Сэмпл — это что такое в музыке?

Сэмплы для виртуальных синтезаторов и сэмплеров

Сегодня можно найти достаточно много инструментов, в которых имеются бесплатные сэмплы в виде коллекций или библиотек.

Сэмпл - это что такое в музыке?

В качестве примера можно привести мощнейший популярный Kontakt, в свое время разработанный компанией Native Instruments. Для него в интернете выложено столько звуков, что просто диву даешься. Да взять, к примеру, trap-сэмплы. На множестве интернет-ресурсов они представлены в огромных коллекциях, причем от разных производителей, но в универсальных форматах .nki, .nkr, .nkx и .nkc.

Естественно, каждый программный синтезатор или сэмплер имеет свои собственные наборы звуков с оригинальными форматами. Однако некоторые разработчики поступают таким образом, что сохраняют библиотеки в универсальном виде типа библиотек .fxb, что позволяет загружать их в разные виртуальные инструменты.

Техническое описание

Семпл — N-байтовый элемент массива, в текущем представлении данных. Аналоговый сигнал, предварительно дискретизированный в цифровой формат, может представлять собой элемент: изображения в компьютерной графике (RGB), радиолокационное изображение (GEOTIFF), синтезируемая волна (WAV).

Семплы — это существенная часть модулей. Хорошие семплы определяют различие между нормальным и отличным модулем

Так как выбор и использование качественных семплов — важный раздел в записи любого трека/модуля, то нужно уделять большое внимание выбору семплов.

Важны две характеристики семплов: разрешение, то есть число битов, и частота дискретизации (семплирования). Число битов семпла определяет его способность различать уровни амплитуды сигнала, большое число битов позволяет воспроизводить оцифрованный звук более качественно и точно. Частота семплирования напрямую связана с наивысшей частотой, которая может быть воспроизведена семплом. Например, семпл с частотой дискретизации 40 кГц может воспроизвести звук с частотами до 20 кГц. Это означает, что низкий коэффициент семплирования может быть использован для оцифровки басов, низкочастотных звуков. В то время как для воспроизведения высокочастотных звуковых сигналов (тарелки, хэт, фортепиано) требуется высокая частота семплирования.

Другой аспект модуля/трека — это максимальный размер семпла, который нужно использовать в треке. В настоящее время некоторые редакторы и трекеры поддерживают от минимальных 64 Кб до виртуально неограниченного размера семпла. Из основных характеристик трекеров можно увидеть, что в большинстве случаев они имеют ограничения на размер семпла, а не тип модулей, в которые могут сохранять данные. Существует один из приёмов, решающих проблему невозможности использовать семпл большой длины — это loop (петли). Хорошо размещённая петля на семпле может использоваться для увеличения времени звучания семпла. Если границы loop-области отмечены аккуратно, то место склейки практически незаметно. Часто можно применять эффект sustain.

Формат семплов является одной из наименее понимаемых областей работы с модулями. Особенно SAM и SMP. Стоит заметить, что расширение файла легко можно изменить в любой операционной системе, поэтому оно не может служить идентификатором типа семпла. Поэтому тип семплов нужно определять по сигнатуре в заголовке семпла внутри файла. Но это не всегда возможно. SAM и SMP не имеют заголовка. В них размещаются только звуковые данные. Используя их, трекер декодирует их в 8-битные знаковые данные семпла. Обычно тон семпла и информация о loop-границах сохраняется в модуле. Единственная возможность обмениваться семплами с loop-установками и определённой частотой дискретизации — это сохранять их в модуле и обмениваться модулями.

Практическое использование

Если говорить о практическом использовании, те же trap-сэмплы просто загружаются на выбранные каналы или треки в студийной программе.

Сэмпл - это что такое в музыке?

Конечно, если это обычные звуковые файлы типа .wav, особо с ними не поработаешь. В принципе, даже изменить темп или основную тональность звучания можно только при наличии специальных средств. Добиться определенного результата можно при использовании слайсеров (от английского slicer), в которых предусмотрено редактирование исходного сэмпла для создания звуковой петли.

