鼓采樣替換效果器在音樂錄音作品中的應用

張 桐

鼓采樣替換技術開始于20 世紀70 年代末，錄音師出于對鼓組聲部越發“完美”的追求，從而開始對鼓采樣替換方法進行不斷地研究。發展到今天，各大音頻公司紛紛推出鼓采樣替換硬件及軟件，其工作原理及使用方法也日趨多樣化，錄音師幾乎可以根據自己所需選擇適合的效果器解決所有問題。因此，對鼓采樣替換效果器進行研究，為實踐總結經驗是非常重要的。

一、鼓采樣替換效果器的工作流程

為了進行鼓采樣替換，首先需要將被檢測信號輸入到鼓采樣替換效果器中，通過調整效果器參數，排除原始信號中的串音，精確地檢測到所有有用的打擊信號，獲得最好的檢測效果。在檢測完成后效果器會產生觸發信號，該信號可以是效果器內部的音頻信號，也可以是從效果器輸出的MIDI 信號。隨后通過觸發信號來激發鼓聲的采樣音源，從而得到一個新的采樣信號。最終在混音中用采樣信號代替原始信號，或將其與原始信號以一定比例混合，完成鼓采樣替換的操作。

（一）被檢測信號的選擇

在選擇被檢測信號時，除了可以使用原始的鼓音軌，也可以在錄音時考慮錄制觸發信號，后期輸入到軟件或硬件音源中進行替換。

若選擇原始信號進行檢測，需則要其串音盡量小，能夠通過簡單的濾波和旁鏈的設置排除串音，檢測出有用信號。若決定錄音時錄制觸發信號，可以選擇專業用來錄制觸發信號的傳聲器，也可以使用接觸式傳聲器制作一個簡易的觸發信號傳聲器。使用觸發信號可以做到幾乎沒有串音，同時也能夠使得瞬態變化更為明顯。

在檢測底鼓和軍鼓軌道時，達到抑制串音這點較為容易。相比之下，對于通通鼓軌道，因為其在錄制時容易有大量軍鼓和镲片的串音，使用提前錄制的觸發信號來檢測會更為容易。

（二）鼓采樣替換效果器的實時檢測和離線檢測

在進行鼓采樣替換的檢測過程中，有兩種模式：實時檢測和離線檢測。

支持實時檢測的效果器會在音頻播放時檢測信號。若效果器的設置和算法較為簡單，則產生的延時可以忽略不計。但若效果器開啟力度檢測等無法避免較大延時的功能，則需要盡量減小延時，防止數字音頻工作站內的原始鼓軌道與采樣鼓軌道出現相位干涉問題，進而影響音質。有些軟件為了達到這個要求，會提前于播放進度條檢測，或使用算法將生成的采樣信號與原始信號之間達到相位上的精確。

第二種方法則是進行離線檢測，混音師需要將音頻導入到效果器中，效果器將會分析被錄入的音頻信號。這種做法的優勢在于，混音師可以更加細致地調整原始音頻自身以及檢測的參數。例如Celemony Melodyne，不管是獨立運行的軟件模式，還是需要插入到數字音頻工作站的效果器模式，都需要提前將音頻通過效果器錄音，以生成一個適應于Melodyne 自身的文件副本，用來檢測、顯示和修改音頻信號。若在工作站中需要回放，效果器則會將音頻副本發送回工作站中進行回放。這樣做可以達到很多實時效果器無法實現的效果，如對聲音包絡的修改等，給混音師提供更大的發揮空間。

（三）鼓采樣替換效果器的檢測方式

不同的鼓采樣替換效果器在檢測過程中使用了不同的方法，分別是通過動態變化檢測與通過瞬態變化檢測。

鼓信號通過動態變化來檢測，這是最簡單，成本也最低的一種檢測方法，在某些數字音頻工作站軟件中甚至可以通過自帶效果器來實現。例如Reaper 自帶的效果器ReaGate，可以通過控制噪聲門的閾值，使有用的鼓聲信號通過噪聲門，而低于閾值的信號則被噪聲門抑制。在此基礎上，可以設置效果器在每次噪聲門打開時輸出一個MIDI 信號，該信號即可作為鼓采樣替換的觸發信號。

除了通過動態變化檢測，還可以通過瞬態變化來檢測鼓聲信號。與前者不同的是，后者能夠更好的檢測出例如滾奏或裝飾音等動態變化較小的演奏手法。鼓采樣替換效果器SPL DrumXchanger 的操作手冊中，將瞬態解釋為信號發出的第一個脈沖波形（Transient: first impulse of a waveform），也可以理解為聲音起振階段的聲音包絡。聲音的瞬態變化與電平大小無關，因此這種技術被更多地運用到演奏法較為復雜的打擊樂器采樣替換中。

