Vocoder

Un vocoder (nom derivat de voice coder, «codificador de veu») és un analisador i sintetisador de veu. Va ser desenrollat en la década de 1930 com un codificador de veu per a telecomunicacions. El seu primer us va ser la seguritat en radiocomunicació, a on la veu té que ser digitalisada, sifrada i transmesa per un canal d'ample de banda estret.

El vocoder s'ha usat també com instrument musical. Com a instrument, és usat en guitarres i sintetisadors i produïx un sò de «guitarra parlante» o «teclat parlante», segons l'instrument. Els vocoders són usats en freqüència per a crear el sò d'un robot parlant, com en la cançó Mr. Roboto de Styx. També ha segut utilisat en freqüència en música electrònica i hip hop, per eixemple, Beastie Boys varen rescatar este efecte a finals dels noranta en el seu popular Intergalactic.

Anteriorment va anar àmpliament amprat pel grup alemà Kraftwerk durant els anys 70s per lo que són considerats els pares de la música electrònica experimental i totes les seues variants, sent algunes de les seues més conegudes interpretacions Die Roboter i Autobahn.

El vocoder està relacionat en l'algoritme denominat phase vocoder, encara que essencialment és diferent d'est.

Cóm funciona un vocoder

Teoria del vocoder

La veu humana consistix en sons generats per l'obertura i tancament de la glotis (cordes vocals), lo que produïx una ona periòdica en molts sons harmònics. Este sò bàsic és llavors filtrat pel nas i la gola (un complicat sistema resonante conegut com el tracto vocal) de forma controlada, creant l'àmplia varietat de timbres del parla. Hi ha un atre conjunt de sons, coneguts com sorts, que no són generats per la vibració de les cordes vocals.

El vocoder examina el parla trobant la seua ona bàsica, que és la freqüència fonamental, i medint cóm canvien en el temps les característiques espectrals, és dir els formantes, que són bandes de freqüència a on es concentra la major part de l'energia sonora d'un sò, gravant el parla. Açò dona com resultat una série de números representant eixes freqüències modificades en un temps particular a mida que l'usuari parla. En fer açò, el vocoder reduïx en gran medida la cantitat d'informació necessària per a almagasenar el parla. Per a recrear el parla, el vocoder simplement revertix el procés, creant la freqüència fonamental en un oscilador electrònic i passant el seu resultat per una série de filtres basat en la seqüència original de símbols.

Primers vocoders

Molts vocoders usen un gran número de canals, cada u en una freqüència. Els diversos valors d'eixos filtres no són almagasenats com a números, que estan basats en la freqüència original, sino per una série de modificacions que el fonamental necessita per a ser modificat en la senyal vista en el filtre. Durant la reproducció eixos números són enviats de regrés als filtres i llavors es modifiquen en el coneiximent de que el parla varia típicament entre eixes freqüències. El resultat és parla inteligible, encara que alguna cosa mecànica. Els vocoders a sovint inclouen també un sistema per a generar sons sorts, usant un segon sistema consistent en un generador de soroll en lloc de la freqüència fonamental.

Un eixemple d'un dels primers vocoders és el Sonovox que va ser usat en una bona cantitat de cançons des de la década de 1940 a la década de 1960, i es va usar per a crear la veu de Casey Junior, el tren de Dumbo i el piano de El Piano Màgic de Sparky.

Vocoders basats en predicció llineal

Des de finals de la década de 1970, molts vocoders no musicals s'han amprat usant predicció llineal, a on l'envolvente espectral de la senyal s'estima per un filtre digital IIR tot pols. En codificació llineal predictiva, el sistema tot-pols reemplaça el banc de filtres passe-banda del seu predecessor i s'usa en el encoder para blanquejar la senyal (aplanar el seu espectre) i de nou en el decodificador per a reasignar la envolvente espectral de la senyal de veu original. En contrast en els vocoders realisats usant bancs de filtres, la localisació dels picos espectrals està determinada totalment per la senyal objectiu i no necessita ser harmònica, és dir, un múltiple de la freqüència fonamental.

Implementacions modernes del vocoder

Inclús en la necessitat de gravar moltes freqüències i els sons sorts, la compressió del vocoder és impressionant. Els sistemes estàndar de gravació de parla registren un ranc de freqüències entre 500 Hz i 3400 Hz (ample de banda habitual en telefonia), requerixen 64 kbits/s d'ample de banda, segons el Teorema de mostreig de Nyquist-Shannon. No obstant, un vocoder pot proporcionar una simulació raonablement bona en menys de 2400 bits/s d'ample de banda.

