Vocoder (Вокодер)

Устройство вокодер (voice coder — кодировщик голоса) предназначено для изменения голоса (вокала), путем применения обработки сигнала различными спектрами. Изначально они были созданы, как устройства позволяющие экономить частотные ресурсы радиолиний для передачи голосовых сообщений. Суть очень простая – передача только отдельных параметров голоса. Однако, в недалеком будущем он стал использоваться в музыке, для обработки вокала. Большое распространение получил в EDM. После обработки голоса, на выходе получается голос робота. В результате он стал полноценным эффектом для вокалистов.Современное устройство вокодера, позволяет изменять голос до самых различных его оттенков и звуковых гамм.Однако они используется не только вокалистами, современные разработки сделали возможным его применение как в гитарах, барабанах и клавишных инструментах. Он способен полностью изменить звучание любого инструмента.

Этот эффект существует в двух вариациях:
1) как собранная модель на физическом носителе (эффект)
2) как компьютерная программа

В музыке используются оба варианта, каждая группа (вокалист) применяет тот способ, который ему более удобен. Оба они имеют равное количество преимуществ и недостатков. Обработка сигнала происходит в режиме реального времени. Однако при использовании слабого оборудования, возможны временные задержки в миллисекунды. Это может происходить из-за нехватки ресурсов для обработки сигнала.
В современной музыкальной индустрии, для обработки вокала применяется технология MIDI. Микрофон подключается к звуковой карте, которая отвечает за его обработку и последующую передачу сигнала.
Попытки синтезирования человеческой речи и музыкальных инструментов имеют практически параллельную историю. То есть, одно вытекает из другого и так далее.
Виды синтеза:
Синтезированные звуки можно получить разными путями и методами. Говоря о различных моделях синтезаторов/сэмплеров, программных и аппаратных, мы часто обращаем внимание на алгоритмы синтеза, вложенные в инструмент. На данный момент вы можете столкнуться с шестнадцатью основными видами синтезирования звуков, но на этом индустрия не останавливается и с каждым годом мы получаем новые методы и алгоритмы.

Аддитивный или суммирующий синтез                                                                                                                                         (additive synthesis).

Данный метод прекрасно иллюстрируют первые модели от Hammond, которые были основаны на принципе построения звучания реальных органов. В его основе лежит следующая идея — создание сложных гармонически насыщенных звуков из простых изменяющихся синусоидальных волн, различных по амплитуде и/или частоте.

Вычитающий синтез                                                                                                                                                                              (substractive synthesis).

Данный метод обратен предыдущему. В качестве исходного берется тембрально-богатый, насыщенный гармониками звук, в результате сложной фильтрации из него формируется определенный тембр с характерной тоновой окраской. Вычитающий синтез активно использовался в аналоговых синтезаторах, а сейчас применяется в программных моделях для получения «аналогового эффекта».

Синтез с использованием частотной модуляции                                                                                                                        (Frequency Modulation (FM) synthesis).

Основывается на последовательном и параллельном подключении генераторов простых сигналов и их взаимомодуляции. Схема соединения генераторов и параметры каждого сигнала (частота, амплитуда и закон их изменения во времени) определяет тембр звучания; а количество генераторов и степень тонкости управления ими определяет предельное количество синтезируемых тембров. Данный метод очень удобен с точки зрения дешевизны реализации, но при этом требует сложного программирования и тонкой настройки. Использовался в большинстве звуковых РС-карт в виде стандартных GM-устройств, а также активно популяризировался фирмой Yamaha и ее модельным рядом синтезаторов GX. Первое появление датируется 1981 годом и ассоциируется с ее разработчиком — фирмой Synclavier.

Yamaha GX
Yamaha GX

Direct Draw.

В ряде синтезаторов используются осцилляторы, генерирующие звуковые волны со стандартными формами (синусоида, прямоугольная, пилообразная и т.п.). В варианте Direct Draw пользователь может самостоятельно рисовать любые формы. Данный метод еще не сильно изучен, хотя уже имеет место в ряде программного обеспечения и дорогих синтезаторах. По сути, нестандартную периодическую форму можно нарисовать в любом звуковом редакторе, и после использовать ее в качестве звукового фрагмента…

Таблично-волновой синтез                                                                                                                                                                (wavetable или PCM-synthesis).

Этот метод базируется на использовании небольших сэмплированных «кусочков» звуковой волны. Их определенный набор позволяет создать звучание инструмента, смоделировать интересные звуки. Активно используется в PPG, Waldorf, Korg DW-8000, Ensoniq ESQ-1 и ряде других синтезаторов. Звуковые карты, использующие понятие «wavetable», на самом деле подразумевают другую технологию синтеза — сэмплинг (Sample Playback).

