Мультисэмплинг
Мультисэмплинг (Multi-Sampling) — это технология, которая позволяет “привязать” сэмплы к отдельным клавишам, или к группам клавиш MIDI-клавиатуры. Суть данной технологии можно пояснить графически так, как это сделано на рис. 3.5. Как вы увидите в дальнейшем, именно такая форма графического представления областей действия сэмплов используется в Vienna SoundFont Studio 2.1, впрочем, как и во многих других редакторах инструментов.
Рис. 3.5. Мультисэмплинг. Пример размещения зон действия сэмплов
Что же скрывается за сухим определением мультисэмплинга? Ни много ни мало, а возможность сэмплера звучать не хуже любого “живого” инструмента. В принципе, для создания инструмента можно обойтись всего одним-двумя сэмплами. Но при этом звучание инструмента будет далеко не идеальным. У реальных инструментов тембр зависит от высоты звука. Выражаясь научно, спектральная характеристика звука будет изменять свою форму в зависимости от частоты. Например, у фортепиано тембр звука каждой из клавиш будет хоть немного, но все-таки отличаться даже от своих ближайших клавиш-соседей, не говоря уже о клавишах, расположенных предельно далеко друг от друга — в начале и в конце клавиатуры.
В принципе, можно записать звучание музыкального инструмента для каждой ноты, а полученные сэмплы привязать к каждой из клавиш MIDI-клавиатуры. Но в этом случае для размещения звукового банка потребуется несколько мегабайт памяти, которой всегда не хватает.
Существует компромиссный вариант: записать сэмплы для групп клавиш, выбранных так, чтобы в пределах каждой из них вариации тембра звучания реального инструмента были бы не заметны на слух. Это позволило бы существенно снизить затраты памяти и в тоже время получить вполне качественный, близкий к живому звук. Так обычно и поступают.
Применение данной технологии позволяет свести на нет одну не очень очевидную, но существенную проблему: для получения разных нот сэмплы воспроизводятся с разной скоростью, при этом изменяется их длина (время звучания сэмпла или период его циклического воспроизведения).
В некоторых очень сложных и дорогих синтезаторах для устранения последствий этого эффекта используются не менее сложные алгоритмы синтеза. Звук представляется в виде маленьких гранул, т. е. сэмпл разбивается на некоторое количество фрагментов, каждый из которых воспроизводится со скоростью, соответствующей заданной ноте. При этом возникают дополнительные издержки: необходимо очень точно соединить отдельные гранулы так, чтобы в местах соединений были не слышны щелчки. Для этого используются специальные алгоритмы интерполяции. Кроме того, при воспроизведении сэмпла со скоростью, существенно ниже той, на которой он был записан, из него пропадают высокочастотные составляющие, присутствующие в любом тембре (даже в басовых инструментах).
Приведем простой пример. Пусть изначально сэмпл был записан для ноты “до” пятой MIDI-октавы (при нумерации октав, начиная с нулевой) с частотой дискретизации 44,1 кГц. Это значит, что для этой ноты спектр звука потенциально может простираться до 44,1/2=22,05 кГц (по теореме Котельникова). Для того чтобы получить ноту “до” четвертой октавы, синтезатор должен воспроизводить этот сэмпл со скоростью в два раза ниже той, на которой он был записан, то есть с частотой дискретизации 22,05 кГц. По теореме Котельникова: 22,05/2=11,025 кГц — максимальная частота звукового сигнала. Это значит, что в спектре сигнала область частотного диапазона размером 11,025 кГц будет отсутствовать, т. е. спектр звука будет ограничен в области высоких частот значением 11,025 кГц.
Для решения задачи генерации высококачественного звука фирма E-mu Systems, Inc. пошла другим (более простым) путем — сэмплы не разбиваются на гранулы, а хранятся в обычном виде. Благодаря технологии мультисэмплинга проблема изменения длины сэмпла с высотой тона решается “в лоб”, хотя это не очень удобно и требует большого объема памяти звуковой карты. Так как же сделать длину сэмплов фиксированной? Еще не догадались? Очень просто! Каждой клавише — по собственному сэмплу! И нажимайте себе на любые клавиши, длительность сэмплов при этом будет оставаться фиксированной.
А если вы не можете позволить себе такой роскоши как, например, 16 мБайт специальной аудиопамяти для SB AWE64? Или может быть на вашей звуковой карте SB32 стоит всего два 30 pin SIMM по 1 Мбайт? Ничего страшного. Этих двух мегабайт вполне хватит для того, чтобы преодолеть трудности с изменением длительности звучания сэмплов. Вот две очень простые рекомендации:
- Совсем не обязательно присваивать всем 128 клавишам MIDI-клавиатуры по сэмплу. Вряд ли вам понадобится весь этот огромный диапазон. Можно обойтись всего несколькими октавами.
- Совсем не обязательно присваивать каждой отдельной клавише по сэмплу. Здесь нет никакого противоречия со сказанным выше. Можно “растянуть” каждый сэмпл на несколько клавиш. Но это надо проделать так, чтобы изменения длительности звуковых фрагментов не были заметны на слух. Не забывайте: чем меньше клавиш в этой группе, тем лучше.
При разработке своих собственных звуковых банков с использованием этих рекомендаций для создания электронных аналогов акустических инструментов вы можете столкнуться с проблемами. В домашних условиях попытка создать свой собственный качественный инструмент, например записать звучание акустической гитары, вряд ли увенчается успехом. Для таких целей нужны лаборатории, оснащенные специальным оборудованием. Поэтому в качестве “стандартных” инструментов все-таки лучше использовать звуковые банки, созданные специалистами фирмы E-mu Systems, Inc. И если есть такая возможность, постарайтесь установить на звуковую карту побольше памяти: чем ее больше, тем естественнее будут звучать голоса инструментов (при условии использования фирменных банков, рассчитанных на тот объем памяти, который установлен на вашей звуковой карте). А место для ваших собственных инструментов еще найдется. Например, если на звуковой карте установлено 8 Мбайт памяти, то при загрузке GM-банка фирмы E-mu объемом 8 Мбайт у вас еще останется около 1 Мбайт свободной звуковой памяти.
Существует еще одна важная особенность мультисэмплинга. Связав сэмплы различных инструментов (при этом можно использовать не только свои собственные сэмплы, но и фирменные) с различными группами клавиш, можно получить одновременно несколько инструментов на одной MIDI-клавиатуре, например, для левой руки — контрабас, для правой — флейту.Это значит, что вы можете управлять по одному MIDI-каналу несколькими инструментами одновременно. Правда при этом сузятся диапазоны звучания этих инструментов, ведь MIDI-клавиш всего 128. Но, как вы уже знаете из приведенной выше рекомендации, этого должно хватить. Тем более что для управления компьютерными аналогами “живых” инструментов, такими как, например, фортепиано, используется далеко не все 128 MIDI-клавиш. Может и не придется ограничивать диапазон звучания инструмента.
Музыкальные инструменты (условные контрабас и флейту) можно заменить на спецэффекты, например на различные фразы, произнесенные человеком, звуки различных природных и технических объектов. Именно так и поступил автор некогда очень популярной композиции “Даду-даду”.