（四）排除串音信號

為了使得檢測結果更加精確，除了使用不同檢測方法并細致調整檢測參數之外，另一個要點是如何排除串音信號。這一點可以通過濾波器和旁鏈來實現。

在大部分鼓采樣替換效果器中，都會包含一個或多個濾波器模塊。通過改變濾波器的濾波類型、Q 值、頻率和增益，最大限度地突出被檢測鼓聲信號的基頻頻段，濾除串音，以精確檢測結果。

在使用旁鏈排除串音時，需要先找到被檢測信號中串音最大的內容，并將其所在的軌道通過旁鏈發送到被檢測信號的效果器中。此時效果器將會參考旁鏈中的信號，對有用信號進行更準確的判斷。例如需要檢測小軍鼓信號，但其中有較大的底鼓的串音，這時就可以將底鼓軌道通過旁鏈發送到小軍鼓的檢測效果器中，使效果器更精確地區分出有用的信號和串音信號。當小軍鼓軌道中有信號與旁鏈中的底鼓信號同時被檢測到，效果器則會將其確定為串音，在之后的步驟中不做響應。

（五）采樣信號的生成與應用

在對觸發信號進行替換時，一部分效果器內置了采樣音源，可以在檢測的同時進行替換。而有些沒有內置音源的效果器，則支持MIDI 觸發信號的輸出，這樣可以將輸出的MIDI 信號輸入到軟硬件音源、合成器或鼓機中，激發其中的鼓音色來完成替換。

若效果器內置音源，則可以在效果器內調整原始信號與采樣信號的比例，此時在軌道中進行回放的則是混合后的信號。若效果器中沒有內置音源，則需要在數字音頻工作站中新建相關的MIDI 軌道或樂器軌道，將輸出的MIDI 信號發送到其中，并在軌道中加載所需的鼓音源。此時的比例是由軌道間的電平大小來控制的。

二、SmartElectronix KT Drum Trigger 應用研究

（一）效果器特點

SmartElectroinx 是一個制作免費或低價軟件的團隊，KT Drum Trigger 便是該團隊制作的免費鼓采樣替換效果器。該效果器使用VST（Virtual Studio Technology）格式進行編碼，支持在32 位Windows 系統及使用PowerPC 中央處理器的MacOSX 系統中運行。由于效果器不兼容Intel 中央處理器的MacOSX 系統和Windows 系統中的64 位數字音頻工作站，所以仍然有很多場合無法使用這款效果器。

KT Drum Trigger 的作用是將檢測出的有用的鼓聲信號生成MIDI 格式的觸發信號，因此效果器本身不帶有采樣音色，需要使用其他軟件或硬件音源來激發采樣音色。該效果器的另一個特點便是安裝包所占空間很小，使得下載、拷貝以及安裝都十分方便。

（二）效果器參數

鼓聲信號輸入到效果器中后，可以使用24 段均衡器進行濾波，以便濾除串音信號，更好地識別各種不同的有用信號。濾波類型（FilterXType）有低通濾波器（low pass）、高通濾波器（high pass）、帶通濾波器（band pass）以及陷波器（notch）可以選擇。同時這些濾波器還可以精細調節濾波頻率（FilterXCutoff）、Q 值（FilterXQ）以及增益（FilterXGain）。

效果器通過設定檢測閾值（TriggerXThreshold）來檢測鼓聲信號，超過閾值的則被檢測，并輸出MIDI 信號，而低于閾值的信號則被忽略。可以調整檢測的啟動時間（EnvFollowerXAttack）和釋放時間（EnvFollowerXRelease），以便更好地檢測鼓聲信號。為了防止同一個鼓聲信號檢測出多個觸發信號，效果器還設有衰減量（TriggerXHysteresis）和最小間隔時間（TriggerXMinimunIOT）的參數，衰減量的閾值在檢測閾值之下，在檢測出新的信號之前，鼓聲信號必須低于該閾值，才會被檢測到并生成一個新的觸發信號，否則會被效果器認為是同一個鼓聲信號，不被識別，如圖2。而最小間隔時間限制了相鄰的兩個鼓聲信號之間能夠被檢測并生成觸發信號的最小時間間隔，若相鄰鼓聲信號的時間間隔小于設定的值，則后一個鼓聲信號不能被檢測出來，如圖3。

