Vocoder

A vocoder (/ˈvoʊkoʊdər/, abreviatura de codificador de voz) es un sistema de análisis/síntesis, utilizado para reproducir la voz humana. En codificador, la entrada pasa a través de un filtro multibanda, cada banda se pasa a través de un seguidor de envolvente, y las señales de control de los seguidores de envolvente se comunican al decodificador. El decodificador aplica a estas señales de control (amplitud) a los filtros correspondientes en el sintetizador. Puesto que las señales de control cambio sólo lentamente en comparación con la forma de onda original de discurso, la ancho de banda necesaria transmitir el discurso puede ser reducido. Esto permite más canales de expresión compartir un circuito de radio o cable submarino. Cifrando las señales de control, transmisión de voz puede ser asegurada contra la intercepción.

El vocoder fue desarrollado originalmente como un codificador de voz para telecomunicaciones aplicaciones en la década de 1930, la idea es que Código discurso para la transmisión. Transmite los parámetros de un modelo de discurso en lugar de una representación digital de la onda de discurso ahorra ancho de banda en el canal de comunicación; los parámetros del cambio modelo relativamente lentamente, en comparación con los cambios en la forma de onda del discurso que describen. Su uso primario de esta manera es para comunicación segura, donde la voz tiene que ser encriptado y luego transmitida. La ventaja de este método de "cifrado" es que no hay "señal" manda, pero prefiero sobres de los filtros pasabanda. La unidad receptora debe configurarse en la misma configuración de canal para resynthesize una versión del espectro de la señal original. El vocoder como ambos hardware y software también se ha utilizado ampliamente como una instrumento musical electrónico.

Considerando que el vocoder analiza discurso, transforma en información transmitida electrónicamente y recrea el Voder (a partir de Voz demostrador operativo) genera voz sintetizada por medio de una consola con 15 teclas sensibles al tacto y un pedal. Básicamente consiste en la "segunda mitad" del vocoder, pero con controles de filtro manual y requiere un operador altamente capacitado.

Temprano vocoder de los años setenta, personalizado construido para banda de música electrónica Kraftwerk

Teoría

El voz humana se compone de sonidos generados por la apertura y cierre de la glotis por la cuerdas vocales, que produce una forma de onda periódica con muchos armónicos. Este sonido básico es entonces filtrado por la nariz y la garganta (un complicado resonante sistema de tuberías) para producir diferencias en (contenido armónicoformantes) de forma controlada, creando la gran variedad de sonidos utilizados en discurso. Hay otro conjunto de sonidos, conocido como el unvoiced y Plosive sonidos, que son creados o modificados por la boca en diferentes maneras.

El vocoder analiza discurso midiendo cómo sus características espectrales cambian con el tiempo. Esto resulta en una serie de señales que representan estas frecuencias modificadas en cualquier momento determinado como el usuario habla. En términos simples, la señal se divide en un número de bandas de frecuencia (el más grande este número, más precisa el análisis) y el nivel de señal presente en cada banda de frecuencia da la representación instantánea del contenido espectral de la energía. Así, el vocoder reduce dramáticamente la cantidad de información necesaria para almacenar el discurso, de una grabación completa para una serie de números. Para recrear el discurso, el vocoder simplemente invierte el proceso, procesar una fuente de ruido de banda ancha por paso a través de una etapa que filtra el contenido de frecuencia basada en la serie de números originalmente grabada. Información sobre la frecuencia instantánea (no confundir con característica espectral) de la señal de voz original se desecha; No era importante preservar esto a los efectos del uso original del vocoder como una ayuda de cifrado, y es esta cualidad "deshumanizante" del proceso de codificación que ha hecho útil para crear efectos especiales voz en música popular y de entretenimiento de audio.

Puesto que el proceso de vocoder envía sólo los parámetros del modelo de vocal sobre el enlace de comunicación, en vez de un punto por punto la recreación de la forma de onda, permite una reducción significativa en el ancho de banda necesario para transmitir el discurso.

Canal vocoder esquemático

Vocoder analógico típicamente analiza una señal entrante por dividir la señal en un número de bandas de frecuencia sintonizada o gamas. Un modulador y portador de la señal se envían a través de una serie de estas sintonizado filtros pasabanda. En el ejemplo de una voz de robot típico el modulador es un micrófono y el portador es ruido o un forma de onda de diente de Sierra. Generalmente hay entre 8 y 20 bandas.

