Понятие «Sample» и семплирование
В начале разговора, следует определиться, что значит создать (синтезировать) звук, используя компьютерную технику.
Еще в середине 30-х годов был изготовлен электрический орган, представ-лявший собой набор электромеханических генераторов, каждый из которых вырабатывал сигнал такой частоты, которая соответствовала частоте одной из нот. То есть каждый генератор имел независимое от других управление и гене-рировал фактически чистый тон определенной частоты и амплитуды. Сигналы генераторов суммировались, и их суммой являлось многоголосое звучание. Такой метод синтеза называется аддитивным (от англ. «additive» - сложение). Реализацию этого метода затрудняет количество генераторов, необходимое для создания звуков сложной структуры. Однако решение этой проблемы значи-тельно упростилось с появление интегральных схем. Это явилось практическим выражением FМ-синтеза, при котором звучание какого-то инструмента (звука с нужным тембром) реализуется за счет генерации сложных колебаний. Формирователи таких колебаний могут быть реализованы как аппаратно, так и программно. Проще говоря, для синтеза звуков не нужно заранее записывать их в память синтезатора, нужно только хранить алгоритмы их полу-чения.
Амплитуда
атака
стабилизация
спад поддержка снятие
Время
Рис 7.8. Структура сигнала
FМ-синтез (или правильнее ЧМ-синтез) - это упрощенное обозначение частотной модуляции (frequency modulation). То есть синтез звука основывается на использовании нескольких генераторов звуковых частот при их взаимной мо-дуляции. Генератор в совокупности с управляющей им схемой, формирующей амплитудную огибающую и другие параметры сигнала генератора, принято на-зывать оператором. -Оператор можно представить в виде двух основных элементов: частотного модулятора и генератора огибающей. Частотный модулятор определяет высоту тона, а генератор оги-бающей определяет изменение амплитуды колебания во времени, или тембр. Различные музыкальные инструменты имеют различные тембры и огибающие. Так вот, любую огибающую можно представить в виде нескольких основных этапов (рисунок 7.8.): атака (attack), стабилизация (hold), спад (decay), поддержка (sustain) и снятие (геlease).
Это характерно почти для всех звуковых ко-лебаний, генерируемых музыкальными инструментами. Для окончательной ими-тации голоса одного инструмента необходимо два оператора - один для генера-ции тона, другой для генерации сигнала модулирующей частоты. Для получения же стереосигнала требуется, соответственно, 4 оператора (то есть по 2 оператора на канал). Таким образом, для достижения одновременного звучания нескольких голосов, причем в стереорежиме, количество пар операторов должно равняться удвоенному количеству голосов.
Сэмплерный и таблично-волновой (WТ) синтез
Что же стало заменой FМ-синтезатора? На замену FМ-синтезатору пришел качественно новый WТ-синтезатор, основанный на использовании волновой таб-лицы (Wave Table). Его суть состоит в следующем. В FМ-синтезато-
ре хранятся не сами звуки, а, скажем так, способы их генерации. В WТ-синтезато-ре реализовано как раз обратное. Это значительно более дорогостоящий метод, требующий использования ПЗУ - постоянного запоминающего устройства (RОМ - Read Only Memory). Однако такой синтезатор способен вьгдавать звук почти не отличимый от реального. Итак, что же кроется за технической стороной?
Еще в конце 70-х годов был создан цифровой музыкальный инструмент, ос-нованный на сэмплировании (от англ. «sample» - образец). Синтез звука при ис-пользовании такого метода достигается за счет заранее записанных (оцифрован-ных) звуков (образцов) реальных музыкальных инструментов. Эти звуки (сэмп-лы) хранятся в ПЗУ, или, применительно к WТ-синтезу, говорят - содержатся в волновой таблице. Справедливости ради нужно сказать, что существуют такие WТ-синтезаторы, в которых нет ПЗУ, а сэмплы “загружаются” в ОЗУ - оператив-ное запоминающее устройство (RАМ - Read Access Memory) при каждом вклю-чении компьютера. Однако такой способ хранения сэмплов не является принци-пиально отличным от указанного выше, поэтому для упрощения мы будем счи-тать, что сэмплы хранятся именно в ПЗУ.
На этом мы закончим рассмотрение методов синтеза звука. Однако, прежде чем перейти к обсуждению следующей темы, нам следует отдельно оговорить такие понятия, как полифония и многотембровость, так как эти понятия часто встречаются при описании характеристик синтезаторов.
Полифония (polyphony) - это максимально возможное количество воспро-изводимых одновременно простейших звуков, или, другими словами, максималь-ное количество одновременно запущенных генераторов синтезатора. Так как многие инструменты состоят из более чем одного простого звука, то полифония не всегда означает максимальное количество одновременно звучащих нот.
Многотембровость - максимально возможное количество воспроизводи-мых одновременно инструментов. Обычно это число равно числу MIDI-кана-лов, то есть 16.