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Sampler & Sampling
Grundlagen zur Sampling-Technologie
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So
funktioniert das Sampling
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das Signal so speichern zu können, dass es jederzeit abrufbar
ist, und um es in jeder erdenklichen Hinsicht manipulierbar
zu machen, braucht man einen Computer. Der wiederum kann nur
mit Zahlen arbeiten, also mit darstellbaren,
"diskreten" Werten.
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Oben
das Original, unten die Umsetzung in ein Sample
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Ein
Klangereignis ist leider aber genau das Gegenteil: Es ist kontinuierlich
und stufenlos. Die Aufgabe des Samplers ist es also zunächst,
dies in eine Form zu bringen, die es für den Computer "verständlich
macht". Diese Form heißt "digital" (digitus:
lat. Zahl, Ziffer). Zahlenketten lassen sich mit jedem Computer
speichern und manipulieren.
Der Baustein, der das Signal umwandelt, heißt  Analog/Digital-Wandler
.
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| Nyquist-Theorem |
Nach
einem mathematischen Theorem (Nyquist-Theorem),
das nicht jeder verstehen muss, der mit Samplern arbeiten will,
lassen sich mit diesem Verfahren theoretisch Frequenzen bis
zur Hälfte der Sampling-Rate noch erfassen.
Das bedeutet: Bei einer Sampling-Rate von nur 20 kHz würden
Frequenzen oberhalb von 10 kHz nicht mehr erfasst - die Höhen
des Originals wären im Sample drastisch beschnitten. Da
der menschliche Hörbereich bis maximal 20 kHz hinaufreicht,
wurde - inclusive eines kleinen Sicherheitsabstands für
technische Ungenauigkeiten - 44.1 kHz zur Standardrate, die
heute in allen digitalen Audiosystemen maßgeblich ist.
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| Auflösung |
Neben
der Häufigkeit der Abtastung ist auch der Wertebereich
für die Darstellung der Spannungsschritte von Bedeutung
- die so genannte "Auflösung". Wenn der gesamte
Spannungsbereich am Eingangswandler nur in vier Werte aufgelöst
würde, gäbe es deutliche Treppen im Signal, die sich
als Verfälschung bemerkbar machen würden.
Die Auflösung wird in Bit angegeben - für den Laien
leider wenig verständlich. Standardauflösung sind
16 Bit, das entspricht einem Wertebereich von 65536 Werten.
Auch hier sagt die Erfahrung, dass bereits ab 14 Bit (16384
Werte) keine nennenswerten Verfälschungen mehr wahrnehmbar
sind. Da das Signal im Sampler jedoch mehrfach im Pegel manipuliert
und mit anderen Signalen gemischt wird, können es eigentlich
nicht genug Bits sein. Aktuelle Sampler rechnen intern schon
für die Zwischenergebnisse mit bis zu 24 Bit (16 Millionen
Werte).
Auf der Wiedergabeseite kehrt sich der Prozess der Eingangswandlung
exakt um: Das Signal - diesmal aber transponiert, gefiltert,
moduliert - wird von einem - richtig: - Digital/Analog-Wandler
wieder in eine analoge Spannung gewandelt. Die - wenn auch kleinen
- Stufen werden durch einen Filterbaustein geglättet. Auch
wenn für penible Messtechniker ein großer Unterschied
zwischen dem Originalsignal und der Sampler-Wiedergabe besteht
- das Gehör stellt ihn nicht fest, und darauf kommt es
letztlich an.
Übrigens: Das gesamte Verfahren wird - für Nichttechniker
recht verschlüsselt - als Pulse Code Modulation (PCM) bezeichnet.
Der Begriff rührt daher, dass das kontinuierliche Signal
in Impulse zerlegt (moduliert) wird. Merken Sie sich einfach
den Begriff - das reicht völlig.
Ein weiterer Begriff verlangt nach ein wenig Klärung: Als
"Sample" bezeichnet man in der Praxis sowohl
- ein einziges Datenwort,
das beim Sampeln entsteht,
- als auch das komplette
Sample - etwa eines Klaviertones - das sich aus Tausenden
dieser Datenwörter zusammensetzt,
- als auch manchmal den
gesamten Sound - "das megageile Flügelsample".
Eine interessante Denksportaufgabe besteht dann darin, aus
dem Zusammenhang abzulesen, was gerade gemeint ist.
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Was
ist Aliasing?
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Ein
Phänomen, dessen Auftreten früher die Augenbrauen
audiophiler Sampler-Anwender ruckartig dem Haaransatz entgegenschießen
ließ: Aliasing.
Heute sind alle Sampler und Systeme so gut, dass Aliasing als
Problem weniger auftritt - dafür immer öfter als bewusst
eingesetztes Mittel zum Aufrauen von Sounds.
Kurz angerissen haben wir schon das Nyquist-Theorem.
Es besagt in Theorie und Praxis, dass Frequenzen oberhalb der
halben Sampling-Rate vom Wandler falsch verarbeitet werden.
Sie werden nicht etwa ignoriert, sondern ins Klangbild zurückgespiegelt
und machen sich dort als "Scheinfrequenzen" - eben
Aliasing - bemerkbar.
Beispiel: Wenn Sie mit 30 kHz Sampling-Rate ein Signal sampeln,
das eine Frequenz von 20 kHz enthält, so wird diese an
der halben Sampling-Rate gespiegelt und taucht bei 10 kHz im
Sample auf.
Da man von niemandem verlangen kann, sich jedes Samplersignal
vorher genau auf den Frequenzgang hin anzusehen, bauen die Hersteller
so genannte Anti-Aliasing-Filter in die Wandler ein. Diese Filter
fangen noch im analogen Zustand all die Frequenzen ab, die der
Wandler nicht mehr verarbeiten kann. Das ist natürlich
reine Theorie: Kein Filter ist unendlich steil. So bleibt immer
noch ein Rest, den das Gehör allerdings gnädig wahrzunehmen
verweigert.
Aliasing ist im besten Fall ein leichtes Sirren, kann sich aber
je nach Situation zu einem unangenehmen metallischen Klangcharakter
steigern. Gut zu hören ist dieser Effekt auf Sample-Streichern
auf Hits der Achtziger Jahre - der Emulator-Effekt. Gezielt
wird es heute eingesetzt, um Drumloops und Technosounds mit
digitaler Raufaser zu tapezieren - der Fachbegriff: LoFi.
Aliasing ist also tontechnisch die Inkarnation des Bösen,
musikalisch und klanglich aber nicht immer unerwünscht.
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