 Ensoniq ESQ-1
Ensoniq ESQ-1
Korg DW-8000
Korg DW-8000
синтезатор Waldorf
синтезатор Waldorf
PPG
PPG

Гранулированный синтез                                                                                                                                                                    (Granular synthesis).

Является частным случаем таблично-волнового синтеза. Звук формируется из ультра-коротких сэмплированных фрагментов звуковой волны. В результате взаимодействия частоты их повторения и частотных составляющих сэмплированной звуковой формы, получается тембрально сложный монотонный звук, который впоследствии можно обрабатывать методами вычитающего синтезирования. Одна из первых реализаций подобного была в программе Ross Bencina AudioMulch, правда в виде эффекта, а как законченный инструмент появилась в Propellerhead Reason.

Сэмплинг                                                                                                                                                                                                   (Sample playback ).

Данный метод базируется на использовании сэмплированных (записанных) инструментов и воспроизведении их в режиме обычного проигрывателя. Небольшие звуковые фрагменты загружаются в память (ROM или RAM) и воспроизводятся оттуда. Из этих фрагментов складывается звучание инструмента. Активно используется в сэмплерах и программных или программно-аппаратных (например, Turtle Beach Pinnacle) синтезаторах и звуковых картах. Так как раньше объем памяти не позволял обращаться с большими объемами памяти, то разработчики шли на ухищрения — понижали разрядность или частоту дискретизации либо записывали очень короткие фрагменты, зацикливая их. Теперь ситуация изменилась в прогрессивную сторону, и мы можем использовать не только качественно отсэмплированные библиотеки, но и создавать многослойные инструменты, включающие сразу несколько сэмплов на реализацию одного инструмента.

Ресинтезированный PCM                                                                                                                                                                     (Resynthesized(RS)-PCM).

Этот синтеза был введен фирмой Roland и основан на анализе сэмплированного звука и его последующего воссоздания аддитивным методом синтеза.

Линейно-арифметический синтез
(Linear/Arithmetic (L/A) synthesis).

Этот метод также был введен фирмой Roland в конце 80-х, начиная с модели D-50. За основу концепции L/A synthesis было взято смешивание небольшого фрагмента сэмпла «живого» инструмента (обычно атаки) с синтезированной волновой формой. Этот метод позволяет дать натуральную звуковую окраску, близкую к реальному звучанию, при этом получается выигрыш в меньшей загрузке аппаратных вычислительных мощностей. Атака инструмента — это один из самых сложных элементов при реализации натуральных звуков в синтезированном виде.

синтезатор Roland D-50
синтезатор Roland D-50

Передовое интегрирование                                                                                                                                                                (Advanced Integrated synthesis).

Данный метод был впервые представлен в модели Korg M-1. Он использует сэмплированную атаку и другие волновые формы, которые впоследствии обрабатываются методами вычитающего синтеза, при этом для получения качественно новых звуков дополнительно могут использоваться сложные эффект процессоры.

Korg M-1
Korg M-1

Синтез переменной архитектуры                                                                                                                                                     (VAST — Variable Architecture Synthesis Technology).

Разновидность DSP-синтеза, основанная на комбинировании мощных вычислений по формированию пэтчей, включая сэмплированные звуки, добавление сложных эффектов и открытую архитектуру.

 Kurzweil K2000
Kurzweil K2000

Это уникальный метод, который используется только в рабочих станциях и сэмплерах фирмы Kurzweil (начиная с Kurzweil K2000).

Z-Plane synthesis.

Данный метод синтезирования является уникальной разработкой и впервые был представлен в звуковом модуле E-mu Systems Morpheus.

E-mu Systems Morpheus
E-mu Systems Morpheus

Его суть состоит в следующем, берутся две волновые формы разных инструментов и одна промежуточная для плавного перетекания от первой к второй. Этот метод предусматривает очень сложные алгоритмы фильтрации, но при этом позволяет получить очень интересные новые звуки.

Синтез физического моделирования                                                                                                                                              (Physical modeling synthesis).

За основу данного метода берется очень сложная математическая модель, которая полностью описывает формирование звука в инструменте. Впервые этот вид синтезирования был представлен в модельном ряде синтезаторов Yamaha VL-1 и VL-7.

Yamaha VL-1
Yamaha VL-1

Теперь используется повсеместно, хотя до полноценного математического повторения реальных физических процессов еще далеко — очень сложные расчеты. Но, стоит отметить, что производители уже добились хороших успехов в физическом моделировании духовых инструментов.

