Qu'est-ce qu'un vocodeur ?

Le vocodeur a été inventé dans les années 1920 à des fins de communication. Cependant, son véritable intérêt a été découvert dans le domaine de la musique électronique, où il est devenu un outil essentiel pour créer des voix robotiques. Près d'un siècle après son apparition, le vocodeur est toujours largement utilisé dans l'industrie musicale, mais tout le monde ne connaît pas le fonctionnement et l'utilisation de cet instrument unique. Dans cet article, vous découvrirez comment la Seconde Guerre mondiale a contribué à la popularisation des synthétiseurs vocaux, comment fonctionne le vocodeur et comment l'utiliser correctement.

Le développement du vocodeur a commencé en 1928 grâce aux travaux d'un ingénieur nommé Homer Dudley chez Bell Labs. À la fin des années 1930, le résultat final a été atteint et, en novembre 1937, Dudley a obtenu le premier brevet pour son invention, puis un deuxième en 1939. L'idée principale de Dudley était de recréer l'appareil vocal humain à l'aide de l'électronique. À l'aide de composants et d'effets électroniques, l'ingénieur a cherché à imiter le plus fidèlement possible le fonctionnement des organes vocaux humains, en reproduisant les sons créés par le passage de l'air à travers différentes parties du corps humain, telles que les poumons et d'autres organes.

En 1939, Bell Labs présenta au public un dispositif de synthèse vocale appelé VODER (Voice Operating Demonstrator) lors d'une série de démonstrations à New York et San Francisco. Le dispositif comprenait une paire d'oscillateurs commutables et un générateur de bruit comme source audio. Un chemin vocal dédié composé de filtres à dix bandes était relié à un clavier sensible à la vélocité qui contrôlait l'intensité du filtrage. La hauteur du son était modifiée à l'aide d'une pédale. Des touches supplémentaires permettaient de générer les lettres « P », « D », « J », ainsi que les combinaisons sonores « JAW » et « CH ».

Le VODER était un appareil complexe qui nécessitait une formation spécialisée et plusieurs mois d'entraînement pour pouvoir être utilisé. Pour les démonstrations quotidiennes, les Bell Labs ont spécialement formé 20 personnes, qui se relayaient pour présenter le nouveau produit à toutes les personnes intéressées. Au cours de la démonstration, le VODER prononçait la phrase « Bonjour, chers auditeurs ! ».

En 1949, le convertisseur vocal KO-6 a été développé, qui codait la parole et les informations à un débit de 1 200 bits par seconde. En 1953, un autre vocodeur est apparu, le KY-9 THESEUS, qui non seulement augmentait la vitesse de traitement à 1 650 bits par seconde, mais utilisait également des composants différents. Grâce aux matériaux modifiés, il a été possible de réduire le poids du vocodeur de 55 tonnes pour le SIGSALY à 256 kilogrammes pour le KY-9. Enfin, en 1961, avec la sortie du convertisseur HY-2, il a été possible de réduire le poids du vocodeur à 45 kilogrammes et d'augmenter la vitesse de codage à 2400 bits par seconde. Le HY-2 fut le dernier vocodeur industriel utilisé dans les systèmes de communication sécurisés, tandis que l'instrument resta dans le secteur grand public.

En 1948, le scientifique allemand Werner Mayer-Eppler, qui s'intéressait particulièrement à la synthèse vocale, a publié une thèse sur la synthèse vocale et la musique électronique du point de vue de la synthèse sonore. Ses connaissances ont ensuite joué un rôle important dans la création du studio de musique électronique de la radio ouest-allemande (WDR) à Cologne en 1951.

La première utilisation d'un vocodeur pour créer de la musique a eu lieu en 1959, également en Allemagne. Entre 1956 et 1959, Siemens a développé le synthétiseur Siemens, capable de convertir le son en parole. En 1968, Robert Moog, fondateur de la société Moog, a développé l'un des premiers vocodeurs spécialement conçus pour l'industrie musicale. Ce vocodeur a été commandé par l'université de Buffalo.

