратно реализованные функции преобразования цифрового сигнала в аналоговый и аналогового в цифровой, а также фильтры антиалиасинга с отслеживанием. Melodian впервые был использован Стиви Уондером в его альбоме "Stevie Wonder's Journey Through "The Secret Life of Plants"" (1979). Melodian представлял собой монофонический синтезатор с 12-битной аналого-цифровой дискретизацией с частотой до 22 кГц. Он был разработан для совместимости с аналоговыми синтезаторами и имел функцию синхронизации с высотой тона аналогового синтезатора, например ARP 2600. Это позволяло Melodian захватывать все эффекты частотной модуляции, включая те, которые создавались с помощью сенсорной ленты управления ARP. Он также мог запускаться с клавиатуры ARP, таким образом, функционируя как гибрид сэмплера и аналогового синтезатора и максимально используя доступные на тот момент технологии.

Синклавир

Synclavier System — ранний цифровой синтезатор и сэмплер, произведенный компанией New England Digital. Впервые представленный в 1977 году, он оказал значительное влияние как на музыкальных продюсеров, так и на электронных музыкантов благодаря своей универсальности, передовым технологиям и уникальному звучанию. Системы Synclavier были очень дорогими — максимальная цена, когда-либо уплаченная за одну, достигала примерно 500 000 долларов, хотя стоимость средних систем колебалась в пределах 200 000–300 000 долларов. Несмотря на это, что делало его недоступным для большинства музыкантов, он получил широкое распространение среди продюсеров и профессиональных студий звукозаписи, конкурируя на этом рынке с другими высококлассными системами, такими как Fairlight CMI. Несмотря на свою редкость, Synclavier до сих пор используется во многих студиях.

Системы E-mu

E mu Emulator (1981) стал первой попыткой E mu Systems в области сэмплирования и спас компанию от финансового краха после полного провала Audity из-за его стоимости в 70 000 долларов. Название "Emulator" появилось в результате поиска синонимов и идеально соответствовало названию компании. Emulator выпускался в версиях с полифонией на 2, 4 и 8 нот, версия с 2 нотами была отменена из-за недостаточного интереса, и имел максимальную частоту дискретизации 27,7 кГц, четырех-октавную клавиатуру и 128 кБ памяти. E mu Emulator II (1984) был разработан, чтобы заполнить пробел между Fairlight CMI, Synclavier и Ensoniq Mirage. Он предлагал 8-нотную полифонию, 8-битное сэмплирование, 512 кБ оперативной памяти (1 МБ в EII+, но доступной только как два независимых банка по 512 кБ), 8-трековый секвенсор и аналоговую фильтрацию. С опцией жесткого диска Emulator II был сопоставим с сэмплерами, выпущенными через 5 лет. E mu SP 12 (1986) был предшественником E mu SP 1200. E mu Emulator III (1987) представлял собой 16-битный стерео цифровой сэмплер с 16-нотной полифонией, максимальной частотой дискретизации 44,1 кГц и до 8 МБ памяти. Он оснащен 16-канальным секвенсором, SMPTE и 40 МБ жесткого диска. E mu SP 1200 (1987) был и остается одним из самых уважаемых сэмплеров для использования в хип-хоп-продакшене. Его 12-битный движок сэмплирования придавал инструментам желаемую теплоту, а ударным – зернистый, мощный звук. Он предлагал 10 секунд времени сэмплирования, разделенных на четыре 2,5-секундных секции. E mu Emax продавался с 1985 по 1995 год и был ориентирован на бюджетный сегмент рынка. E mu ESI 32 (1994) был упрощенной, значительно более дешевой версией EIIIx и мог использовать те же сэмплы. Устройство поддерживало до 32 МБ оперативной памяти, 32-нотную полифонию, а звук можно было направлять внутренне на один из четырех полифонических выходов. Через опциональный интерфейс SCSI ESI 32 мог получить доступ к внешним CD-ROM, Zip 100 и жестким дискам.