Yamaha VL-7
Yamaha VL-7

Формантный синтез                                                                                                                                                                              (Formant synthesis).

Формантный синтез является частным случаем физического моделирования. За его основу берется принцип формирования человеческой речи, где помимо основного тона и обертонов принято выделять формантную составляющую. Таким образом формируются речевые звуки используя как физическое моделирование, так и аддитивный метод формирования звуков.

Синтез по математической функции                                                                                                                                              (Mathematical function synthesis).

Также частный случай физического моделирования, с помощью которого можно вкладывать математические функции, объединять их в функциональные блоки, а из них создавать математические алгоритмические модели. Вернее сказать, что этот метод является одним из простейших разделов физического моделирования. Он хорошо подходит для эмуляции аналоговых синтезаторов. Первую реализацию подобного метода я встретил в программе-звуковом редакторе GoldWave, где вы можете просто описать математическими формулами генерируемый звук и относящиеся к нему эффекты. Как простейший пример можно привести и тон-генераторы в современных звуковых редакторах, где обычно указывается форма волны (функция) и значение частоты.

Спектральный синтез                                                                                                                                                                           (Spectral synthesis).

Это даже не метод, а скорее способ создания сложных гармонических звуков. За основу их построения берется обыкновенная спектрограмма (графическое представления зависимости частоты от амплитуды). На базе этой спектрограммы формируется инструмент. При этом данный способ позволяет самостоятельно рисовать на спектрограмме свои частотные полосы.
Другой принцип, широко используемый в устройствах вокодеров, — составление математической модели определенного голоса. Он предусматривает несколько полосных частотных составляющих или каналов, каждая из которых отвечает за реализацию частотного элемента человеческой речи. Когда мы произносим звук «а», то на спектрограмме отобразится одно взаимодействие частот и амплитуд гармонических составляющих, в варианте звука «п» ситуация меняется. Таким образом, разбив речевой спектр по частотным полосам и проанализировав взаимо соотношения частотных составляющих в каждой из них можно ресинтезировать человеческую речь.
В 1779 году русский профессор Кратценштейн Христиан (в других источниках упоминается как Христиан Готтлиб) создал акустическую модель, позволяющую создавать гласные звуки, используя различные геометрические формы резонаторов как это показано на рисунке.

Кратценштейн Христиан
Кратценштейн Христиан

При этом можно было использовать аддитивный синтез, как в обычных органах. В 1791 году Вольфганг вон Кампелен (Volfgang von Kempelen) представил миру акустическо-механическую говорящую машину, которая воспроизводила определенные звуки и их комбинации.

Volfgang von Kempelen
Volfgang von Kempelen

Шипящие и свистящие выдувались с помощью специального меха с ручным управлением. В середине 18 века это изобретение было улучшено ученым Чарльзом Уитстоуном (Charles Wheatstone), и уже могло воспроизводить гласные и большинство согласных звуков.

Charles Wheatstone
Charles Wheatstone

А в 1846 году Джозеф Фабер представил свой говорящий орган, в котором была реализована попытка синтезирования не только речи, но и пения.

Joseph Faber & euphonia
Joseph Faber & euphonia

В конце 18 века знаменитый ученый Александр Белл (Alexander Graham Bell) создал собственную «говорящую» механическую модель, очень схожую с конструкцией Уитстоуна. Начиная с 1920 года наступила эра электрических инструментов, при этом за основной вид синтеза оставался аддитивный. С развитием примитивных синтезаторов ученые получили уникальную возможность использовать генераторы звуковых волн, и на их базе строить алгоритмические модели.

Alexander Graham Bell
Alexander Graham Bell

Ключевой датой в развитии вокодеров является 1939. Именно в этом году ученый-изобретатель Хомер Дадли (Homer.W. Dudley) из Bell Laboratories представил миру устройство Parallel Bandpass Vocoder, над разработкой которого он трудился три года. Самая ранняя аналоговая модель называлась THE VODER THE MACHINE THAT TALKS (VODER — машина, которая говорит).