Зато «родные» сэмплы синтезаторов или универсальные библиотеки в этом отношении выглядят очень интересно. В каждом инструменте, как уже говорилось выше, имеются собственные средства обработки сигнала типа осцилляторов, фильтров или LFO-огибающих. При желании даже в «родном» звуке можно «накрутить» столько изменений, что сами создатели его не узнают.

Основные различия «сэмплов» и «лупов»

Всякие виды сэмплов изначально разделяются по двум направлениям. Это могут быть одиночный тип, и мультисэмпл, состоящий из нескольких музыкальных проигрышей или эффектов.

Выдающая басы барабанная установка выдаёт при ударе одиночные сэмплы. Если в проигрываемом музыкальном треке допускается возможность использовать длинные фрагменты проигрышей; или виртуальная клавиатура на компьютере делает данное, добавляя своё звучание в имеющуюся музыку, то это звучит мультисэмплом.

Обсуждая слово «сэмпл», нужно быть готовыми к тому, что loop и sample имеют весьма размытую границу употребления. Ведь небольшая игровая партия может вмещать в себя различные типы ударной установки. И точно невозможно определить, то ли одиночный удар повторяется постоянно, то ли из него сотворили мультисэмпл. Если он частенько повторяется в проигрываемой мелодии, то можно отнести его к «лупу».

На самом деле термин «loop» имеет несколько некорректное определение. Если в кругах ценителей музыки он называется «секвенция», и «луп» раньше называли только исполнение на барабанных инструментах, имеющих множественное повторение.

Звуковые характеристики

Одними только «железными» синтезаторами и сэмплерами дело не обошлось. С развитием компьютерных технологий стало появляться множество виртуальных инструментов, секвенсоров и даже целых виртуальных студий для создания музыки, звукозаписи, мастеринга и т. д.

Однако в самых первых версиях такого программного обеспечения использовались исключительно звуковые фрагменты, записанные с «живых» инструментов. Как правило, изначально они сохранялись в формате .wav, а чуть позже на смену ему пришли форматы .mp3, .aiff, .ogg и некоторые другие.

Сэмпл - это что такое в музыке?

Каждый такой сэмпл можно было представить в виде волны и исходя из этого различать их по характеристикам типа частоты дискретизации, глубины звука (уровня амплитуды сигнала), битрейта и т. д.

В современном компьютерном звуке стандартом считаются показатели в 44100 Гц, 16 бит, 128 кбит/с. Но этот стандарт давно уже устарел, хотя, например, некоторые сэмплы для FL Studio до сих пор имеют такие характеристики. Связано это только с размером сэмпла, ведь при более высоких параметрах вес файла, естественно, будет намного больше. Однако сейчас практически вся музыка имеет характеристики на уровне 320 кбит/сек, 48 кГц, 24 бита.

Практическое использование сэмплов

В практическом отношении все очень просто. Для наилучшего понимания вопроса в пример можно привести музыкальный секвенсор FL Studio (бывший Fruity Loops), который изначально и был ориентирован на создание исключительно барабанных петель (лупов) на основе одиночных сэмплов, а со временем превратился в полноценную виртуальную студию.

Сэмпл - это что такое в музыке?

Если посмотреть на создаваемый по умолчанию новый проект, то одиночные сэмплы в секвенсоре устанавливаются для каждого трека, а созданная на основе их сочетания (чередования в звучании) партия (паттерн) является лупом. А из паттернов, как из кирпичиков, в плейлисте можно набрать полную композицию. Но это только самый простой пример, поскольку возможности по использованию и одиночных звуков, и целых звуковых последовательностей гораздо шире.

Что такое сэмплы и лупы: основные различия

Все сэмплы условно можно разделить на два основных типа: одиночные (one-shot) и мультисэмплы (multi-samples). Первый тип обычно наглядно можно продемонстрировать на примере ударной установки.

Сэмпл - это что такое в музыке?

Один удар по рабочему барабану, тарелке, бас-бочке можно назвать одиночным сэмплом. Если для одного трека имеется возможность загрузки цельной установки, одиночные сэмплы которой распределены по виртуальной клавиатуре, как это делается, например, в барабанных сэмплерах, то это уже мультисэмпл. Созданная же партия или какой-то определенный кусочек, часто называемый паттерном, принято считать лупом (повторяющейся петлей) или секвенцией.

