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取樣的基本概念

這是網友在 鄉民站 Keyboard 版問的問題, 我花了一點時間回答基本的概念.

取樣 (Sample, 有時候也翻譯成 "採樣") 的基本的概念大概是這樣:

先錄一個鋼琴中央 C, 力度 mf (一般力道), 時間錄個 5 秒,
這個大小, 44.1k/16bit 的 wav 大概 200k 左右.
把這個檔案放到琴的記憶卡, 指定到對應的中央 C,
琴會依據這個取樣音色對應的位置, 利用演算法把其他的音 "算出來".
這是最簡單, 也是最基本的概念.

如果琴的記憶空間很大, 那麼同樣的一個中央 C,
可以多錄幾個動態, 例如常見的動態有:

  • ppp (非常弱)
  • pp (很弱)
  • p (弱)
  • mp (中弱)
  • mf (中強)
  • f (強)
  • ff (次強)
  • fff (最強)
  • ffffffff (琴大概爛掉了 XDDDD)

不同的動態, 不同的強度,
好的琴會反映出不同的音色, 表情,
甚至是所謂的個性/靈性.

然後把這些錄好的動態取樣都放到琴裡, 指定動態範圍,

一般 KB 都是利用 MIDI 訊號來控制發聲的,
MIDI 的動態叫 Velocity, 範圍的細膩度有 0 ~ 127, 換句話說可以有這麼多的動態.
不過實際上, 一個鋼琴手能表現上述的八種動態已經算很不錯了 ...
所以利用 MIDI Velocity 範圍來指定, 例如:

  1. 0 ~ 15: ppp
  2. 16 ~ 30: pp
  3. 31 ~ 50: p
  4. 50 ~ 70: mp
  5. 71 ~ 85: mf
  6. 85 ~100: f
  7. 101 ~115: ff
  8. 115 ~127: fff

之後一樣, 指定到中央 C, 剩下的由 KB 利用演算法算出來,
這樣的取樣會比第一個更細膩.
這樣大概需要 200k * 8 = 1.6M 的空間.

要注意的是動態 (Dynamic) 和音量 (Volume) 是不一樣的東西;
前者是包含音色 (Tone) + 音量大小; 後者純粹只是功率的放大.
功率大小除非到很大的範圍, 例如破音 (Overdrive), 否則一搬來說不會改變音色.

第三種更細膩的取樣方式, 就是跟第二種一樣,
錄那麼多動態, 但是除了中央 C, 另外也錄 C0, C1, C2, C3, C4, C5, C6, ..
然後不同於第二種, 每一個取樣要指定有效範圍,
例如:

  • C0: A-1 ~ B0
  • C1: C1 ~ B1
  • C2: C2 ~ B2
  • .... 類推 ...

這樣子弄出來的 "取樣鋼琴" 就會更加的細緻,
更像一架完整的鋼琴.

更細緻的就是 88 鍵一個一個錄, 每個都錄 8 個動態.
所以這需要: 200k * 8 * 88 = 140MB

有時候為了讓聲音更自然, 同一個聲音, 會用三 ~ 五支麥克風,
分別在鋼琴不同的位置收音, 例如琴蓋上, 琴後方, 琴前面, 琴蓋全開/半開/關閉的聲音,
還有鋼琴裡收鋼琴的機械音 (琴搥敲擊聲, 踏板制音器的悶弦音 ... etc),
然後在錄音環境遠距離的地方收環境音 ....
這樣算一算, 一個聲音, 同時就有 6 ~ 8 個取樣,
如果按上述的全部取樣來算, 需要的空間就更可觀了 ~

※註：上述很多細節, 像是琴蓋開閉狀態, 環境音, 琴位置的收音, 比較少會真的收到那麼仔細, 大部分都會用 EQ / Reverb / Filter 之類的效果器處裡. 但是如果是在錄所謂的鋼琴演奏專輯, 就會收環境音, 不同的位置等, 讓聲音聽起來更立體 / 飽滿.

不過, 這是超級大工程,
而且取樣 (就是錄音啦) 時, 環境很重要,
這是另一個課題, 同時也是各家的關鍵技術所在.

所以很多琴都會標榜取樣波形 XXX MB ...
軟體音源會搞很大, 一架鋼琴用 15G 取樣,
就是這樣子弄出來的.

上述的只是基本概念, 各家的琴對於取樣的設定都有不同的方式,
但是概念是差不多的, 軟體音源也是.
Reason, Ivroy, NI, Komplete .... 都有類似的概念.

以前記憶體很貴的年代, 大部分取樣的數量都有限.
所以一般的 KB, 都會有屬於自己的 "取樣技術",
其實簡單說就是壓縮技術 + D/A: 如何在那麼小的記憶體空間放入那麼多的音色.
壓縮過的波形檔還原之後, 能夠原音重現, 不失真.

無聊的話, 也可錄一個貓咪的叫聲, 然後用調音器測看看頻率在哪,
然後指定到到對應的位置, 剩下的讓琴去算,
然後就可以彈貓咪歌曲了 ...

呃, 也可以錄自己的聲音, 像 yoyo, yaya, wah wo ~~~~~

懶的錄, 就去網路找現成的, Yamaha MOTIF XS 有額外的取樣音色可以用.

------- Copyright © 2011 Rick KY Hwang All rights reserved -------

話說, 很久以前我取樣了自己家裡的風琴 (小學那種 49 鍵的),
搞了很多範圍 (A3, A4, A5 ..),
後來發現我家的老琴因為年代久遠, 音早就不準了 ...
而且, 我的 KB 裡面本來就有了, 而且還蠻像的 XDD

延伸閱讀 (站內)：​

  • Loop 的概念與應用實例 - One Night in 北京
  • 鍵盤分類介紹 (一) , (二)
  • Digital Audio System
  • Yamaha MOTIF XS8 開箱文
  • 可以自行創造音階?

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