Vocoder
Vocoder
Страница издания "Science News Letter" со статьей "Создана машина, которая говорит человеческим голосом". 14 января 1939 года.
Страница издания «Science News Letter» со статьей «Создана машина, которая говорит человеческим голосом». 14 января 1939 года.
Homer.W. Dudley
Homer.W. Dudley

Voder, представленный в 1939 году управлялся с помощью человека. Вот как описывает свои ощущения Ванневар Буш (Vannevar Bush) в своем научном труде «As We May Think» (1945 г.): «На мировой выставке 1939 года было показано устройство, называемое Voder. Девушка-оператор нажимала на его клавиши, и Voder воспроизводил звук, похожий на речь. Это происходило без использования человеческих голосов, нажатие на клавиши просто вызывало комбинации нескольких вибраций, созданных электронным способом, которые воспроизводились с помощью громкоговорителя». Кстати, данный труд Ванневара Буша посвящен интерактивному взаимодействию человека и компьютерных систем и очень интересен для прочтения. В 1940 году Хомер Дадли представил свою новую модель голосового синтезатора, именуемую The Vocoder (аббревиатура от Voice Operated reCorDER). А в 1948 году на выставке «Electronische Musik» (Германия) VODER был представлен как электронный инструмент будущего. Вот так и началась эра вокодеров.

Алгоритмические модели синтезаторов речи с того времени практически не изменились. При этом эти системы развивались практически параллельно с аналоговыми синтезаторами.
Современное понятие вокодера весьма размыто. С одной стороны мы подразумеваем под ним синтез речи, с другой — кодирование и декодирование речевых сигналов для средств коммуникаций, с третьей — изменение тембральных составляющих. При этом существует разделение на вокодерные эффекты, применяющиеся в музыкальных творческих целях, и промышленные системы голосового кодирования, применяющихся в средствах коммуникаций.

В последних они делятся на два класса: фонемные (речеэлементные) и параметрические. В принципе фонемных лежит запоминание отдельных фраз, речевых оборотов. Благодаря этому запоминанию на воспроизводящий элемент передается не сама речь, а ее элементный номер. Это широко применялось и применяется в системах управления голосом, а также чтения текста с преобразованием в звук. В качестве простого примера можно привести звуковые схемы Windows, интерактивно реагирующие на то или иное событие. Если эти звуковые сигналы заменить на человеческую речь, то мы получим самый легкий пример речеэлементного вокодера. Системе сообщается не сам звук, а имя файла, который надо воспроизводить. Параметрические вокодеры состоят из фильтрового и генераторного подблоков. Первый подблок отвечает непосредственно за речевой спектр, второй — за тоновый спектр. В основе этого разделения лежит природа воспроизведения человеком различных звуков.

Сейчас многие говорят о голосовой связи посредством сети Интернет, и уже выпущено несколько моделей фразовых вокодеров для браузеров. Это прежде всего эмуляции телекоммуникационных вокодеров, которые выполняют задачу передачи человеческой речи на большие расстояния с малым сетевым трафиком. Другое применение — фонемные вокодеры для чтения текста. Например, преобразование текста html-страницы в речь.

Основные типы вокодеров:

Самые простые вокодеры — это полосные. Их реализацию можно увидеть во многих программных продуктах. В основе данного устройства лежит принцип разделения сигнала на полосы с помощью специальных фильтров. Чем больше полос, тем качественнее сигнал при передаче данных. Но для музыки имеют большое значение искажения, получаемые в определенных полосах, а также подмена тонального спектра речевых элементов на спектр другой природы.

Как простейшую имитацию вокодера такого типа можно привести пример с разделением звуковой формы на частотные полосы (с помощью фильтров или эквалайзеров), их обработки по отдельности и последующего сложения в новую волновую форму.

Другие типы вокодеров:

-Гомоморфные. При помощи гомоморфной обработки они позволяют разделить речевой сигнал на генераторную и фильтровую части.
-Формантные. Форманты — резонансные частоты голосового тракта, и в основе действия вокодера лежит их комбинация.
-Ортогональные — гармонические, раскладывают речь по определенному алгоритму, в частности, ряд Фурье.
-LPC-вокодеры или липредеры заключают в себе сложные алгоритмы линейного предсказания речи.

В основе устройств, используемых в музыкальной сфере, могут применяться любые алгоритмы вокодирования, а также их сочетания. Имеет место и разделение фильтров речевых сигналов и генераторной функции. Если фильтры, описывающие непосредственно речевые элементы, не трогать, а изменить только основной генерируемый(ые) тон(ы), то в результате мы можем получить речь с новым гармоническим наполнением.

Амплитудная управляющая и замена спектров. Морф.