圖1：KT Drum Trigger 觸發信號跟蹤窗口

圖2：KT Drum Trigger 在衰減量（TriggerXHysteresis）閾值設定不當的情況下無法成功地檢測鼓聲信號

圖3：KT Drum Trigger在最小間隔時間（TriggerXMinimunIOT）設定不當的情況下無法成功地檢測鼓聲信號

在效果器成功檢測到有用的鼓聲信號后，需要將輸出的MIDI 格式的觸發信號記錄下來。效果器可以更改生成MIDI 信號的音高（DrumXMIDINoteNumber），其范圍是0-127，默認狀態生成的音高是35。在進行MIDI 信號記錄時，應注意效果器的MIDI 輸出通道（DrumXMIDIChannel）與軟件或硬件音源的MIDI 輸入通道是否對應。

為了使采樣替換更加自然，效果器還可以檢測鼓聲信號的力度（DrumXUseMIDIVelocity），并選擇是否在生成觸發信號時包含原始信號的力度信息。同時效果器可以對生成的觸發信號的力度進行壓縮和擴展（DrumXCompanderRatio），當比率小于1 時，將會擴展力度差值，當比率大于1 時，將會壓縮力度差值。此外，還需要注意閾值（DrumXCompanderThreshold）的設置，當力度小于閾值時，壓縮和擴展不起作用。在力度增益（DrumXCompanderGain）的控制下，增益為負時力度差值被擴展，增益為正時力度差值被壓縮。

效果器中鼓聲信號力度檢測（VelocityScanTime）功能會產生延時。由于此功能需要讀取并分析鼓聲信號的電平大小，因此所需的分析時間無法減少。這個延時問題可以通過工作站中自帶的延時補償功能解決，在現場演出時則無法使用。因此為了盡量減少延時產生的相位問題，并讓效果器可以精確地檢測鼓聲信號的力度，則需要將檢測時間控制在最小。當然，如果不需要力度檢測的功能，也可以在效果器中關閉，這樣輸出的MIDI信號的力度將會全部維持在100。

在不同的位置使用效果器，需要將音頻輸出模式（AudioOutputGain）進行不同的設置：Mute 模式下不會有音頻信號輸出；Through 模式將會把輸入效果器的音頻信號直接輸出，不通過濾波器；Filtered 模式將會把通過濾波器的信號輸出。所以若將效果器直接插入到原始的鼓音軌中，并且需要將采樣信號與原始信號疊用，則需要將輸出模式選為Through；若將原始信號發送出來產生采樣信號，為了避免與原始鼓音軌疊加，則需要將輸出模式選為Mute。在進行濾波器參數的調整時，則可以將輸出模式選為Filtered，以便進行監聽。

（三）應用實例分析

本案例將使用Ben Carrigan 的歌曲We’ll Talk About It All Tonight，并對鼓組聲部中的底鼓和小軍鼓進行采樣替換。

在對底鼓進行采樣替換時，可以將濾波器設置為低通濾波器，并把濾波頻率調整到40—50Hz 左右，此頻段為底鼓的基頻頻段，而串音中小軍鼓的頻段無法下潛到該頻段，所以能夠較好地將底鼓與小軍鼓的串音隔離開來。

為了確認是否將串音完全濾除，可以通過切換到Filtered 音頻輸出模式，并結合鼓聲信號跟蹤窗口來檢查。同時也可以適當增大Q 值和提升增益來更好地檢測底鼓信號。（圖4）

設置檢測閾值時，應保證底鼓信號中電平最低的那次敲擊略高于閾值，這樣才能檢測出所有的底鼓信號。若之前一步將濾波器調整好，串音信號與底鼓信號之間電平差值較大，則檢測閾值的設置則會容易很多。調整好檢測閾值后，還需要注意衰減量和最小間隔時間的設置。效果器中衰減量默認參數是6dB，最小間隔時間是0.100s。在對底鼓信號進行檢測時，發現這兩個參數使用默認設置即可很好地工作。但若鼓聲信號在穩態階段的電平仍然較高，并與峰值電平的差值小于默認的衰減量時，則應當適當地減小衰減量，使其略小于峰值電平與穩態階段電平之差，這樣才能避免效果器忽略有用信號。最小間隔時間則會影響快速敲擊的鼓聲信號的檢測，若相鄰的兩個鼓聲信號間隔時間小于默認的最小間隔時間，這時則應該適當地減小最小間隔時間，以避免效果器忽略一些較為密集的鼓聲信號。

圖4：使用 KT Drum Trigger 進行底鼓采樣替換時濾波器的參數設置

圖5：使用 KT Drum Trigger 進行底鼓采樣替換時動態檢測的參數設置

在能夠精確地檢測到有用的鼓聲信號后，需要對產生的MIDI 觸發信號進行處理。這首歌曲演奏較為松弛，樂器也大多為原聲樂器，因此鼓聲部也需要更多的人性化處理。可以在底鼓聲部采樣替換中開啟力度監測的功能，以便底鼓力度更為多變，在強拍和弱拍的敲擊上有所區別。

