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Sampler (Klangerzeuger)
Ein Sampler ist in der Musik ein elektronisches, meistens über MIDI ansteuerbares Musikinstrument, das Klänge jeglicher Art aufnehmen, diese in Form von …
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Grundidee und Bedeutung
Ein Sampler ist ein elektronisches Musikinstrument, das Klänge jeglicher Art aufnehmen, als digitale Samples speichern und auf Befehl wiedergeben kann. Meist ist er über MIDI steuerbar. Ein Sample ist eine kurze gespeicherte Audiospur, die aus einem aufgenommenen Klang entsteht. Sampler können diese Klänge ohne hörbare Verzögerung und auch in anderen Tonhöhen abspielen. Moderne Sampler sind polyphon, also mehrstimmig spielbar, und multitimbral, das heißt, sie können mehrere Klangfarben oder Instrumente gleichzeitig nutzen.
Sampler sind wichtig, weil sie reale Klänge, Instrumentaltöne, Geräusche oder elektronisch erzeugte Klänge musikalisch spielbar machen. Dadurch können Musikerinnen und Musiker etwa ein aufgenommenes Klavier, Schlagzeug, eine Stimme oder ein Geräusch über eine Tastatur oder einen Sequenzer in verschiedenen Tonhöhen und Zusammenhängen einsetzen.
Aufnahme, Speicherung und Wiedergabe
Beim Sampling werden reale Klänge über ein Mikrofon oder andere Tonquellen aufgenommen und digitalisiert. Ein analoges Signal wird dabei in regelmäßigen Abständen abgetastet. Diese Messungen der Amplitude werden mit einem Analog-Digital-Umsetzer in digitale Werte verwandelt. Die Häufigkeit der Messungen heißt Samplingrate. Die Feinheit der Abtastung heißt Auflösung; sie hängt von der Bitzahl ab, mit der ein Wert quantisiert und gespeichert wird.
In modernen Samplern sind Sampleraten von 44,1 kHz bis 192 kHz und Auflösungen von 16 bis 32 Bit gebräuchlich. Ältere Sampler mit 8 oder 12 Bit Auflösung werden von manchen Musikern trotzdem geschätzt, weil ihr Klang als „dreckiger“ und „wärmer“ empfunden wird.
Gespeichert werden Samples heute meist auf Festplatten oder Flash-Speicher. Frühe Sampler nutzten Disketten. Für die Wiedergabe musste der Klang im Arbeitsspeicher (RAM) liegen und daher meist vorher geladen werden; heutige Systeme können auch direkt aus dem Flash spielen. In frühen Geräten war die Sample-Länge stark begrenzt, weil Arbeitsspeicher teuer war. Damit ein Sampler Klänge beim Abspielen verändern kann, braucht er einen leistungsfähigen Prozessor. In Hardware-Samplern übernehmen das meist Digitale Signalprozessoren (DSP) oder speziell gefertigte ASICs.
Tonhöhe, Loops und Klangformung
Die Tonhöhe eines Samples kann verändert werden, indem der Sampler die Wiedergabe beschleunigt oder verlangsamt. Dadurch ändert sich zugleich die Tonhöhe. Es gibt auch Verfahren, bei denen die Tonhöhe verändert wird, ohne den zeitlichen Ablauf zu verändern.
Bei digitalen Samplern kann die Tonhöhenänderung durch Abtastratenkonvertierung, also Resampling, auf die feste Abtastrate des Ausgabekanals erfolgen. Besonders beim Erhöhen der Tonhöhe kann dabei das Abtasttheorem verletzt werden. Dann entstehen störende Alias-Effekte. Es gibt verschiedene Algorithmen, um solche Effekte zu verringern; ihre Qualität ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Samplern.
Weil Speicherplatz begrenzt ist, können Samples oft nicht beliebig lang sein. Deshalb wird das Tonmaterial nach einer gewissen Zeit häufig in einer Endlosschleife, einem Loop, wiederholt. Besonders wichtig ist dabei der Einschwingvorgang am Anfang eines Klangs, weil er die Klangcharakteristik stark prägt. Verschiedene Instrumente können aus mehreren Wellenformen und Abschnitten erzeugt und gemischt werden; das hängt mit Wavetable-Synthese zusammen.
Da natürliche Instrumente wie ein Klavier klanglich mehr sind als nur die Summe einzelner Töne, wird Sampling oft durch andere Klangerzeugungsmethoden ergänzt, zum Beispiel Physical Modelling zur Nachbildung von Gehäuseresonanzen. Fast alle Sampler besitzen außerdem Filter, eingebaute Effekte und andere Methoden zur Klangformung. Dadurch können sie wie vollwertige Synthesizer eingesetzt werden. Fertige Sample-Libraries auf CD, DVD oder in großen digitalen Bibliotheken sind verbreitet, weil das Aufnehmen und Schneiden eigener Samples aufwendig ist. Geräte, die Samples nur abspielen, aber nicht aufnehmen können, werden oft Rompler genannt.
Vorläufer und Hardware-Sampler
Vorläufer des Samplers nutzten bereits einzelne Grundideen späterer Geräte, konnten aber meist nicht selbst aufnehmen. Das „Superpiano“ von 1928 im Technischen Museum Wien arbeitete mit fotoelektrischer Klangerzeugung durch rotierende gelochte Metallscheiben; 1929 wurden diese durch Filmscheiben ersetzt, auf denen mit Lichttontechnologie Sprache und Musik gespeichert werden konnte. Außerdem hatte es eine Lochkartensteuerung für Sequenzen. Die von Edwin Welte in den 1930er Jahren entwickelte Lichttonorgel nutzte ebenfalls Scheiben aus fotografischem Material als Audiospeicher.