Как мы знаем, звуковая волна состоит из множества простых составляющих, разных по амплитуде и частоте. Современные программные вокодеры позволяют одному звуковому спектру менять амплитудные соотношения гармоник руководствуясь алгоритмическими моделями либо соотношениями другой звуковой формы. При этом данный метод уже применяется не только по отношению ко всему спектру в слышимом диапазоне, но и по более узким полосам. Данный эффект еще получил название Morph и прекрасно реализован в программе iZotope Ozone Spectron.izotope-ozone-5-programma-dlja-masteringa_1
Суть данного преобразования проста. Мы берем исходный звуковой файл и выделяем в нем определенную частотную полосу. Потом загружаем файл-донор, из гармонического наполнения которого будет формироваться тембр нового звука. При запуске алгоритма на исполнение, все амплитудные соотношения, находящиеся в выделенной полосе исходного файла, будут управляющими для нового спектра. Таким образом, мы получаем скрипку, играющую в ритме ударных, либо орган с «боем», характерным для гитарного исполнителя.
В качестве тембровой составляющей может быть использован обыкновенный тон-генератор, либо любая другая более сложная модель синтеза, либо звуковой файл. При микшировании исходного звука и генерируемого тона мы можем получить смесь того и другого. Причем уникальной особенностью программных вокодеров является возможность изменения уровневого соотношения исходного тембра и тембра донора. В результате, мы можем добавлять в звучание инструментов легкую вокодерную «окраску», либо синтезировать принципиально новые звуки.

В те дни, когда электронная музыка была в зачаточном состоянии, вокодер был одним из немногих приборов, позволяющим манипулировать звуком в реальном времени. Ранние примеры эффектов, основанных на вокодере можно услышать в мультфильмах Диснея.

Многие из фирм производителей музыкальных инструментов, сделали целые серии, различных вокодеров, с различными наборами эффектов изменении входящего сигнала.

Barth Musicoder был полнофункциональным устройством, разработанным в ранние 70-е. Студия Майка Олдфилда, как сообщали, владела одним из них когда-то. С тех пор Barth переместились в специализированный рынок оборудования для радиостанций.

Barth Musicoder (16 фильтров)
Barth Musicoder (16 фильтров)

ELECTRO HARMONIX

Эта знаменитая компания по производству педальных эффектов, которая также произвела на свет компактный синтезатор и пару маленьких сэмплеров – один из которых развился впоследствии в Akai S612, также разработала 19-ти дюймовый рэковый вокодер, который также включал в себя компрессор на микрофонном входе.

ELECTRO HARMONIX Vocoder
ELECTRO HARMONIX Vocoder
ELECTRO HARMONIX Vocoder
ELECTRO HARMONIX Vocoder
Akai S612
Akai S612

EMS

Vocoder 2000 (16 фильтров)

Electronic Music Studios (EMS) Vocoder 2000
Electronic Music Studios (EMS) Vocoder 2000

Vocoder 3000 (16 фильтров)

Vocoder 3000
Vocoder 3000

Vocoder 5000 (22 фильтра)

Vocoder 5000
Vocoder 5000

EMS,производители легендарного VCS3 и синтезатора Synthi A, также разработали несколько вокодеров: 5000 – наиболее впечатляюще выглядящий и (отлично смотрится рядом с синтезаторами – он даже был назван Synthi Vocoder в одной из версий), и наиболее полнофункциональный из всей серии. Он наделен продуманной системой, позволяющей соединять анализирующие и синтезирующие фильтры в любом порядке.

EMS Synthi A
EMS Synthi A
EMS VCS3
EMS VCS3

KORG DVP1 Digital Voice Processor

Этот прибор объединяет возможности вокодера с гармонизацией, изменением высоты тона и другими возможностями, предназначенными для вокалистов, всеми параметрами можно управлять по MIDI.

Korg DVP-1
Korg DVP-1

KORG VC10 это, пожалуй, самый простенький из вокодеров и по стилю и ощущениям от него похож на моно синтезаторы от Korg (MS10\MS20), с наклонной передней панелью и 32-клавишной клавиатурой. Он прост в использовании и может обрабатывать как микрофонный, так и инструментальный входы.

KORG VC10
KORG VC10

MOOG 16 Channel Vocoder

Это был очень дорогой (6000$) музыкально-специфический прибор, поддерживающий сохранение патчей и многие другие полезные возможности для использования в живую. Раритет!!!

 MOOG 16
MOOG 16

ROLAND SVC350 Vocoder

Вместе с Korg VC10 это, наверно, наиболее заметный на рынке винтажных вокодеров. Прост в использовании, крепится в рэк.

 ROLAND SVC350 Vocoder
ROLAND SVC350 Vocoder

ROLAND VP330 Vocoder Plus

Как и Korg DVP1, предоставляет возможности, близкие к вокодеру, но в основном является системой изменения высоты тона и гармонизации.

 ROLAND VP330 Vocoder Plus
ROLAND VP330 Vocoder Plus

SENNHEISER VSM201 20 каналов

Это устройство — абсолютно профессиональный инструмент, и врядли предназначен для домашнего использования.

