вокодер что это такое
Вокодер
Вокодер (англ. voice coder — кодировщик голоса) — устройство синтеза речи на основе произвольного сигнала с богатым спектром. Изначально вокодеры были разработаны в целях экономии частотных ресурсов радиолинии системы связи при передаче речевых сообщений. Экономия достигается за счёт того, что вместо собственно речевого сигнала передают только значения его определённых параметров, которые на приемной стороне управляют синтезатором речи. Основу синтезатора речи составляют три элемента: генератор тонального сигнала для формирования гласных звуков, генератор шума для формирования согласных и система формантных фильтров для воссоздания индивидуальных особенностей голоса. После всех преобразований голос человека становится похожим на голос робота, что вполне терпимо для средств связи и интересно для музыкальной сферы. Так было лишь в самых примитивных вокодерах первой половины прошлого столетия. Современные связные вокодеры обеспечивают высочайшее качество голоса при существенно более сильной степени сжатия в сравнении с упомянутыми выше.
Вокодер как необычный эффект был взят на вооружение электронными музыкантами и впоследствии стал полноценным эффектом благодаря фирмам-изготовителям музыкального оборудования, которые придали ему форму и удобство музыкального эффекта. Вокодер как музыкальный эффект позволяет перенести свойства одного (модулирующего) сигнала на другой сигнал, который называют носителем. В качестве сигнала-модулятора используется голос человека, а в качестве носителя — сигнал, формируемый музыкальным синтезатором или другим музыкальным инструментом. Так достигается эффект «говорящего» или «поющего» музыкального инструмента. Помимо голоса модулирующий сигнал может быть и гитарой, клавишными, барабанами и вообще любым звуком синтетического и «живого» происхождения. Так же нет ограничений и на несущий сигнал. Экспериментируя с моделирующим и несущим сигналом можно получать совершенно разные эффекты — говорящая гитара, барабаны со звуком фортепиано, гитара, звучащая как ксилофон.
Вокодер
Из Википедии — свободной энциклопедии
Воко́дер (англ. voice encoder — кодировщик голоса) — устройство синтеза речи на основе произвольного сигнала с богатым спектром. Изначально вокодеры были разработаны в целях экономии частотных ресурсов радиолинии системы связи при передаче речевых сообщений. Экономия достигается за счёт того, что вместо собственно речевого сигнала передают только значения его определённых параметров, которые на приёмной стороне управляют синтезатором речи. Основу синтезатора речи составляют три элемента:
После всех преобразований голос человека становится похожим на «голос робота», что вполне терпимо для средств связи и интересно для музыкальной сферы. Так было лишь в самых примитивных вокодерах 1-й половины XX ст. Современные связные вокодеры обеспечивают высочайшее качество голоса при существенно более сильной степени сжатия в сравнении с упомянутыми выше.
Вокодер как необычный эффект был взят на вооружение электронными музыкантами и впоследствии стал полноценным эффектом благодаря фирмам-изготовителям музыкального оборудования, которые придали ему форму и удобство музыкального эффекта. Вокодер как музыкальный эффект позволяет перенести свойства одного (модулирующего) сигнала на другой сигнал, который называют носителем. В качестве сигнала-модулятора используется голос человека, а в качестве носителя — сигнал, формируемый музыкальным синтезатором или другим музыкальным инструментом. Так достигается эффект «говорящего» или «поющего» музыкального инструмента. Помимо голоса, модулирующий сигнал может быть и гитарой, клавишными, барабанами и вообще любым звуком синтетического и «живого» происхождения. Также нет ограничений и на несущий сигнал. Экспериментируя с моделирующим и несущим сигналом, можно получать совершенно разные эффекты — говорящая гитара, барабаны со звуком фортепиано, гитара, звучащая как ксилофон.
