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取樣合成器歷史

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Author by yunnn Cal 2019.09.28

先前我們在鼓機的文章中介紹過鼓機的發展過程,中間也帶到了各種樂器上搭載的合成音色,而當時的聲音合成多半是將數種簡單的波形用不同的方式結合,進而製造出更多複雜的波形,為了能夠創造出能夠使人信服的、仿造出真實樂器的音色。

FM 合成原理:由載波合成調變波形,融合為新的波型。

加法合成雖能夠產生出較為豐富的泛音,但在演算的資料量上與實際應用稍微有不實際的問題;FM 合成之於減法和加法合成是一個很大的躍進,但 FM 合成的音色對於樂器音色的仿真不是特別在行。而在 50 至 60 年代多半使用減法合成製作音色,並且也有良好的發展,但對於仿真音色的追求最終還是回到直接錄製音色這個途徑。而在這篇文章中要說的,就是關於取樣這件事。

(延伸閱讀:音色、節奏與編曲的組合變化形——鼓機的小歷史

 

減法合成原理:MIDI 訊號輸入音高至振盪器產生的波型,再經過濾波器、放大器,還可透過其他 modulation 調變音色。

當錄音、使用取樣訊號做為合成器內建音色已經足以實現,將任何聲音做錄製(不限於樂器、合成器)並將它放入合成器中,並將這些聲音波形訊號做調變,取代了原本僅是單純的電路產生波形的聲音產生方式。

但減法合成技術的基礎元素,像是 filter、envelope、LFO 等功能仍然是必要的,使這些還很赤裸的聲音波形能夠播放並轉換、塑形成更具個性的聲音,而這樣類型的合成器多半被稱為 sample-based 合成器(sample-based synthesis),能夠進行取樣並合成聲響,或是單純取樣;能夠乘載更多不同的聲響種類、核心概念與再造合成的可能。

 

Fairlight Computer Music Instrument, CMI, 1979

一些實驗性的取樣合成器使用磁帶回放作為音源,但無法在商業量產機型中使用,而解決方法便是使用數位聲音訊號技術,能夠將錄製的聲音訊號波形轉換為電腦資料,以替代類比訊號多需要大量體的儲存方式。但是在 70 年代前,電腦的電力與儲存容量技術都尚未允許將取樣音色裝進一個實際的樂器。

在 1979 年 Fairlight CMI 製作了第一台數位取樣的音樂工作站,有一個巨大的主機內有多個系統的 DSP 處理器,並且與一個 QWERTY 鍵盤控制器、琴鍵、一個監看螢幕連接。它具有內建 sequencer 、在螢幕上檢視可視化的波形編輯以及一個完全 sample-based 的合成引擎,基本配置在當時需要 12000 歐元,而 1982 年推出的 CMI Series II 售價約為 30000 歐元。

New England Digital, Synclavier II, 1980

在 CMI I 和 II 之間還有另外一台帶起數位音樂革命的樂器:於 1980 年由 New England Digital 推出的 Synclavier II 音樂工作站,為 Synclavier  的第二代,在這一個版本中加入數位取樣。和 CMI 相同,Synclavier II 有額外的 CPU 、鍵盤控制器以及內建的 sequencer 搭載許多不同的聲音配置選項。它也同樣有讓人難以靠近的價錢,基本的配置約需要美金 25000 元,完整的系統可能需要到美金 200000 元。

這兩樣產品在當時知名的音樂人或是大型的錄音室,可負擔它們的價格的族群中,獲得成功的評價。但因為價格和巨大的體積,對於尋常的音樂製作者來說還是近乎謎一樣的存在,而它們其實就相對於我們現在所使用的 DAW 軟體以及合成器 plug-in。

 

然後,隨著電腦硬體的更新,數位音樂設備逐漸走入普及。

 

取樣機必須要有能夠處理、儲存、讀取大量的聲音取樣資料,並且能夠有即時的反應和功能的穩定性。當時資料的儲存使用的是磁碟軟片,為當時能夠最快速進行直接的音訊資料讀取,而取樣機所需要的快速、穩定的處理需要大量的 RAM 及 DSP,而在 80 年代這些設備仍然非常昂貴,大量使用這些元件的設備自然更不用說。

Ensoniq, Mirage DSK,此時的鍵盤音源更換仍需要使用磁碟。

當然,這個情況並沒有持續太久,生產者們開始尋找將取樣音色放入取樣機,並且作為一個更負擔的起的樂器的方法。在這個階段的第一樣產品就是 Ensoniq 出的 Mirage,真正能夠負擔得起的取樣機,在 1984 年以美金 1700 元推出;有 8-bit 取樣和 32kHz 的取樣率以及 128KB 的取樣 RAM 和 720KB 的磁碟驅動。Mirage 的 RAM 事實上是不夠的,但有不遜色的 sample 功能,像是可使用低取樣率、使用 loop 搭配取樣音色製作聲音,以及儲存的音色庫。

 

E-mu, SP 1200 取樣機, 1987

Akai, MPC2000 取樣機, 1997

隨著 RAM 的價格與用電量穩定下降、效能上升,也來到的 80 年代的末期來到,取樣機的選項開始逐漸增加,由 Akai、E-MU、Ensoniq、Roland 等品牌獨佔市場,並且各個品牌取樣機都有不同的操作特色與方式。取樣機產品也分為三種不同的形式: 以鍵盤為主體的樂器、機架式箱型、桌上型工作站。並且都附有 trigger pad 及內建 sequencer(在這方面 Akai 直至今日仍表現突出)。

這個現像在之後的十年中穩定成長,儲存功能改進、設計與生產逐漸融合,電腦硬體技術的更新以及價格上的普及,取樣機從前記憶體、讀取容量的限制都已不復存在,能夠以 gigabyte 作為單位存取最小單位的樂器聲響。增進 DSP 演算技術後允許製造更多功能、可塑性更高的聲音合成引擎,能真正將取樣音源變形、重塑成不同的聲響且能夠在設備上進行更複雜的 mapping 控制。

 

發展到現在,取樣機及鼓機的操作概念已經深入了許多 DAW 及設備中,除了實體取樣機以外也有許多軟體取樣機,像是 Native Instruments 的 Kontakt 等軟體,音樂創作漸漸不受限於硬體或是時間、地點,現在就開始玩玩身邊的軟硬體做出一些聲音吧~

 

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作者: yunnn

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