SENNHEISER VSM201
SENNHEISER VSM201

SYNTON

Syntovox 202 (2 фильтра)

Syntovox 202
Syntovox 202

Syntovox 221 (20 фильтров)

Syntovox 221
Syntovox 221

Syntovox 222 (10 фильтров)

Syntovox 221
Syntovox 221

202 был разработан для использования на сцене, имел непривлекательную переднюю панель, зато был очень прост в использовании. 221 – рабочая лошадка с полностью управляемой матрицей фильтров).

Вокодеры были очень популярны в 70-е, но их звук «говорящей клавиатуры» скоро стал клише, и с тех пор их популярность постоянно уменьшается. К тому времени, когда технология MIDI начала набирать обороты, вокодеры почти ушли с рынка, только несколько компаний продолжали их производить. А жаль, потому что вокодеры действительно имеют свое собственное предназначение, когда становятся частью MIDI системы. К счастью, некоторые процессоры эффектов сейчас включают вокодер как часть своего репертуара, и, при наличии у пользователя некоторой изобретательности, они могут быть творчески использованы для воздействия на звук самыми разными способами, и вовсе не только таким, о котором все знают (эффект «я проглотил эту ноту»).
Вокодер позволяет переносить тональный характер одного звука на другой, иногда весьма сильно отличающийся от первого; классический эффект говорящей клавиатуры получается путем переноса характеристик длинного синтезированного звука на человеческий голос. Что же в действительности происходит? Вокальный сигнал, который мы будем называть модулятор, анализируется банком фильтров, которые непрерывно измеряют огибающую сигнала в каждой части спектра, таким же образом, как это делает анализатор спектра. Чем больше фильтров в банке, тем более точен анализ.
Сигнал, который будет подвергнут изменениям (несущий сигнал), также подсоединяется к банку фильтров, но на этот раз уровень сигнала, проходящего через каждую полосу фильтрации, модулируется в соответствии с выходом секции анализатора спектра. Другими словами, спектральные характеристики модулирующего сигнала дублируются в банке фильтров, обрабатывающем несущий сигнал. Если модулирующий сигнал постоянно меняет свой характер, как это и происходит в случае с человеческим голосом, то изменения динамики передадутся на несущий сигнал и дадут звуку узнаваемые свойства вокала. Этот процесс настолько эффективен, что становится возможным различать слова даже при полном отсутствии изначального голосового сэмпла. А в связи с тем, что мы анализируем спектральный состав, а не абсолютную высоту модулирующего сигнала, становится неважным, поются слова или просто произносятся.
Кроме очевидных спектральных вариаций, производимых голосовыми связками, человеческая речь также включает фрикативные звуки – короткие, высокочастотные звуки, присутствующие в таких буквах как «С», «Т», генерируемые ртом. Если такие звуки отделены от основного вокального сигнала посредством фильтра высоких частот (high-pass filter), они могут быть добавлены к выходному сигналу для повышения разборчивости звука, а поскольку они не имеют отношения к музыкальной высоте тона вокала, они могут быть добавлены к музыкальному выходу без изменений.
Изначально вокодеры были аналоговыми и их фильтры работали почти также как графический эквалайзер. Чем на большее количество полос мог быть разделен звуковой сигнал, тем более убедительная получалась артикуляция вокала. Некоторые из этих устройств использовали кабели для связи выходов анализатора с модулирующем банком фильтров, что открывало огромные просторы для творчества. Соединяя эти кабели крест-накрест, можно было перенаправлять звуковой сигнал так, чтобы одна полоса частот в секции анализатора управляла другой полосой частот в банке фильтров. Таким образом можно было радикально изменять характеристики звука. К сожалению, большинство вокодеров, доступных сегодня, не предоставляют такой возможности.
Цифровой вокодер Boss SE50 основан на семи-полосном банке фильтров, и, хотя, на первый взгляд, это немного, результаты получаются на удивление хорошие. Есть подозрение, что частоты фильтров были специально выбраны так, чтобы покрывать частотный диапазон человеческого голоса, а именно, средние частоты звукового спектра. Эксперименты, о которых пойдет речь в этой статье, были проведены с использованием вокодера SE50.

Boss SE 50
Boss SE 50

Перед тем как перейти к продвинутым приемам обработки, не будет лишним попытаться почувствовать вокодер, создавая стандартные для вокодера звуки. SE50 оборудован линейным входом, однако имеет достаточный запас громкости для непосредственного подключения микрофона. Тем не менее, лучше запитать микрофон от микшерного пульта и подключить его к входу модулятора вокодера.