La amplitud del modulador para cada una de las bandas de análisis individual genera un voltaje que se utiliza para controlar los amplificadores para cada una de las bandas transportadoras correspondiente. El resultado es que los componentes de frecuencia de la señal moduladora se asignan en la señal portadora como cambios discretos amplitud en cada una de las bandas de frecuencia.

A menudo hay una banda unvoiced o sibilancia canal. Esto es para las frecuencias fuera de las bandas de análisis para el típico discurso pero aún importante en discurso. Los ejemplos son palabras que comienzan con las letras s, f, ch o cualquier otro sonido sibilante. Estos pueden combinarse con la salida del portador para aumentar la claridad. El resultado es discurso reconocible, aunque algo "mecánico" que suena. Los vocoders también suelen incluyen un segundo sistema para generar sonidos unvoiced, usando un generador de ruido en vez de la frecuencia fundamental.

Historia

Sistema de cifrado del discurso SIGSALY (1943-1946)

HY-2 Vocoder (diseñado en 1961), fue la última generación de vocoder de canal en el US.

Se realizaron los primeros experimentos con un vocoder en 1928 por Bell Labs Ingeniero Homer Dudley, que obtuvo una patente para el 21 de marzo de 1939. El Voder (Voz demostrador operativo), fue introducido al público en el edificio de AT & T en el 1939 – 1940 Nueva York Feria Mundial. El Voder consistió en una serie de manualmente controladas osciladores, filtros y una fuente de ruido. Los filtros eran controlados por un juego de llaves y un pedal de pie para convertir los silbidos y los tonos en las inflexiones, las vocales y consonantes. Esto fue una máquina compleja de manejar, pero con un operador experto podría producir discurso reconocible.

Vocoder de Dudley fue utilizado en la SIGSALY sistema, el cual fue construido por Bell Labs Ingenieros en 1943. SIGSALY fue utilizado para comunicaciones de voz alto nivel cifrada durante SEGUNDA guerra mundial. Más tarde trabajo en este campo se ha realizado por James Flanagan.

Aplicaciones

• Equipos terminales para Radio móvil digital (DMR) sistemas basados en.
• Trunking digital
• DMR TDMA
• Codificación de voz digital y cifrado
• WLL digital
• Voz sistemas de almacenamiento y reproducción
• Sistemas de mensajería
• Sistemas de VoIP
• Buscapersonas de voz
• Repetidores regenerativos Digital de voz
• Implantes cocleares
• Musical y otros efectos artísticos

Implementaciones modernas

Artículos principales: Códec de voz y Codec de audio

Incluso con la necesidad de registrar varias frecuencias y sonidos unvoiced adicionales, la compresión de los sistemas de vocoder es impresionante. Estándar captura de sistemas de grabación de voz frecuencias de alrededor de 500 Hz a 3400 Hz, donde más de las frecuencias usadas en discurso mienten, normalmente utilizando una velocidad de muestreo de 8 kHz (ligeramente superior a la Tasa de Nyquist). La resolución de muestreo es típicamente por lo menos 12 o más bits por resolución de la muestra (16 es estándar), para un final de datos tarifa en la gama del 96 – 128 kbit/s, pero un buen vocoder puede proporcionar una razonablemente buena simulación de voz con tan sólo 2,4 kbit/s de datos.

Codificadores de voz 'Calidad de peaje', tales como ITU G.729, son utilizados en muchas redes de teléfono. G.729 en particular tiene una velocidad final de 8 kbit/s con calidad de voz excelente. G.723 logra ligeramente peor calidad a tarifas de datos de 5.3 kbit/s y 6,4 kbit/s. Muchos sistemas de vocoder voz utilizan menores tasas de datos, pero por debajo de 5 kbit/s calidad de voz empieza a caer rápidamente.

Se utilizan varios sistemas de vocoder en Sistemas de cifrado de la NSA:

• LPC-10, FIPS Pub 137, 2400 bit/s, que utiliza codificación predictiva lineal
• Predicción lineal excitada por código (CELP), 2400 y 4800 bits/s, 1016 estándar Federal, utilizado en STU-III
• Modulación delta pendiente continuamente variable (CVSD), 16 kbit/s, utilizado en cifradores de banda ancha tales como la KY-57.
• Predicción lineal mixto-excitación (MELP), MIL STD 3005, 2400 bit/s, usado en el Terminal Digital de banda estrecha de futuro FNBDT, NSAdel siglo XXI segura teléfono.
• Adaptativa diferencial Pulse Code Modulation (ADPCM), ex UIT-T G.721, 32 kbit/s utilizado en STE teléfono seguro

(ADPCM no es un vocoder apropiado sino más bien un códec de forma de onda. UIT ha reunido G.721 junto con algunos otros códecs ADPCM en G.726.)