使用軟件或硬件音源激發采樣信號時，應注意大部分音色都存在力度分層，即在某個力度區間的音色一致，而不同的力度區間音色的差別較為明顯。而進行鼓采樣替換時則應該保證MIDI 觸發信號在同一個力度區間，以避免同一首歌甚至同一個小節中鼓聲部音色區別過大，帶來不真實感。

圖6：使用KT Drum Trigger 進行底鼓采樣替換時MIDI 觸發信號力度的參數設置

在對小軍鼓信號進行采樣替換時，發現小軍鼓軌道中底鼓和通通鼓的串音比較大，需要使用帶通濾波器突出小軍鼓基頻的聲音。該方法可以較為成功地濾除底鼓的串音，但因為小軍鼓與通通鼓頻段較為相近，無法使用濾波器完全濾除通通鼓的串音。此時可以將通通鼓軌道作為參考，在輸出的MIDI 觸發信號的軌道上人為地刪除誤檢測的串音信號。但若通通鼓敲擊次數較多，人為刪除串音信號則由于效率過低而不可取，需要選擇其它濾除串音的方法。

圖7：使用KT Drum Trigger 進行小軍鼓采樣替換時濾波器的參數設置

由于本案例中小軍鼓聲部中有較多的鬼音（Ghost Note）演奏法，所以需要對動態檢測的參數進行較為細致地調整。鬼音的敲擊聲電平較低，所以應當盡量降低檢測閾值，使其略小于最低的峰值電平，即為鬼音中第一次或是最后一次的敲擊。鬼音的另一個特點為敲擊非常密集，衰減量無法達到6dB，最小時間間隔也小于默認值0.1s，因此需要將這兩個參數的數值重新設置，才能成功地檢測。

在檢測出鬼音后，還需要在觸發信號中檢查是否有被誤檢測的串音信號。可以人為地刪除一些MIDI 觸發信號中的串音信號，以保證檢測結果準確。

圖8：使用KT Drum Trigger 進行小軍鼓采樣替換時動態檢測的參數設置

在開啟力度檢測功能后，可以清楚地在MIDI 軌道中看到觸發信號有著明顯的力度變化。因此，若將觸發信號輸入到音源中激發采樣信號，也會體現出不同的敲擊力度。同樣，在這一步的操作中，需要注意避免跨越力度分層帶來的音色差異。

從圖9 中可以看出，開啟力度檢測功能后，觸發信號與原始信號之間有著延時，此時默認力度檢測時間為0.02s，但經過工作站內測量，延時量為0.03s。雖然有一定的延時，但時長較為固定，因此可以在激發出采樣信號后統一做反相，或將采樣信號文件前后拖動，以保證相位一致。在效果器內部，則可以盡量減少力度檢測時間，使得延時盡量縮短。

圖9：KT Drum Trigger 開啟力度檢測功能后有延時現象出現

結 語

由以上操作可以看出，SmartElectronix KT Drum Trigger 有很多優點。

作為一款免費、內存極小且兼容性較強的效果器，無疑給混音師提供了很多方便。

效果器中有很多可調參數，包括使用濾波器可以濾除串音，通過精細調整電平與時間的相對關系可以使生成觸發信號更加精確，設置觸發信號的力度可以使得進行采樣替換的鼓聲更加人性化。作為一款免費效果器，它幾乎能夠滿足制作觸發信號的大部分要求。

然而這款效果器也有一些瑕疵。

首先，由于32 位Windows 系統的限制，該效果器無法在Windows 系統中64 位的數字音頻工作站下運行。同樣，在使用Intel 中央處理器的MacOSX 系統中，也無法安裝這款效果器。軟件與硬件的限制，極大地減小了這款效果器的兼容性。

第二，去除串音信號只能通過濾波器來解決，在串音信號與有用信號頻段相近或相重合的情況下受到限制較大。

第三，因為效果器沒有內置采樣音源，在制作好觸發信號后需要將其輸出到軟件或硬件音源中，使得步驟更加煩瑣。但相反，這也可以給混音師提供更多音色選擇的機會。

最后，雖然效果器的力度檢測功能能夠使鼓聲更加自然，但是使用此功能必然會帶來延時，進而產生影響音質的可能。對于這個問題，效果器本身沒有提供解決辦法，使用者只能在工作站中通過延時補償解決。若工作站中未自帶延時補償功能，或需要在現場演出的情況下使用，只能放棄力度檢測。這也是該效果器的一個瑕疵。

綜上所述，該效果器在工作方式的設計上有利有弊，但已能夠完成大部分作品中鼓組聲部的混音。作為音頻領域的從業者，需要我們準確地了解作品的需求與效果器的功能，選擇合適的工具完成制作。這也要求我們不斷學習與思考，在工作中總結經驗，提升自身的能力。■