Vocoder block
Vocoder block

Вокодер по сути – разновидность синтезатора, так что несущий сигнал, в идеале, должен быть богатым гармониками длинным продолжающимся звуком. В любом случае, необходимо, чтобы несущий сигнал содержал вокальную часть спектра, иначе эффект вокодера не будет правильно работать. Когда вы говорите в микрофон, одновременно играя аккорд или длинную ноту, вы услышать типичный эффект вокодера, где несущий сигнал модулируется и частотой и громкостью. Если вы прекратите говорить, сигнал на выходе прекратится, даже если нота или аккорд все ещё играют. Аналогично, если вы будете говорить в отсутствие несущего сигнала, на выходе звука тоже не будет. Оба сигнала должны присутствовать, чтобы вы могли что-нибудь услышать на выходе. Вокодер повышает уровень сигнала модулятора на уровень несущего сигнала в каждой полосе частот, и если уровни сигнала на входе постоянно изменяются, результат может звучать довольно разорвано. Более ровный результат можно получить, если использовать компрессор, чтобы поддерживать вокальный сигнал на максимально ровной громкости, несущий сигнал тоже иногда бывает полезно пропускать через компрессор.
Проблема ранних вокодеров была не столько в технических ограничениях самого устройства, столько в том, что через них можно было пропустить. И несущий сигнал, и модулятор, обычно клавиатура и голос, должны были генерироваться одновременно, что часто приводило к неудовлетворительному результату. Сейчас, конечно, у нас есть миди-клавиатуры и мультитрек-секвенсоры, которые позволяют воспроизводить любые звуки любое количество времени.
Это — весь принцип работы вокодера. Мы рассмотрели принцип работы модулей вокодера, как физического устройства. Работа ниже будет происходить с устройством “Вокодер” программной симуляции, что по сути ничем не отличается от его физического прототипа, поэтому, просто переходим к работе с программой выполняющей эту функцию — Fruity Vocoder.

Fruity Vocoder
Fruity Vocoder

Имеется два источника сигнала, называемые MOD (модулятор; обычно — голос, т. е. речь, пение) и CAR (носитель; обычно- звучание синтезатора). В качестве модулятора и носителя берутся сигналы левого и правого стереоканалов, подаваемые на вход плагина. С помощью кнопок R (правый канал) и L (левый канал), расположенных над регуляторами MOD и CAR, вы сами можете выбрать, какой канал будет использоваться в качестве модулятора, а какой- в качестве носителя.
Регуляторы MOD и CAR задают громкость необработанных сигналов модулятора и носителя на выходе плагина. Регулятор WET задает уровень обработанного эффектом сигнала на выходе плагина. Над регуляторами MOD, CAR и WET расположены маленькие кнопки-переключатели, позволяющие выбрать соответствующий источник в качестве единственного звучащего (режим солирования). В рабочем положении такой переключатель над регулятором WET должен быть включен.
Перед обработкой сигнала с помощью ряда полосовых фильтров осуществляется его перевод в спектральную область, т. е. сигнал проходит через своеобразный кроссовер, на каждом выходе которого для соответствующей полосы частот измеряется уровень сигнала. В первом приближении эти операции можно считать прямым преобразованием Фурье. За спектр сигнала принимается совокупность уровней сигнала на выходах полосовых фильтров. Во время обработки операции совершаются не с отдельными отсчетами звукового сигнала, а с его спектром.
В конечном счете, осуществляется ресинтез (восстановление сигнала по его спектру, или обратное преобразование Фурье). Ресинтезированный сигнал поступает на выход плагина.
Число частотных полос, задаваемое в группе BANDS, может варьироваться от 4 до 128. При малом числе полос можно получить грубое звучание, характерное для раритетных вокодеров. Переключатели 1, 2 и 3 группы FILTER задают порядок фильтров (крутизну их характеристик), используемых для разложения сигнала в спектр.
Регулятор MIN задает центральную частоту первой частотной полосы. Регулятор MAX задает центральную частоту последней частотной полосы. Регулятор SCALE определяет характер зависимости ширины частотной полосы от ее номера (варьируется от линейного до логарифмического).
BW — ширина частотной полосы. FORM — смещение частотных полос по шкале частот. С помощью данной опции можно управлять тембром ресинтезированного голоса.
INV — режим инверсии, при котором первая частотная полоса модулятора ставится в соответствие последней частотной полосе носителя, вторая частотная полоса модулятора- предпоследней полосе носителя и т. д.
В группе ENV доступны параметры ATT (атака) и REL (освобождение), определяющие характер реакции плагина на изменения модулирующего сигнала.
Значительную часть панели плагина занимает индикатор спектра сигнала. Нажатием кнопки HOLD можно «заморозить» отображаемую на нем картинку, а заодно и модуляцию сигнала-носителя. Индикатор спектра по совместительству выполняет функцию графического эквалайзера, а столбики индикатора- функцию регуляторов.
Если просто пропустить сквозь этот плагин голос, то он, безусловно, исказится. Кроме того, с помощью регулятора FORM можно изменять его тембр. Однако этот эффект не будет являться эффектом вокодера, т. к. в данном случае модулятором и носителем будет один и тот же сигнал.
Чтобы получить настоящее вокодерное звучание, нужно следующее:
1. В качестве модулятора выбирается голос. Для этого на одном из аудиотреков окна Playlist программы FL Studio размещается клип с голосом. Устанавливается для трека крайнее значение панорамы (например, крайняя левая точка).
2. В качестве носителя берется ярко выраженный тембр синтезатора (например, TS404). Добавляется в проект соответствующий канал и средствами пошагового секвенсора или окна Piano roll создается партия в исполнении этого синтезатора. Панораму соответствующего канала устанавливается в крайнюю правую точку (важно, чтобы модулятор и носитель звучали из разных стереоканалов).
3. Далее следует направить сигналы каналов синтезатора и голоса в один и тот же модуль FX микшера, к которому в режиме вставки подключен плагин Fruity Vocoder.
По умолчанию вокодер применяет в качестве модулятора сигнал левого канала (там голос), а в качестве носителя- сигнал правого канала (там синтезатор). Вот и все тонкости, дальше можно экспериментировать.