Vocoder actualmente también se utiliza en el desarrollo de psicofísica, lingüística, neurociencia computacional y la investigación de implante coclear.

Los vocoders modernos que se utilizan en equipos de comunicación y dispositivos de almacenamiento de voz hoy se basan en los siguientes algoritmos:

• Predicción lineal excitada por código algebraico (ACELP 4.7 kbit/s – 24 kbit/s)
• Predicción lineal mixto-excitación (MELPe 2400, 1200 y 600 bit/s)
• Excitación multi-banda (AMBE 2000 bit/s – 9600 bits/s)
• Representación sinusoidal-pulsada (SPR 600 bit/s – 4800 bit/s)
• Robusto baja complejidad avanzada forma de onda de interpolación (2050 bit/s RALCWI, 2400 bit/s y 2750 bit/s)
• Tri-Wave emocionado predicción lineal (TWELP 600 bit/s – 9600 bits/s)
• Ruido sólido Vocoder (NRV 300 bit/s y 800 bits/s)

Base de predicción lineal

Artículo principal: Codificación predictiva lineal

Desde finales de los setenta, la mayoría no-musical vocoder se han implementado usando predicción lineal, por el que la señal es espectral envolvente (formantes) se calcula por un todos los polos IIR filtro. En codificación de predicción lineal, el filtro de todos los polos substituye el Banco de filtros pasabanda de su predecesor y se utiliza en el codificador de blanquear la señal (es decir, aplane el espectro) y otra vez en el decodificador para volver a aplicar la forma espectral de la señal discurso.

Una ventaja de este tipo de filtración es que la ubicación de los picos espectrales del predictor lineal está totalmente determinada por la señal de salida y puede ser tan precisa como permitido por el período de tiempo para ser filtradas. Esto es en contraste con los vocoders cuenta con bancos de filtros de ancho fijo, donde picos espectrales generalmente sólo pueden ser determinados para estar dentro del alcance de una banda de frecuencia determinada. LP filtrado también tiene desventajas en que las señales con un gran número de frecuencias constituyentes pueden exceder el número de frecuencias que pueden ser representadas por el filtro de predicción lineal. Esta restricción es la principal razón que LP codificación casi siempre se utiliza conjuntamente con otros métodos de codificadores de voz de alta compresión.

Forma de onda-geostadísticos

Vocoder de forma de onda-geostadísticos (WI) fue desarrollado en AT & T Laboratorios Bell alrededor de 1995 por W.B. Kleijn y posteriormente una versión de baja complejidad fue desarrollado por AT & T por el Departamento de defensa garantizar competencia vocoder. Mejoras notables en el codificador WI fueron hechas en el Universidad de California, Santa Barbara. AT & T posee las núcleo patentes relacionadas con WI y otros institutos tienen patentes adicionales. El uso de estas patentes como parte de la implementación de codificador WI requiere licencias de todos los titulares de derechos de propiedad intelectual.

Efectos artísticos

Vea también: Lista de vocoder

Usos de la música

Artículo principal: Sintetizador

Para musical aplicaciones, una fuente de los sonidos musicales se utiliza como el portador, en vez de extraer la frecuencia fundamental. Por ejemplo, uno podría utilizar el sonido de un sintetizador como la entrada al banco de filtro, una técnica que se popularizó en la década de 1970.

Werner Meyer-Eppler, un científico alemán con un interés especial en la síntesis de voz electrónica, publicó una tesis en 1948 en música electrónica y síntesis de voz desde el punto de vista síntesis de sonido, y fue instrumental en la Fundación en 1951 de un estudio de música electrónica en la WDR estación de radio en Colonia.

Sintetizador de Siemens (c.1959) en Siemens Estudio de música electrónica fue uno de los primeros usos de un vocoder para crear música

Fue uno de los primeros usos de un vocoder para crear música usando el "Siemens sintetizador" en el estudio de Siemens para la música electrónica, desarrollado entre 1956-1959.