Depuis lors, l'histoire du vocodeur a évolué de manière autonome, et il est désormais largement utilisé dans tous les domaines de l'audio et de la vidéo. Cet instrument s'est fait connaître du grand public grâce au groupe Kraftwerk, qui a assemblé de manière indépendante un vocodeur pour ses expériences et l'a utilisé depuis sa création en 1970. L'exemple le plus célèbre et le plus populaire d'utilisation d'un vocodeur est l'album « Trans-Europe Express » de Kraftwerk, que nous avons examiné en détail dans une critique des instruments de musique inhabituels utilisés par les artistes électroniques allemands.

Comment fonctionne un vocodeur ?

Il est préférable d'utiliser deux signaux plutôt qu'un seul. Le vocodeur nécessite deux sources sonores pour fonctionner :

1. Opérateur : signal sonore initial ;
2. Modulateur : un signal avec différentes caractéristiques harmoniques qui déterminent le son de l'opérateur.

Le son passe par un « banc de filtres » spécial qui analyse le signal du modulateur, le divise en bandes de fréquences et applique un filtre à chaque bande. Les filtres sont toujours réglés de manière à ce que le point de coupure se trouve exactement au centre de chaque plage du signal du modulateur. Quelle que soit la densité de découpage, le signal dans chaque plage est filtré au centre.

Le signal de l'opérateur est ensuite transmis au modulateur, qui passe par tous les filtres. Le vocodeur ajuste le point de coupure de chaque filtre en fonction des harmoniques et des harmoniques du signal du modulateur.

Pour comprendre le principe de fonctionnement d'un vocodeur, nous pouvons faire une analogie avec la voix humaine. Le son de la voix est formé par les signaux des opérateurs et des modulateurs. Lorsque nous prononçons des mots, un flux d'air passe à travers les cordes vocales, créant le signal opérateur d'origine. En même temps, d'autres parties de l'appareil vocal vibrent, générant un signal modulateur. Ces caractéristiques affectent directement le son de la voix.

Un vocodeur fonctionne de manière similaire : il modifie le signal d'origine en fonction des caractéristiques du signal supplémentaire.

Tout signal audio peut être un opérateur ou un modulateur. Les producteurs utilisent souvent des sons synthétisés comme opérateurs et la voix comme modulateur. Un exemple d'utilisation d'un vocodeur dans la musique est le morceau « Trans-Europe Express » de Kraftwerk. L'opérateur est le signal du synthétiseur et le modulateur est la parole ordinaire.

On trouve une utilisation plus expérimentale du vocodeur dans le morceau « Nightcall » de Kavinsky. Cet effet peut être recréé à l'aide d'iZotope VocalSynth en réglant le patch pour générer des accords à partir de deux ondes sonores et d'un bruit blanc comme opérateur, modulé par la voix.

Comment utiliser un vocodeur

Pour qu'un vocodeur produise un son aussi impressionnant que celui de nombreux enregistrements commerciaux, l'opérateur de signal doit être riche en harmoniques. Plus l'opérateur est riche et varié, plus l'impact du modulateur est fort.

Il est préférable de commencer à expérimenter avec des patchs qui utilisent ou sont basés sur la forme d'onde en dents de scie. Les signaux à onde en rampe sont généralement plus riches que les ondes triangulaires ou sinusoïdales. Il est également recommandé de compresser ou de saturer le signal de l'opérateur avant de l'envoyer au vocodeur. Cela permettra de mettre en évidence l'effet du signal passant à travers le banc de filtres.

La voix qui sert de modulateur nécessite une attention particulière. Lorsque vous écrivez des mots, vous devez être très clair et précis, en accentuant chaque son. Quel que soit votre type de voix, il est important que l'articulation soit prononcée. C'est la précision et la clarté qui créent l'effet vocoder caractéristique qui donne une voix robotique. Remarquez comment, dans « Nightcall » de Kavinsky, chaque mot est prononcé clairement et lentement. Lorsque vous travaillez avec un vocodeur, il est important de surveiller l'articulation pour éviter toute distorsion.