Molts vocoders s'usen en els sistemes de sifrat de la NSA:

LPC-10, FIPS Pub 137, 2400 bit/s, que usa codificació llineal predictiva.
Code Excited Linear Prediction, (CELP), 2400 and 4800 bit/s, Federal Standard 1016, usat en STU-III.
Continuously Variable Slope Delta-modulation (CVSD), 16 kbit/s, usat en cifradores de banda ampla com el KY-57.
Mixed Excitation Linear Prediction (MELP), MIL STD 3005, 2400 bit/s, usat en la Future Narrowband Digital Terminal FNBDT.
Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM), anterior ITU-T G.721, 32Kbit/s usat en el teléfon segur STE.

ADPCM no és un vocoder pròpiament dit sino un codificador general de formes d'ona. ITU ha reunit G.721 en alguns atres codificadores ADPCM en la recomanació G.726.

Aplicacions musicals

Per a les aplicacions musicals, una font de sons musicals s'usa com a portadora, en lloc d'extraure la freqüència fonamental. Per eixemple, es pot usar el sò d'una guitarra com l'entrada del banc de filtres, una tècnica popular en la década de 1970.

En 1970, els pioners de la música electrònica Wendy Carlos i Robert Moog varen desenrollar un dels primers vocoders verdaderament musicals. Un dispositiu de dèu bandes inspirat pels dissenys de vocoder de Homer Dudley, que va rebre el nom de codificador-decodificador d'espectre, i més vesprada nominat simplement com vocoder. La senyal portadora és un sintetisador modular de Moog, i es modulava a partir de l'entrada d'un micròfon. L'eixida del vocoder de dèu bandes era prou inteligible, pero necessitava d'un parla especialment articulada. Algunes millores posteriors usen un filtre de freqüències de pas alt per a permetre la producció d'un sò sibilant; açò no és convenient per a l'aplicació original de codificació del parla, pero fa que el «sintetisador parlante» siga molt més inteligible.

El vocoder de Carlos i Moog va ser usat en moltes gravacions, incloent la banda sonora de la película La taronja mecànica, dirigida per Stanley Kubrick, a on el vocoder «canta» la part vocal de la Novena Simfonia de Ludwig van Beethoven. També apareix en una cançó anomenada Timesteps.

A finals de la década de 1970, el vocoder va escomençar a usar-se en música pop, especialment en la cridada música disc. El grup Alan Parsons Project va usar un vocoder en el seu primer àlbum Tals of Mistery and Imagination, de la mateixa manera que l'Electric Light Orchestra en alguns dels seus principals èxits (Mr. Blue Sky). El vocoder ha aparegut en gravacions pop regularment des de llavors. Artistes electrònics experimentals (molts d'ells varen formar part més vesprada del gènero New Age) també varen utilisar ocasionalment el vocoder. Atres artistes que han fet del vocoder una part essencial dels seus treballs són el grup alemà Kraftwerk, Herbie Hancock, Stevie Wonder en I just called to say I love you i Phil Collins, qui va usar l'efecte per a accentuar certes paraules per a donar un efecte dramàtic en la seua cançó In the Air Tonight.

Recentment va ser utilisat per la cantant nortamericana Britney Spears en La seua Cançó It Should Be Easy, pertanyent al seu octau àlbum d'estudi "Britney Jean".

Tampoc devem oblidar la seua utilisació per músics de jazz, molt especialment Joe Zawinul tant en Weather Report com en Zawinul Syndicate.

També va ser utilisat per Mike Shinoda de la banda de Nu Metal Linkin Park en la majoria de les seues cançons de l'àlbum "A Thousand Suns".

Un atre us singular dels vocoder va ser el que li va donar la banda de roc britànica Queen a la cançó Ràdio Ga Ga en a on era utilisat, com enfatizador en els cors i alguns apanys en els versos. Este fet era més notori en els concerts.

Daft Punk és un clar eixemple, ya que la majoria de música que ells produïxen és en vocoder, no en Auto-Tune.

Este us del vocoder no deu ser confòs en l'efecte de guitarra inventat per Doug Forbes i popularisat per Peter Frampton cridat talkbox. En este efecte, el sò amplificat és enviat per un tubo a la boca del músic i llavors pren forma per mig dels moviments dels seus llavis, llengua i boca abans de ser arreplegat per un micròfon. Stevie Wonder va usar el talkbox ingeniosamente, no en l'amplificament de la guitarra elèctrica, sino en el sintetisador, lo que va anar encara més popularisat per Roger Troutman de la banda de funk Zapp en temes com More Bounce To The Ounce. La cançó Livin' on a Prayer de Bon Jovi és una gravació més recent en este efecte. En contrast, l'efecte del vocoder es produïx de forma completament electrònica. Tampoc està basat en esta tècnica l'efecte del Orgue que parla desenrollat en els anys 50 sobre els Òrguens Hammond.

La codificació per predicció llineal s'usa també com a efecte musical (generalment per a síntesis creuada de timbres musicals), pero no és tan popular com els bancs de filtres del vocoder, i l'us musical de la paraula vocoder es referix exclusivament a este últim tipo de dispositiu.

Vore també

Este artícul conté una traducció derivada de «Vocoder» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.