Co je Vocoder

Vokodér byl vynalezen ve 20. letech 20. století pro komunikaci a komunikační účely. Jeho skutečný účel byl však objeven v elektronické hudbě, kde se stal klíčovým nástrojem pro vytváření robotických hlasů. Téměř sto let po svém vzhledu je vokodér aktivně používán v hudebním průmyslu, ale ne každý ví, jak tento jedinečný nástroj funguje a jak jej používat. V tomto textu se dozvíte, jak druhá světová válka zpopularizovala syntetizéry řeči, jak funguje vokodér a jak jej správně používat.

Vývoj vokodéru začal v roce 1928 díky práci inženýra jménem Homer Dudley v Bellových laboratořích. Na konci třicátých let bylo dosaženo konečného výsledku a v listopadu 1937 Dudley obdržel první patent na svůj vynález a v roce 1939 druhý. Dudleyho hlavní myšlenkou bylo znovu vytvořit lidskou řeč pomocí elektroniky. Pomocí elektronických součástek a efektů se inženýr snažil co nejvěrněji napodobit fungování lidských řečových orgánů a reprodukovat zvuky vzniklé průchodem vzduchu různými částmi lidského těla, jako jsou plíce a další orgány.

V roce 1939 Bell Labs předvedly veřejnosti zařízení pro syntézu řeči nazvané VODER (Voice Operating Demonstrator) na sérii demonstrací v New Yorku a San Franciscu. Zařízení obsahovalo dvojici přepínatelných oscilátorů a generátor šumu jako zdroj zvuku. Vyhrazená hlasová cesta sestávající z desetipásmových filtrů byla propojena s klaviaturou citlivou na rychlost, která řídila intenzitu filtrování. Výška zvuku se měnila pomocí nožního pedálu. Další klíče byly zodpovědné za generování písmen „P“, „D“, „J“ a také zvukových kombinací „JAW“ a „CH“.

VODER bylo komplexní zařízení, které vyžadovalo specializované školení a školení trvající několik měsíců. Pro každodenní ukázky Bell Labs speciálně vyškolilo 20 lidí, kteří se střídali v představování nového produktu všem zájemcům. Během demonstrace VODER řekl frázi "Dobré odpoledne, posluchači rádia!"

V roce 1949 byl vyvinut hlasový převodník KO-6, který kódoval řeč a informace rychlostí 1200 bitů za sekundu. V roce 1953 se objevil další vokodér, KY-9 THESEUS, který nejen zvýšil rychlost zpracování na 1650 bitů za sekundu, ale také používal různé komponenty. Díky upraveným materiálům se podařilo snížit hmotnost vokodéru z 55 tun u SIGSALY na 256 kilogramů u KY-9. Konečně, v roce 1961, s uvedením převodníku HY-2, bylo možné snížit hmotnost vokodéru na 45 kilogramů a také zvýšit rychlost kódování na 2400 bitů za sekundu. HY-2 byl posledním průmyslovým vokodérem používaným v zabezpečených komunikačních systémech, zatímco nástroj zůstal ve spotřebitelském sektoru.

V roce 1948 publikoval německý vědec Werner Mayer-Eppler, který měl zvláštní zájem o syntézu hlasu, dizertační práci o syntéze řeči a elektronické hudbě z pohledu syntézy zvuku. Jeho znalosti později hrály důležitou roli při vytvoření Západoněmeckého rozhlasového studia elektronické hudby (WDR) v Kolíně nad Rýnem v roce 1951.

K prvnímu použití vokodéru k vytvoření hudby došlo v roce 1959, také v Německu. V letech 1956 až 1959 vyvinul Siemens Siemens Synthesizer, který dokázal převádět zvuk na řeč. V roce 1968 Robert Moog, zakladatel společnosti Moog, vyvinul jeden z prvních vokodérů navržených speciálně pro použití v hudebním průmyslu. Tento vokodér byl objednán univerzitou v Buffalu.

Od té doby se historie vokodéru vyvíjela sama o sobě a stal se široce používaným ve všech oblastech zvuku a videa. Do povědomí široké veřejnosti se nástroj dostal díky skupině Kraftwerk, která samostatně sestavila vokodér pro své experimenty a používala jej od svého založení v roce 1970. Nejznámějším a nejoblíbenějším příkladem použití vokodéru bylo album Kraftwerk „Trans-Europe Express “, kterou jsme podrobně zkoumali v recenzi neobvyklých hudebních nástrojů německých elektronických umělců.

Jak funguje vokodér?

Je lepší použít dva signály než jeden. Vokodér vyžaduje k provozu dva zdroje zvuku:

1. Operátor: počáteční zvukový signál;
2. Modulátor: signál s různými harmonickými charakteristikami, které určují zvuk operátora.

Zvuk prochází speciální „bankou filtrů“, která analyzuje signál modulátoru, rozděluje jej do frekvenčních pásem a na každé pásmo aplikuje filtr. Filtry jsou vždy nastaveny tak, aby hraniční bod byl přesně ve středu každého rozsahu signálu modulátoru. Bez ohledu na hustotu řezu je signál v každém rozsahu filtrován uprostřed.

Poté je signál operátora přiveden do modulátoru, který prochází všemi filtry. Vokodér nastavuje mezní bod každého filtru v závislosti na harmonických a podtónech v signálu modulátoru.

Abychom pochopili princip fungování vokodéru, můžeme nakreslit analogii s lidským hlasem. Zvuk hlasu je tvořen signály operátorů a modulátorů. Když vyslovujeme slova, hlasivky prochází proud vzduchu, který vytváří původní signální operátor. Současně vibrují další části hlasového aparátu a generují signál modulátoru. Tyto vlastnosti přímo ovlivňují zvuk hlasu.