La hauteur de la voix n'est pas aussi importante lorsque vous utilisez un vocodeur. Concentrez-vous sur d'autres caractéristiques de la voix : le timbre, la profondeur, la clarté et la définition. Au lieu d'expérimenter avec la gamme, il est préférable de travailler sur l'expression et l'intonation.

Quels paramètres contrôlent le fonctionnement du vocodeur ?

Les vocodeurs matériels et logiciels (VST) ont généralement un ensemble de paramètres similaires. Dans la plupart des cas, leurs réglages sont similaires : bien que les noms des commandes et des paramètres puissent varier selon le fabricant, leur essence reste à peu près la même.

Nombre de bandes

La commande Bands contrôle la manière dont le signal audio est divisé en différentes gammes de fréquences. La position de cette commande détermine le nombre de parties dans lesquelles le signal du modulateur sera divisé. Contrairement aux vocodeurs logiciels et aux plug-ins, les appareils plus anciens ont une limite quant au nombre de gammes de fréquences dans lesquelles le signal peut être divisé. Pour créer un son robotique traditionnel similaire au style Kraftwerk, il est recommandé de régler le paramètre Bands dans une plage de 8 à 12 valeurs.

Gamme de fréquences

Ce paramètre détermine la gamme de fréquences qui sera utilisée dans le processus de traitement du signal de l'opérateur. Lors du fonctionnement du vocodeur, seules les fréquences comprises dans cet intervalle spécifié seront prises en compte, les autres seront ignorées. Pour améliorer la clarté audio, il est recommandé de régler la limite supérieure au-dessus de 5 kHz.

Formant

Certains modèles de vocodeurs disposent d'une fonction de réglage des formants, souvent appelée « Shift ». Cette option permet à l'utilisateur de modifier la largeur ou l'étroitesse des bandes afin de filtrer le son. Augmenter les formants rend le signal traité plus clair, tandis que les réduire rend le signal traité plus sombre et plus profond.

En général, le réglage des formants est utilisé pour adapter le vocodeur aux voix féminines ou masculines, le décalage rendant la voix robotique plus féminine ou plus masculine. Certains modèles de vocodeurs, au lieu de régler les formants, disposent d'un paramètre « Gender » (genre) qui permet de régler le genre de la voix obtenue.

Non voisé

La parole humaine, quelle que soit la langue, s'accompagne toujours de ce qu'on appelle des sons plosifs. Un son explosif se produit au moment où, pour le prononcer, il est nécessaire de faire passer un flux d'air à travers les lèvres fermées, par exemple lors de la prononciation des lettres « P » et « B ». Les plosifs ne sont pas des sons vocaux, ils sont donc souvent appelés sons non vocaux.

Les sons non vocaux n'ont pas de hauteur spécifique et constituent un bruit sur toute la gamme de fréquences que le vocodeur ignore. Mais il ne faut pas se réjouir de l'exclusion de ces bruits : imaginez à quoi ressemblent des mots familiers sans les lettres « P » et « B » (« habituel » – « riche », « problème » – « rolem »).

Pour éviter que le vocodeur ne passe à côté des sons occlusifs et n'« avale » les lettres dans les mots, les fabricants ajoutent un paramètre spécial « Unvoiced » (Non vocal) dans la section des réglages. Cette commande est reliée à un générateur de bruit qui corrige les défauts de fonctionnement du vocodeur : plus le paramètre est tourné, plus la correction est forte. Le générateur de bruit reproduit un signal avec une forme d'onde sonore similaire à celle du signal de l'opérateur. Toutes les plosives sans hauteur et transitionnelles restent dans le signal, les lettres des mots sont conservées et les sons de la parole sont corrects après le vocodeur.