Современные вокодеры можно поделить на:
В практике компьютерного музыканта значительно чаще используются вокодеры виртуальные, реализованные в виде VST-плагинов (VST-plugins), так как они более гибкие в настройке. Применяются подобные решения вокодеров как самостоятельные программы, так и совместно с программой-хостом. В качестве таковой может быть использована любая виртуальная студия, поддерживающая технологию VST, например, Cakewalk Sonar, Steinberg Cubase или FL Studio. Программа-хост позволяет подключать собственно сам вокодер и выбирать, откуда будет поступать несущий и модулирующий сигнал (некоторые вокодеры имеют встроенный синтезатор несущего сигнала) — с синтезаторов и семплеров (которые также имеют формат VST) или c микрофонов и других подключённых к звуковой карте инструментов. А управление несущим сигналом осуществляется посредством MIDI-команд, поступающих из MIDI-секвенсора или MIDI-клавиатуры в VST-плагин (синтезатор или семплер).
Что такое вокодер? (Vocoder, вокодэр)
Вокодеры были созданы в 1930-х годах, когда впервые был использован синтез человеческого голоса. Само слово происходит от сочетания слов VOice и enCODER.
Существует некоторая путаница в отношении различий между Auto-Tune vs. Vocoder, которые следует сначала прояснить.
Vocoder — это форма перекрестного синтеза, хорошо описана Джулиусом Смитом:
Перекрестный синтез — это метод наложения спектральной огибающей одного звука на сглаженный спектр другого. Типичный пример — произвести впечатление на речь различными естественными звуками, такими как «говорящий ветер».
Давайте назовем первый сигнал «модулирующим» сигналом, а другой — «несущим» сигналом. Тогда модулятором может быть голос, а носителем может быть любой спектрально насыщенный звук, такой как ветер, дождь, скрип, шлейф или звуки других музыкальных инструментов. Коммерческие [аппаратные] вокодеры, используемые в качестве музыкальных инструментов, состоят из синтезатора клавиатуры (для воспроизведения звуков-носителей) и микрофона для улавливания голоса исполнителя (для извлечения огибающей модуляции) ( источник ).
Другими словами, только частоты, которые присутствуют в модулирующем сигнале, сохраняются в сигнале несущей после применения огибающей. В программном обеспечении вокодеры обычно могут функционировать как вставки на звуковую дорожку или как инструмент на дорожке виртуального инструмента, используя боковой цепной вход от другой звуковой дорожки или внешнего источника в реальном времени (случае таких устройств, как Vocal Synth 2, либо как звуковой эффект или виртуальный инструмент).
См. также: 5 наших любимых эквалайзеров для сведения музыки
Auto-Tune предназначен для голосового сигнала с минимальной высотой и шкалой. Вы начнете слышать роботоподобный звук вокодера, когда подмешаете 100% эффекта (будто нота от ноты резко скачет). Но процесс значительно отличается от вокодера.
Один из самых ранних вокодеров был разработан Гомером Дадли в конце 1920-х — начале 1930-х годов в Bell Laboratories. Его функция выполнялась на телефонных линиях, чтобы избежать помех и улучшить качество связи. Ранние вокодеры даже поддерживали основные технологии Второй мировой войны, такие как система SIGSALY, используемая для безопасной передачи голоса (из манула Vocal Synth 2 Vocoder manual — iZotope)
См. также: Является ли кассета новым винилом? Кассетные плееры возвращаются
В то время как использование вокодера обычно связано с роботизированным голосом, с которым вы знакомы, метод обработки может быть использован для любого другого звука. Им можно экспериментировать на ударных и синтезаторах, для получения художественных эффектов.
Что такое вокодер и как им пользоваться?
Вокодер (в переводе с английского voice coder – кодировщик голоса, речи) – инструмент, который используется для синтеза речи на основе сигнала с богатым спектром.
Вокодер – это музыкальный эффект, который привносит в свойства одного сигнала, свойства другого. С его помощью можно добиться эффекта «говорящего» инструмента (например, гитары) или сделать голос более «роботизированным».