Вообще, говоря о том, что такое сэмпл, границу между лупами (повторяющимися секвенциями) и одиночными образцами можно провести весьма условно. Например, один звуковой файл может содержать и одиночный удар, и несколько ударов, объединенных в короткую партию или звучащих одновременно. Второй тип в равной степени можно отнести и к одиночному сэмплу, и к лупу. Вообще, лупы (loops) – определение несколько некорректное. Да, и применялось оно раньше в основном именно к барабанным партиям, причем только к повторяющимся. На самом деле правильно называть их секвенциями, поскольку именно этот термин принят в музыкальных кругах.

Сэмплы для FL Studio

Что касается одного из самых популярных музыкальных секвенсоров FL Studio, он, как и любой синтезатор, имеет собственный набор сэмплов. Здесь они распределены по группам и типам. Просмотреть их можно в левой панели звукового браузера.

Сэмпл - это что такое в музыке?

Сразу же можно заметить, что тут присутствуют и wav-файлы, и формат .ogg, и сэмплы типа .fsc, и .sf2 (Sound Fonts). Последние являлись когда-то достаточно популярными, но ввиду их низких частотных характеристик уже практически не используются. Уж лучше применять формат AKAI.

Кстати сказать, если кто не знает, изначально программа называлась Fruity Loops и предназначалась для создания петель (лупов) ударных. Loop по-английски — «петля». Как раз в то время понятие сэмпла опять несколько трансформировалось. Теперь можно было считать, что сэмпл – это даже музыкальный фрагмент: целый либо повторяющийся несколько раз, либо даже представляющий собой целую партию для определенного трека.

Сегодня различают единичные сэмплы (one-shot) и петли (loops). Примером первого может служить, скажем, звук удара по рабочему барабану или бас-бочке на ударной установке.

Применение «сэмпла» в музыке

Обычно «сэмплом» в музыке называют звучание какого-либо инструмента, наилучшим образом отыгранного в качестве звукового образца, из которого в последующем можно сделать серьёзную вещь, добавляя туда фрагменты звучания. Также туда относятся различные звуковые эффекты, заранее записанные в нужном аудиоформате.

Таким образом, вполне создаются цельные композиции, и сопровождение видеоряда. Виртуальные сэмплеры обладают рядом достоинств, среди которых малая величина, и множество образцов и настроек. Но достичь успехов можно, только приобретая небольшой опыт в использовании.

Моделирование

Мы можем полностью отойти от теоретического решения и решить задачу «в лоб». Благодаря языку R теперь это сделать очень просто. Чтобы ответить на вопрос, в какую мы ошибку получим при сэмплировании, можно просто сделать тысячу сэмплирований и посмотреть, какую ошибку мы получаем.

Подход такой:

  1. Берем разные коэффициенты конверсии (от 0.01% до 50%).
  2. Берем 1000 сэмплов по 10, 100, 1000, 10000, 50000, 100000, 250000, 500000 элементов в выборке
  3. Считаем коэффициент конверсии по каждой группе сэмплов (1000 коэффициентов)
  4. Строим гистограмму по каждой группе сэмплов и определяем, в каких пределах лежат 60%, 80% и 90% наблюдаемых коэффициентов конверсии.

Код на R генерирующий данные:

В результате мы получаем следующую таблицу (дальше будут графики, но детали лучше видны в таблице).