Реалистичные хоровые пэды
Синтезированные хоровые пэды – это хорошо, но они ничего не говорят, не так ли? Они могут говорить «Ааа» или «Ооо», но это вряд ли можно назвать осмысленным текстом. Более человеческий результат можно получить, модулируя сэмплированный вокал живым голосом. Из-за способа, которым вокодер модулирует уровень обрабатываемого сигнала, важно не оставлять пауз, таких как паузы для вдоха; в некоторых случаях двое или более человек, поющие одновременно, могут усилить эффект ансамбля. И не страшно, если нет слуха, главное – попадать в ритм.
Если результат все еще рваный, можно добавить пропущенный через вокодер звук к необработанному, и можно «крутануть» фазу вокодированного сигнала. Это изменит способ взаимодействия двух сигналов и сможет дать интересную альтернативу.

Использование натуральных модуляторов
При создании фоновых текстур для музыки, вокодер может быть использован для изменения синтезированного пэда при помощи живых звуков, поданных на вход модулятора. Например, зацикленный сэмпл разговора людей на вечеринке может придать музыке эффект, действующий почти на подсознательном уровне. Полезный источник материала для такой техники – это звуковые библиотеки. Можно использовать такие звуки, как дождь, ветер, гром и так далее, а также можно экспериментировать с более необычными звуками, так как часто это дает отличный результат.

Объединение синтезированных звуков
Эта техника хороша, если есть управляемый по MIDI аналоговый синтезатор, впрочем, VSTi синтезаторы тоже сгодятся. Если звук с синтезатора использовать как источник модуляции, любые повороты фильтра будут перенесены на инструмент, используемый как несущий сигнал. Можно не ждать что звучание фильтра будет полностью таким же – получится объединенный звук с характеристиками обоих инструментов. Эта техника может использоваться для создания нового звука из двух старых, однако, для наилучшего результата, модулятор должен менять тембр в процессе развития звука.

Эффект задержки + вокодер
Этот прием – вариация на тему обычного использования вокодера. Вместо того, чтобы использовать оригинальный вокал для модулирования синтезаторного пэда, можно использовать вокал обычным образом (это значит, что придется петь в микрофон!), и одновременно использовать тот же голос с эффектом задержки, пропущенный через вокодер. Таким образом, получится обычный вокал с вокодированным эхо, наложенным на синтезаторный пэд.

Вокодер и эффект эха:
Вокодеры могут использоваться не только для модулирования синтезированных звуков. В качестве несущего сигнала может использоваться любой богатый гармониками звук. Интересные результаты могут быть достигнуты при использовании длинных ревербераций или множественных задержек, модулированных вокальным сигналом. Например, если посмотреть на предыдущую идею с другой стороны, можно использовать вокал с задержкой чтобы оставить «отпечаток» вокала на своем реверберационном хвосте. Для этого, правда, необходимо будет установить очень долгое время реверберации, но, поскольку слышна она будет только в момент звучания голоса, это не испачкает микс.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.