En 1968, Robert Moog desarrolló uno de los primeros estado sólido vocoders musicales para el estudio de música electrónica de Universidad de búfalo.

En 1968, Bruce Haack construyó un vocoder prototipo, llamado "Faradio" después Michael Faraday, y lo primero apareció en "The Electronic Record For Children" aparecido en 1969 y luego en su álbum de rock El Lucifer eléctrico lanzado en 1970.

En 1970 Wendy Carlos y Robert Moog construido otro musical vocoder, un dispositivo de 10 bandas inspiradas en los diseños de vocoder de Homer Dudley. Fue originalmente llamado un codificador-decodificador de espectro y más tarde se refiere simplemente como un vocoder. La señal portadora viene un Moog sintetizador modulary el modulador de un micrófono entrada. La salida del vocoder 10 banda era bastante inteligible, pero dependía especialmente articulada discurso. Más tarde los vocoders mejorados Utilice un filtro de paso alto para algunos sibilancia a través del micrófono; esto arruina el dispositivo para su aplicación de codificación de voz original, pero hace el efecto "hablando sintetizador" mucho más inteligible.

Carlos y Moog vocoder apareció en varias grabaciones, entre ellas la banda sonora Para Stanley Kubrickes La naranja mecánica en el cual el vocoder cantó la parte vocal de Beethovende "Novena sinfonía". También aparece en la banda sonora fue una pieza llamada "Timesteps", que contó con el vocoder en dos secciones. "Timesteps" fue pensada originalmente como simplemente una introducción a los vocoders para el oyente"tímido", pero Kubrick decidió incluir la pieza en la banda sonora, para la sorpresa de Wendy Carlos.

En 1972, Isao Tomitala primera música electrónica álbum Samurai eléctrico: Encendido Rock fue un intento temprano de aplicación síntesis de voz técnica a través de un vocoder en rock electrónico y música pop. El álbum presentó copias electrónicas de contemporáneo roca y Pop canciones, utilizando voces sintetizadas en lugar de voces humanas. En 1974, utilizó las voces sintetizadas nuevamente en su popular música clásica álbum Los copos de nieve están bailando, que se convirtió en un éxito mundial y ayudó a popularizar la música electrónica.

Kraftwerkes Autobahn (1974) fue uno de los primeros álbumes exitosos a voz característica vocoder. Otra de las primeras canciones que cuentan con un vocoder fue"El cuervo"en el álbum de 1976 Tales of Mystery and Imagination por rock progresivo banda The Alan Parsons Project; el vocoder también fue utilizado en discos posteriores tales como Yo Robot. Siguiendo Alan Parsons' ejemplo, vocoder comenzaron a aparecer en música pop a finales de 1970, por ejemplo, en discoteca grabaciones. Jeff Lynne de Electric Light Orchestra utilizar el vocoder en varios álbumes tales como Tiempo (featuring el Roland VP-330 Plus MkI). Canciones ELO tales como"Sr. azul cielo"y"Mujer dulce hablando"ambos de Out of the Blue (1977) uso el vocoder extensivamente como lo hace"The Diary of Horace Wimp"from the album Descubrimiento (1979). destacados en el álbum son el EMS Vocoder 2000W MkI y el Vocoder de EMS (-sistema) 2000 (W B, MkI o II).

Giorgio Moroder hecho un uso intensivo del vocoder en el álbum de 1975 Einzelganger y en el álbum de 1977 From Here to Eternity.

Otro ejemplo es Pink Floydla canción"Perros", de su álbum Animales (1977), donde la banda puso el sonido de un perro que ladra a través del dispositivo.

El vocoder se ha utilizado al comienzo y al final de la Main Street Electrical Parade en Disneyland y Walt Disney World desde 1979.

Los vocoders a menudo se utilizan para crear el sonido de un robot hablando, como en el Styx canción"Mr. Roboto"(1983).