Ab den 1950er Jahren gab es im Studio von Pierre Schaeffer und Pierre Henry ein modifiziertes Tonbandgerät, das Tonband in zwölf verschiedenen Geschwindigkeiten abspielen konnte, entsprechend den zwölf Halbtönen des westlichen Tonsystems. Das in den 1960er Jahren entwickelte Mellotron gab pro Taste ein etwa acht Sekunden langes Tonband mit einem vom Hersteller aufgenommenen Klang wieder; diese Klänge konnten nicht verändert oder geloopt werden. In den 1970er Jahren entstand mit dem Synclavier eine Architektur zur direkten Wiedergabe elektronischer Klänge auf Sample-Basis. Es wurde später zu einem ersten weitverbreiteten Sampler und arbeitete bereits mit 16 Bit und 100 kHz.
Technisch möglich wurde der Sampler, als Prozessoren ein gespeichertes Sample in Echtzeit in anderer Tonhöhe wiedergeben konnten. Der erste kommerziell erhältliche Sampler war 1979 der Fairlight CMI. Er kostete damals umgerechnet auf heutige Verhältnisse ungefähr 1 Million US-$. Der Fairlight änderte die Tonhöhe, indem er dasselbe Audio-Sample mit geänderter Abtastfrequenz vollständig abspielte. Spätere Sampler hielten die Abtastfrequenz konstant und änderten je nach gewünschter Tonhöhe die Schrittweite, mit der sie Samples aus dem Speicher auswählten. Der Ensoniq Mirage war 1985 der erste Massensampler mit Multisamplingmöglichkeiten für unter 6000 DM. Der Akai S612 war ein vergleichsweise erschwinglicher 19-Zoll-Sampler und wurde „Volkssampler“ genannt. Der spätere Akai S1000 wurde zu einem Standardgerät in Produktionsstudios.
Software-Sampler und Tracker
Heute sind Personal Computer leistungsfähig genug, um mit passender Software die Aufgaben eines Samplers zu übernehmen. Ein Software-Sampler ist ein Computerprogramm, das die Funktionen eines Hardware-Samplers mit der PC-Architektur nachbildet. Dabei übernimmt der Hauptprozessor Aufgaben, die bei Hardware-Geräten DSPs erledigen. Ein Vorteil ist, dass auch Klänge, die in Echtzeit im Computer entstehen, etwa aus Software-Synthesizern, erfasst, gespeichert und wiedergegeben werden können.
Die Tonhöhenanpassung und Klangveränderung funktioniert ähnlich wie bei Hardware-Samplern. Software-Sampler bieten dem Benutzer aber meist mehr Möglichkeiten, den Signalpfad und Klangmodifikationen zu bestimmen. Viele heutige Softsampler sind modular aufgebaut und teilweise mit Software-Synthesizern kombiniert. Beispiele aus dem Artikel sind EXS24, Gigastudio, Halion, LinuxSampler und Kontakt. Sie laufen oft als Plug-ins in Sequenzer-Programmen wie Cubase, Sonar oder Logic. Ein selbständiger, hostunabhängiger Sampler findet sich im MusikLaborSynth.
Moderne Software-Sampler laden häufig nicht das ganze Sample in den RAM, sondern nur die ersten Augenblicke. Der Rest wird bei Bedarf von der Festplatte nachgeladen. Das verkürzt vorbereitende Ladezeiten. Der Gigasampler beziehungsweise Gigastudio von Tascam war das erste Gerät mit dieser Technik. Es gibt auch Mischformen aus Soft- und Hardware, bei denen DSP-Karten oder besondere Soundkarten den PC erweitern.
Entwicklung und Sonderform Jingle-Maschine
In den Anfangszeiten der Software-Sampler war das Hoch- und Herunterrechnen von Audiodateien sehr rechen- und speicherintensiv. Bis Mitte der 1990er Jahre waren auf normalen PCs deshalb nur monophone, also einstimmige, Software-Sampler lauffähig. Sie nutzten Tricks, um Rechenzeit zu sparen. Seit etwa 1997 sind Software-Sampler auch auf PCs echtzeitfähig. Durch geringere Kosten, größere Bildschirme, mehr RAM, schnellere Verarbeitung und bessere Einbindung in andere Software haben sie hardwarebasierte Sampler in fast allen Bereichen verdrängt.
Auch Tracker-Sequenzer aus den 1980er und 1990er Jahren können zu den Software-Samplern oder als Erweiterung davon gerechnet werden, weil Echtzeit-Resampling für ihr Konzept notwendig ist. Auf dem Amiga konnten Tracker schon in den 1980er Jahren mit Unterstützung des Paula-Chips 4-Spur-Resampling in Echtzeit ausführen. Ein Beispiel war „Funky Drummer“, ein stimmbares Schlagzeug. Auf dem C64 war Mitte der 1980er Jahre Tonhöhenmodifikation bei Sprachsynthese möglich. In den frühen 1990er Jahren gab es reine Softwarelösungen auf dem PC, zum Teil mit stark optimiertem, hardwarenahem Assemblercode; ein frühes Beispiel ist der InertiaPlayer von 1993. Als aktueller Tracker mit guten Sampler-Eigenschaften nennt der Artikel Renoise.
Eine Sonderform des Samplers ist die Cart-Machine oder „Jingle-Maschine“. Sie ruft kurze Melodiefolgen oder Töne per Tastendruck ab. Solche Klänge dienen oft als Erkennungssignal, Soundlogo oder „hörbares Markenzeichen“. Besonders in Radioprogrammen werden sie häufig eingesetzt. Wie bei anderen Samplern gibt es dafür Hardware- und Software-Lösungen.