Акай

Akai вошла в мир электронных музыкальных инструментов в 1984 году, когда Роджер Линн, создатель Linn LM 1, Linn 9000 и LinnDrum, объединился с японско-сингапурской корпорацией Akai Corporation для создания сэмплеров, аналогичных тем, что разрабатывались в его собственной компании Linn Electronics. Так появился первый в серии доступных сэмплеров – S612, 12-битный цифровой модуль сэмплирования. В 1986 году S612 был заменен моделью S900. Akai S900 (1986) стал первым по-настоящему доступным цифровым сэмплером. Он был 8-голосным и поддерживал 12-битное сэмплирование с частотным диапазоном до 40 кГц и объемом памяти до 750 кБ, что позволяло записывать чуть менее 12 секунд при наилучшей скорости сэмплирования. В памяти можно было хранить до 32 сэмплов. Операционная система была программной и поддерживала обновления, которые необходимо было загружать при каждом включении сэмплера. Akai MPC60 Digital Sampler/Drum Machine and MIDI Sequencer (1988) стал первой моделью, не предназначенной для установки в стойку. Это также был первый сэмплер от AKAI с чувствительными к касанию триггерными пэдами, что положило начало популярной серии сэмплер-секвенсеров MPC. Akai S950 (1988) представлял собой улучшенную версию S900 с максимальной частотой дискретизации 48 кГц и некоторыми функциями редактирования, аналогичными современному S1000. Akai S1000 (1988) был, пожалуй, самым популярным 16-битным стерео-сэмплером с частотой 44,1 кГц своего времени. Он предлагал 16 голосов, до 32 МБ памяти и 24-битную внутреннюю обработку, включая цифровой фильтр (18 дБ/октаву), LFO и два генератора огибающей ADSR (для амплитуды и фильтрации). S1000 также поддерживал до 8 различных точек лупа. Дополнительные функции включали автоматический луп, луп с кроссфейдом, луп в фазе затухания (циклически повторяет луп по мере затухания звука), луп до фазы затухания (циклически повторяет луп до начала затухания ноты), реверс и растяжение времени (версия 1.3 и выше). Среди других сэмплеров, выпущенных AKAI, – S01, S20, S700, S2000, S2800, S3000, S3000XL, S3200, S5000, S6000, MPC500, MPC1000, MPC2000, MPC2000XL, MPC2500, MPC3000, MPC3000XL, MPC3000LE, MPC4000, MPC5000, Z4 и Z8.

Akai entered the electronic musical instrument world in 1984 when Roger Linn, the creator of the Linn LM 1, the Linn 9000, and the LinnDrum, partnered with the Japanese/Singaporean Akai Corporation to create samplers similar to the ones created at Linn's own company, Linn Electronics. With this came the first in a series of affordable samplers, the S612, a 12 bit digital sampler module. The S612 was superseded in 1986 by the S900. The Akai S900 (1986) was the first truly affordable digital sampler. It was 8 note polyphonic and featured 12 bit sampling with a frequency range up to 40 kHz and up to 750 kB of memory that allowed for just under 12 seconds at the best sampling rate. It could store a maximum of 32 samples in memory. The operating system was software based and allowed for upgrades that had to be booted each time the sampler was switched on. The Akai MPC60 Digital Sampler/Drum Machine and MIDI Sequencer (1988) was the first non rack mounted model released. It is also the first time a sampler with touch sensitive trigger pads was produced by AKAI, giving birth to the popular MPC series of sampler sequencers. The Akai S950 (1988) was an improved version of the S900, with a maximum sample frequency of 48 kHz and some of the editing features of the contemporary S1000. The Akai S1000 (1988) was possibly the most popular 16 bit 44.1 kHz stereo sampler of its time. It featured 16 voices, up to 32 MB of memory, and 24 bit internal processing, including a digital filter (18 dB/octave), an LFO, and two ADSR envelope generators (for amplitude and filtering). The S1000 also offered up to 8 different loop points. Additional functions included Autolooping, Crossfade Looping, Loop in Release (which cycles through the loop as the sound decays), Loop Until Release (which cycles through the loop until the note begins its decay), Reverse and Time Stretch (version 1.3 and higher). Other samplers released by AKAI include the S01, S20, S700, S2000, S2800, S3000, S3000XL, S3200, S5000, S6000, MPC500, MPC1000, MPC2000, MPC2000XL, MPC2500, MPC3000, MPC3000XL, MPC3000LE, MPC4000, MPC5000, Z4 and Z8.

Хранение образцов

Большинство старых сэмплеров используют SCSI как протокол для ввода и вывода данных образцов. Интерфейсы SCSI либо были стандартной комплектацией сэмплера, либо предлагались как опция. SCSI обеспечивает возможность быстрой передачи больших объемов данных в сэмплер и из него. Наиболее популярными SCSI-устройствами, используемыми с сэмплами, являются жесткие диски, CD-ROM-приводы, диски Zip и сменные картриджные накопители, такие как Syquest и Iomega Jaz. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, при этом жесткие диски являются самыми быстрыми. В современных сэмплах (после 2000 года) для хранения и передачи образцов используются карты памяти на основе твердотельной электроники (например, CompactFlash или SmartMedia).

Пробоотборщики программного обеспечения

В 1990-х и 2000-х годах рост вычислительной мощности компьютеров и объема памяти сделал возможным создание программных приложений, предоставляющих те же функциональные возможности, что и аппаратные устройства. Обычно они выпускаются в виде подключаемых инструментов, например, с использованием системы VST. Некоторые из этих сэмплеров предлагают относительно простые функции воспроизведения сэмплов, требуя от пользователя использования другого программного обеспечения для таких задач, как редактирование сэмплов, запись сэмплов и обработка эффектами DSP, в то время как другие предоставляют возможности, превосходящие функциональность рэковых устройств.

Трекеры

В 1980-х годах пользователи домашних компьютеров изобрели трекеры. Секвенсоры – это программные семплеры, так как ресемплинг в реальном времени является обязательным требованием для концепции трекера. Современный PC-трекер с хорошими возможностями семплирования – например, Renoise Tracker.