Los vocoders han aparecido en las grabaciones pop de tiempo a tiempo desde entonces, más a menudo simplemente como un efecto especial en lugar de un aspecto destacado de la obra. Sin embargo, muchos artistas electrónicas experimentales de la música new age género a menudo utilizan vocoder de manera más exhaustiva en trabajos específicos, tales como Jean Michel Jarre (en Zoolook1984) y Mike Oldfield (en QE21980 y Cinco millas1982). También hay algunos artistas que han hecho los vocoders una parte esencial de su música, general o durante una fase prolongada. Los ejemplos incluyen el alemán Synthpop Grupo Kraftwerk, Stevie Wonder ("Send One Your Love", "Una semilla de una estrella") y el teclista de jazz/fusión Herbie Hancock durante su último período de los años setenta. En 1982 Neil Young utiliza un Sennheiser Vocoder VSM201 en seis de los nueve temas en Trans. Tommy James utiliza un Vocoder en la producción de su grupo (the Shondells) 1968 número uno golpeado 'Crimson and Clover'. Quizás el ejemplo más escuchado, sin embargo, a menudo desconocido, del uso de un vocoder en música popular, está en Michael Jacksondel álbum de 1982 Novela de suspenseen la canción "P.Y.T. (Pretty Young Thing)". Durante los primeros segundos de la canción, los voicings de fondo "ooh-ooh, ooh, ooh", detrás de sus palabras habladas, ejemplifican el sonido de su voz a través de un Vocoder fuertemente modulado. El puente también cuenta con un vocoder así ("cosa bastante joven / me haces cantar"), cortesía de músico de sesión Michael Boddicker. Coldplay han utilizado un vocoder en algunas de sus canciones. Por ejemplo en"Major Minus"y"Me duele como el cielo", ambos del álbum Mylo Xyloto (2011), Chris Martinde voz es en su mayoría procesados vocoder. "Medianoche", de Historias de fantasmas (2014), también cuenta con Martin cantando a través de un vocoder; en "O", del mismo álbum, Martin se oyen repetir "Nunca te vayas" en un vocoder.

Banda Noisecore Atari Teenage Riot han utilizado Vocoder en la variedad de sus canciones y actuaciones en directo como Vivo en la Brixton Academy (2002) junto con otras tecnologías de audio digital tanto antiguos como nuevos.

Entre los usos más consistentes de vocoder en emular la voz humana Daft Punk, que han utilizado este instrumento de su primer álbum Tarea (1997) a sus últimas Memorias de acceso aleatorio (2013) y considerar la convergencia de la voz humana y tecnológica "la identidad de su proyecto musical". Por ejemplo, la letra de"Por todo el mundo"(1997) son integralmente vocoder-procesado"Suerte"(2013) cuenta con una mezcla de voces humanas naturales y procesadas, y"Crush instantánea"las características (2013) Julian Casablancas cantando en un vocoder.

Efectos de voz en otras artes

Vea también: Efectos de voz robótica, Cuadro de charla y Sintonización automática

"Voces de robot" se convirtió en un elemento recurrente en la música popular durante el siglo XX. Aparte de los vocoders, varios otros métodos de producir variaciones sobre este efecto incluyen: el Sonovox, Cuadro de charla, y Sintonización automática, vocoders predicción lineal, síntesis de voz, modulación del anillo y filtro de peine.

Los vocoders se utilizan en producción de la televisión, cine y los juegos, generalmente para los robots o equipos parlantes. Las voces de robot de la Cylon en Battlestar Galactica fueron creados con un EMS Vocoder 2000. El versión 1980 de la Doctor Who tema, arreglados y grabados por Peter Howell, tiene una sección de la melodía principal generada por un Roland SVC-350 Vocoder. Un vocoder también fue utilizado para crear la voz emblemática de Soundwave, un personaje de la Transformadores serie.

Véase también

• Homer Dudley
• Voder
• Fase vocoder
• Interfaz de discurso silencioso

para aplicaciones musicales

• Werner Meyer-Eppler
• Lista de vocoder
• Sintonización automática
• Modificación de calendario-tono de audio

Referencias

Referencias multimedias

Enlaces externos

• "Cómo los Vocoders trabajan" de PAIA
• Penn State– funcionamiento básico voder/vocoder con diagramas simples
• Descripción, fotografías y diagrama para el vocoder en 120years.net
• Tutorial de VOKATOR. Descripción de un Vocoder moderno.
• Implementación GPL de un vocoder, como un plugin LADSPA
• Artículo de o ' Reilly sobre Vocoders

Otras Páginas

• Vitamina O
• Embarazo mas de 50 anos
• Edad de jubilacion
• Certificado de necesidad medica
• Gordon Herbert Vasse
• Seguros de enfermedad terminal
• Monachozela neoleuca
• Banda ancha de origen
• Lago negro (Triglav lagos Valle)
• Barbarin
• John I de Aragon
• Plomo Lewis
• Rutherford Alcock
• Camino, Lynn County, Texas