Коэффициент конверсии Размер сэмпла 5% 10% 20% 80% 90% 95%
0.0001 10
0.0001 100
0.0001 1000 0.001
0.0001 10000 0.0002 0.0002 0.0003
0.0001 50000 0.00004 0.00004 0.00006 0.00014 0.00016 0.00018
0.0001 100000 0.00005 0.00006 0.00007 0.00013 0.00014 0.00016
0.0001 250000 0.000072 0.0000796 0.000088 0.00012 0.000128 0.000136
0.0001 500000 0.00008 0.000084 0.000092 0.000114 0.000122 0.000128
0.001 10
0.001 100 0.01
0.001 1000 0.002 0.002 0.003
0.001 10000 0.0005 0.0006 0.0007 0.0013 0.0014 0.0016
0.001 50000 0.0008 0.000858 0.00092 0.00116 0.00122 0.00126
0.001 100000 0.00087 0.00091 0.00095 0.00112 0.00116 0.0012105
0.001 250000 0.00092 0.000948 0.000972 0.001084 0.001116 0.0011362
0.001 500000 0.000952 0.0009698 0.000988 0.001066 0.001086 0.0011041
0.01 10 0.1
0.01 100 0.02 0.02 0.03
0.01 1000 0.006 0.006 0.008 0.013 0.014 0.015
0.01 10000 0.0086 0.0089 0.0092 0.0109 0.0114 0.0118
0.01 50000 0.0093 0.0095 0.0097 0.0104 0.0106 0.0108
0.01 100000 0.0095 0.0096 0.0098 0.0103 0.0104 0.0106
0.01 250000 0.0097 0.0098 0.0099 0.0102 0.0103 0.0104
0.01 500000 0.0098 0.0099 0.0099 0.0102 0.0102 0.0103
0.1 10 0.2 0.2 0.3
0.1 100 0.05 0.06 0.07 0.13 0.14 0.15
0.1 1000 0.086 0.0889 0.093 0.108 0.1121 0.117
0.1 10000 0.0954 0.0963 0.0979 0.1028 0.1041 0.1055
0.1 50000 0.098 0.0986 0.0992 0.1014 0.1019 0.1024
0.1 100000 0.0987 0.099 0.0994 0.1011 0.1014 0.1018
0.1 250000 0.0993 0.0995 0.0998 0.1008 0.1011 0.1013
0.1 500000 0.0996 0.0998 0.1 0.1007 0.1009 0.101
0.5 10 0.2 0.3 0.4 0.6 0.7 0.8
0.5 100 0.42 0.44 0.46 0.54 0.56 0.58
0.5 1000 0.473 0.478 0.486 0.513 0.52 0.525
0.5 10000 0.4922 0.4939 0.4959 0.5044 0.5061 0.5078
0.5 50000 0.4962 0.4968 0.4978 0.5018 0.5028 0.5036
0.5 100000 0.4974 0.4979 0.4986 0.5014 0.5021 0.5027
0.5 250000 0.4984 0.4987 0.4992 0.5008 0.5013 0.5017
0.5 500000 0.4988 0.4991 0.4994 0.5006 0.5009 0.5011

Посмотрим случаи с 10% конверсией и с низкой 0.01% конверсией, т.к. на них хорошо видны все особенности работы с сэмплированием.

При 10% конверсии картина выглядит довольно простой:

Точки — это края 5-95% доверительного интервала, т.е. делая сэмпл мы будем в 90% случаев получать CR на выборке внутри этого интервала. Вертикальная шкала — размер сэмпла (шкала логарифмическая), горизонтальная — значение коэффициента конверсии. Вертикальная черта — «истинный» CR.

Мы тут видим то же, что мы видели из теоретической модели: точность растет по мере роста размера сэмпла, при этом одна довольно быстро «сходится» и сэмпл получает результат близкий к «истинному». Всего на 1000 сэмпле мы имеем 8.6% — 11.7%, что для ряда задач будет достаточно. А на 10 тысячах уже 9.5% — 10.55%.

Куда хуже дела обстоят с редкими событиями и это согласуется с теорией:

У низкого коэффициента конверсии в 0.01% принципе проблемы на статистике в 1 млн наблюдений, а с сэмплами ситуация оказывается еще хуже. Ошибка становится просто гигантской. На сэмплах до 10 000 метрика в принципе не валидна. Например, на сэмпле в 10 наблюдений мой генератор просто 1000 раз получил 0 конверсию, поэтому там только 1 точка. На 100 тысячах мы имеем разброс от 0.005% до 0.0016%, т.е мы можем ошибаться почти в половину коэффициента при таком сэмплировании.

Также стоит отметить, что когда вы наблюдаете конверсию такого маленького масштаба на 1 млн испытаний, то у вас просто большая натуральная ошибка. Из этого следует, что выводы по динамике таких редких событий надо делать на действительно больших выборках иначе вы просто гоняетесь за призраками, за случайными флуктуациями в данных.