Vokodér funguje podobným způsobem: modifikuje původní signál díky charakteristikám přídavného signálu.

Jakýkoli zvukový signál může být operátorem nebo modulátorem. Producenti často používají syntetizované zvuky jako operátory a hlas jako modulátor. Příkladem použití vokodéru v hudbě je skladba „Trans-Europe Express“ od Kraftwerk. Operátorem je signál syntezátoru a modulátorem je běžná řeč.

Experimentálnější použití vokodéru lze vidět ve skladbě „Nightcall“ od Kavinského. Tento efekt lze znovu vytvořit pomocí iZotope VocalSynth nastavením patche pro generování akordů ze dvou zvukových vln a bílého šumu jako operátora, modulovaného hlasem.

Jak používat vokodér

Aby vokodér zněl stejně působivě jako mnohé komerční nahrávky, musí být operátor signálu bohatý na podtext. Čím bohatší a rozmanitější operátor, tím silnější je dopad modulátoru.

Nejlepší je začít experimentovat s patchi, které používají nebo jsou založeny na tvaru pilového zvuku. Signály rampové vlny jsou obvykle bohatší a bohatší než trojúhelníkové nebo sinusové vlny. Je také dobrou praxí komprimovat nebo saturovat signál operátora před jeho přivedením do vokodéru. Tím se zvýrazní účinek signálu procházejícího bankou filtrů.

Hlas působící jako modulátor vyžaduje zvláštní pozornost. Při psaní slov byste měli být velmi jasní a přesní a zdůrazňovat každý zvuk. Bez ohledu na to, jaký typ hlasu máte, je důležité, aby byla artikulace výrazná. Je to přesnost a jasnost, která vytváří charakteristický efekt vokodéru, který dává robotický hlas. Všimněte si, jak v Kavinského „Nightcall“ je každé slovo vyslovováno jasně a pomalu. Při práci s vokodérem je důležité sledovat artikulaci, aby nedošlo ke zkreslení.

Při použití vokodéru není výška hlasu tak důležitá. Zaměřte se na další vlastnosti hlasu: zabarvení, hloubku, jasnost a definici. Místo experimentování s rozsahem je lepší pracovat na výrazu a intonaci.

Jaké parametry řídí činnost vokodéru?

Hardwarové i softwarové (VST) vokodéry mají obvykle podobnou sadu parametrů. Jejich nastavení je ve většině případů podobné: i když se názvy ovládacích prvků a parametrů mohou lišit v závislosti na výrobci, jejich podstata zůstává přibližně stejná.

Počet pásem

Ovládací prvek Bands řídí, jak je zvukový signál rozdělen do různých frekvenčních rozsahů. Poloha tohoto ovladače určuje, na kolik částí bude signál modulátoru rozdělen. Na rozdíl od softwarových vokodérů a plug-inů mají starší zařízení limit na počet frekvenčních rozsahů, do kterých lze signál rozdělit. Pro vytvoření tradičního robotického zvuku podobného stylu Kraftwerk se doporučuje nastavit parametr Bands v rozsahu 8 až 12 hodnot.

Frekvenční rozsah

Tento parametr určuje rozsah frekvencí, které budou použity v procesu zpracování signálu operátora. Při ovládání vokodéru budou brány v úvahu pouze frekvence v tomto určeném intervalu, ostatní budou ignorovány. Pro zlepšení čistoty zvuku se doporučuje nastavit horní hranici nad 5 kHz.

Formant

Některé modely vokodérů mají funkci úpravy formantu, často označovanou jako „Shift“. Pomocí této možnosti může uživatel změnit šířku nebo zúžení pásem pro filtrování zvuku. Zvýšení formantů způsobí, že zpracovaný signál bude jasnější, zatímco jeho snížení způsobí, že zpracovaný signál bude tmavší a hlubší.

Obvykle se úprava formantu používá k přizpůsobení vokodéru ženským nebo mužským hlasům, přičemž posun dělá robotický hlas více ženským nebo mužským. Některé modely vokodérů mají místo úpravy formantů parametr „Gender“, který umožňuje upravit pohlaví výsledného hlasu.

Neznělo

Lidská řeč v jakémkoli jazyce je vždy doprovázena tzv. plosivními zvuky. Výbušný zvuk nastává v okamžiku, kdy je pro jeho vyslovení nutné projít zavřenými rty proud vzduchu, např. při vyslovování písmen „P“ a „B“. Plosives nejsou vokální zvuky, takže se často nazývají neznělé zvuky.

Nevokální zvuky nemají žádnou specifickou výšku a jsou šumem v celém frekvenčním rozsahu, který vokodér ignoruje. Ale neměli byste se radovat z vyloučení takových zvuků: představte si, jak známá slova zní bez písmen „P“ a „B“ („obvyklý“ – „bohatý“, „problém“ – „rolema“).

Aby se zabránilo tomu, že vokodér postrádá výbušné zvuky a „polyká“ písmena ve slovech, výrobci přidávají do sekce nastavení speciální parametr „Unvoiced“. Toto ovládání je napojeno na generátor šumu, který koriguje nedostatky v činnosti vokodéru: čím více je parametr natočen, tím silnější je korekce. Generátor šumu reprodukuje signál se zvukovou vlnou podobnou signálu operátora. Všechny bezvýškové a přechodné plosiva zůstávají v signálu, písmena ve slovech jsou zachována a řeč zní správně po vokodéru.