Вокодер использует два сигнала – носитель и модулятор.
Носитель – это основной сигнал, модулятор – сигнал, модулирующий носитель.
Структурная схема вокодера выглядит вот так:
Давайте на примере плагина Fruity Vocoder рассмотрим основные настройки данного устройства и разберёмся с принципом его работы.
Область FREQ:
FORM – смещение тональности в центах;
SCALE – масштаб оси частот;
INV – инверсия частот модулятора;
BW – ширина полосы пропускания фильтра.
Область ENV:
ATT – атака модулятора;
REL – восстановление модулятора.
Область MIX:
MOD – уровень необработанного сигнала модулятора;
CAR – уровень необработанного сигнала носителя;
WET – уровень обработанного сигнала.
Графическая область:
Bands – число частотных полос в группе. Чем меньше полос, тем более грубой будет обработка.
Filter – этот параметр задаёт порядок фильтров (это влияет на крутизну полос).
Также в этой области расположен графический эквалайзер.
Для правильной работы с данным прибором необходимо направить оба сигнала (носитель и модулятор) на один и тот же канал микшера. После чего в insert поставить инструмент Fruity Vocoder. Модулятор, при этом панорамируется полностью в левый канал, а носитель – полностью в правый.
Параметры вокодера настраиваются по необходимости, в зависимости от желаемого результата.
Для примера, я использовал в качестве носителя встроенный синтезатор программы FL Studio Plucked, а в качестве модулятора вокальный сэмпл.
Давайте послушаем эти звуки до обработки.
Прослушать носитель (синтезатор Plucked)
Прослушать модулятор (Sample)
А вот так звучит обработанный вокодером сигнал.
Это основы работы с данным инструментом.
Удачи в творчестве!
Если вам понравилась статья, поделитесь ей с друзьями, нажав на кнопки социальных сетей.
Вокодеры и синтезаторы речи
Попытки синтезирования человеческой речи и музыкальных инструментов имеют практически параллельную историю. Поэтому в этом материале я объединю эти истории воедино. То есть, одно вытекает из другого и так далее. Эта информация полезна как владельцам домашних и профессиональных синтезаторов, так и простым пользователям.
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.
Вычитающий синтез (substractive synthesis). Данный метод обратен предыдущему. В качестве исходного берется тембрально богатый, насыщенный гармониками звук, и потом, 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».
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…
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, правдя в виде эффекта, а как законченный инструмент появилась в Propellerhead Reason.
Ресинтезированный PCM (Resynthesized(RS)-PCM). Этот синтеза был введен фирмой Roland и основан на анализе сэмплированного звука и его последующего воссоздания аддитивным методом синтеза.
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.
Z-Plane synthesis. Данный метод синтезирования является уникальной разработкой и впервые был представлен в звуковом модуле 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.
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.
Немного истории… Синтезаторы речи
И теперь история… В 1779 году русский профессор Кристиан Краценштейн (в других источниках упоминается как Кристиан Готтлиб) создал акустическую модель, позволяющую создавать гласные звуки, используя различные геометрические формы резонаторов как это показано на рисунке.
При этом можно было использовать аддитивный синтез, как в обычных органах. В 1791 году Вольфганг вон Кампелен (Volfgang von Kempelen) предатвил миру акустическо-механическую говорящую машину, которая воспроизводила определенные звуки и их комбинации. 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. А в 1846 году Джезеф Фабер представил свой говорящий орган, в котором была реализована попытка синтезирования не только речи, но и пения. 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.
Страница издания «Science News Letter» со статьей «Создана машина, которая говорит человеческим голосом». 14 января 1939 года.
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 изменилась. При этом как вы можете заметить эти системы развивались практически параллельно с аналоговыми синтезаторами.
Современные вокодеры
Основные типы вокодеров
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.
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.
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 следующей части этого материала мы рассмотрим лучшие современные программы вокодеров и синтезаторов речи. Продолжение следует…