Выводы:

Сэмплирование рабочий метод для получения оценок
Точность сэмплов растет при росте размера сэмпла и падает при снижении коэффициента конверсии.
Точность оценок можно смоделировать для вашей задачи и таким образом подобрать оптимальное сэмплирование для себя
Важно помнить, что редкие события плохо сэмплируют
В целом редкие события трудно анализировать, они без сэмплов требуют больших выборок данных.

Сэмплер в FL Studio. Часть 1

Давайте рассмотрим встроенный сэмплер программы FL Studio. Это даст  вам возможность понять, как использовать этот инструмент?

Сверху находится значок в виде папки Load sample… С помощью него можно загрузить необходимый сэмпл с жесткого диска.

Область Wave – обработка сигнала

Keep on disk (Stream sample from hard disk when possible)  – воспроизведение сэмпла с жесткого диска. Если опция отключена сэмпл будет предварительно загружен в оперативную память.

Resample (Upsample to mixing frequency) – ресэмплирование. Улучшает качество сигнала, если он записан с частотой дискретизации и квантованием ниже 44100 Гц и 16 бит. При включенной опции дополнительно нагружает оперативную память и процессор. Не рекомендуется использовать для лупов, так как это может вызвать появление ненужных артефактов.

Load regions (Load sample regions and REX / ZGR beat markers) – использование информации о разбивке сэмпла. Если присутствует информация о разбивке в формате REX или ZGR, то её можно использовать для более точной обработки, при растягивании сэмпла.

Load ACID markers (Load ACID and Apple Loops beat markers) – использование информации о разбивке в формате ACID, если такая присутствует.

Область Loop – зацикливание

Use loop points (Use sample loop points) – использование точек зацикливания.

Красные полосы – это точки зацикливания. Если опция Use loop points включена, то после воспроизведения сэмпла, он будет продолжать проигрываться в цикле от левой точки к правой

Ping pong loop (Loopforward / backward) – режим зеркального зацикливания. Если использовать эту опцию, то при зацикливании петля будет проигрываться сначала слева направо, а потом в обратном порядке.

Область Declicking – устранение щелчков

Из раскрывающегося списка можно выбрать метод устранение щелчков.

Щелчки могут возникнуть в результате неправильной нарезки сэмплов.

Out only (no bleeding) – не выполнять удаление;

Transient (no bleeding) – удаление щелчков на протяжении 10 мс;

Transient (bleeding) – удаление щелчков на протяжении 20 мс;

Generic (bleeding) – удаление щелчков на протяжении 20 мс с плавным  появлением и затуханием;

Smooth (bleeding) – удаление щелчков на протяжении 100 мс с плавным  появлением и затуханием;

Crossfade (bleeding) – удаление щелчков на протяжении 200 мс с плавным  появлением и затуханием.

Область Time stretching – растяжение сэмплов

PITCH (Pitch shift) – изменение высоты тона сэмпла;

MUL (Time stretch) – растягивание сэмпла;

TIME (Time stretch) – растягивание времени сэмпла.

При нажатии правой кнопки мыши на этом регуляторе откроется дополнительное меню.

none – значение по умолчанию;

Autodetect – автоопределение темпа;

1 beat, 2 beats, 1 bar, 2 bars, 3 bars, 4 bars – точное определение ударов или тактов сэмпла.

В списке Stretching method (метод растяжения) можно выбрать следующие варианты:

Resample – изменение длины сэмпла и высоты тона;

Pro default – метод по умолчанию;

Pro transient – сохранение щелчков сигнала;

Transient – аналог Pro transient для маломощных компьютеров;

Tonal – более качественная обработка тональных сэмплов;

Monophonic – работа с монофоническими сигналами (используется для вокала);

Speech – метод для работы с разговорной речью.

Остальные параметры инструмента рассмотрим в следующей статье Сэмплер в FL Studio. Часть 2.

Проблема

Ключевой вопрос: насколько хорошо сэмпл описывает «генеральную совокупность»? Раз мы берем сэмпл с общего массива, то получаемые нами метрики оказываются случайными величинами. Разные сэмплы дадут нам разные результаты метрик. Разные, не значит любые. Теория вероятности говорит нам, что получаемые сэмплированием значения метрики должны группироваться вокруг истинного значения метрики (сделанного по всей выборке) с определенным уровнем ошибки. При этом у нас часто бывают задачи, где для решения можно обойтись разным уровнем ошибки. Одно дело прикинуть, получаем ли мы конверсию 50% или 10%, а другое дело получить результат с точностью 50.01% vs 50.02%.

Интересно, что с точки зрения теории, наблюдаемый нами коэффициент конверсии по всей выборке — это тоже случайная величина, т.к. «теоретический» коэффициент конверсии можно посчитать только на выборке бесконечного размера. Это означает, что даже все наши наблюдения в БД на самом деле дают оценку конверсии со своей точностью, хотя нам кажется, что вот эти наши подсчитанные цифры абсолютно точны. Это так же приводит к выводу, что даже если сегодня коэффициент конверсии отличается от вчерашнего, то это еще не означает, что у нас что-то поменялось, а лишь означает, что сегодняшний сэмпл (все наблюдения в БД) из генеральной совокупности (все возможные наблюдения за этот день, которые произошли и не произошли) дал несколько иной результат, чем вчерашний. Во всяком случае для любого честного продукта или аналитика это должно быть базовой гипотезой.

Использование сэмплов на практике

В практическом применении всё достаточно просто и понятно устроено. Чтобы углубиться в практику, и лучшим образом понять обсуждаемый вопрос, достаточно привести в пример секвенсор Fruity Loops Studio. Изначально он был создан только для использования барабанов.

Для этого брался образец одиночного семпла, нужный для дальнейшего создания полноценной композиции, и из его звучания производилась петля. То есть получалась барабанная дробь из одного удара. Но в наше время всё изменяется, и перемены в лучшую сторону не обошли стороной данную электронику. Сейчас создатели гордятся тем, что из простого инструмента удалось сделать хорошую виртуальную студию.

Это был самый простой из примеров, как из одиночного звука можно создать неплохое произведение, но на самом деле тема музыкальных инструментов и звуков гораздо больше, чем можно себе представить.

Художественное применение

Семплы хорошо используется диджеями для создания клубной, транс-, техно-музыки. Путём подбора семплов по тональности, ритмичности получается готовая музыка без потери времени и с хорошим качеством звучания.

В конце 1970-х годов был создан цифровой музыкальный инструмент, в котором реализован принципиально иной подход к синтезу музыки, получивший название sampling. Буквально это слово означает отбор образцов. Синтезаторы, в которых воплощён такой принцип, называются семплерами, а образцы звучания — семплами. Процесс записи семплов принято называть оцифровкой или семплированием.

Метод воспроизведения семплов позволяет добиться высокой реалистичности. Причина заключается в том, что устройства воспроизведения семплов имеют дело с акустическими и синтетическими звуками реальных музыкальных инструментов. Когда устройство воспроизведения семплов получает сообщение Note On, то вместо того, чтобы создавать звук, оно воспроизводит цифровой семпл, который может содержать любой реальный звук — от фортепиано до волчьего воя, звук любого синтезатора или драм-машинки.

С семплами можно делать всё, что угодно. Можно оставить их такими, как есть, и семплер будет звучать голосами, почти неотличимыми от голосов инструментов-первоисточников. Можно подвергнуть семплы модуляции, фильтрации, воздействию эффектов и получить самые фантастические, неземные звуки.

Отличие семплов от обычных аудиозаписей состоит в том, что их длина незначительна (хотя не всегда). К тому же, фактически существует несколько видов семплов: разовые семплы (One-shot samples), которые обычно используются для создания звуковых эффектов или ударных звуков и воспроизводятся один раз от начала до конца, цикличность отсутствует, и циклические семплы (Loop samples), также называемые семплерными петлями или лупами (Loops), — они имитируют целые инструментальные партии, например, четыре такта партии ударных инструментов.

На данный момент, благодаря широкому распространению программных устройств воспроизведения семплов, появилась возможность создавать полноценные музыкальные произведения путём соединения циклических семплов, при этом ничего более не требуется.