Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 271. Beszélve zenélő

Az emberi kommunikáció alapja a beszéd. Amikor gondolkodunk, legtöbbször akkor is beszélünk, csak megtanultunk úgy beszélni, hogy azt mások nem hallják. Vannak azonban olyan betegségek, amikor ha akarna, sem tudna az illető beszélni vagy azért, mert a beszédképző szervei mentek tönkre, vagy azért, mert az agya beszédirányító része sérült meg.

Az utóbbi években már van némi eredménye azoknak a próbálkozásoknak, amelyek lényege, hogy az agyba beültetett elektródákkal (ilyet látsz a címképen) az agy által termelt elektromos hullámokat olyan számítógépbe vezetik, amelynek programja utánozza az ember idegrendszeri hálózatának egy részét. Az agy-számítógép kapcsolatot BCI-nak (brain-computer interface) hívják. A számítógép beszédszintetizátort, vokódert vezérel. A vokóder kimenetére hangerősítő rendszer csatlakozik, és az ember agyában kitalált szó hallhatóvá válik.

A vokóder az egyik leggyakrabban használt célszintetizátor, például minden mobiltelefon része. A távközlési technikában olyankor alkalmazzák, amikor kis sávszélességgel akarnak érthető beszédet átvinni, illetve, amikor kódolni akarják a beszédet, hogy az ellenség ne értse meg. Lassanként 100 éve, hogy a Bell laboratóriumban föltalálta Homer Dudley.

bvz02

Kezdetben az analizáló részét nem is használták, csak billentyűket nyomogatva állítottak elő beszédhangokat.

bvz03

Hátrálhatnánk még a történelemben, még büszkék is lehetünk mi, magyarok, az egyik első beszélő gépre, Kempelen Farkas alkotására.

bvz04

Az 1790 körül feltalált szerkezet a formáns szintézis elvén alapulva működött, csakúgy, mint a mai vokóderek. Azt azért gyanítom, hogy a formáns szintézis kifejezést Kempelen nem emlegette. Te viszont tudod, miről van szó, hiszen emlékszel a sorozat 252. részére.

Az elektronikus vokódert a második világháborúban az USA hadserege használta, és pl. Roosevelt vokóderes, tömörített, titkosított telefonon beszélgetett Churchillel. Az 55 tonnás monstrum fedőneve Sigsaly volt.

bvz05

Ugyanakkor a vokóder sem csodaszer. A következő képen látható szörnyeteget a vietnami háborúban használták az agresszorok, aztán az USA jól felszerelt hadserege elbukott a sokkal gyengébben eleresztett vietnami hazafiakkal szemben.

bvz06

A vokóder a 20. század utolsó harmadában megtalálta az utat a békés célú felhasználáshoz. A Mechanikus narancs című filmben Beethoven IX. szimfóniájának 4. tétele csendül föl Wendy Carlos feldolgozásában, aki egy Deutsche Gramophon felvételből indult ki.

bvz07

A film elég nagy balhét váltott ki az Egyesült Királyságban, viszont nemcsak a filmművészet egyik jelentős alkotásaként írta be magát a történelembe. A felvételhez használt vokódert a Moog cég gyártotta, így jól illeszkedett a moduláris szintetizátor (lásd a sorozat 220. részét) többi egységéhez.

bvz08

A vokóder ugyanakkor már korábban is jelen volt a kortárs elektronikus szomorúzenei stúdiókban, például a kölni Westdeutscher Rundfunknál 1951-ben; és készített vokódert a Siemens is az ötvenes évek második felében.

bvz09

A vokóder rockzenei történetének minden bizonnyal legismertebb része a Kraftwerk munkássága. Kézenfekvő lenne ideraknom az Autobahnt, a Trans-Europe Express-t vagy a We Are The Robots-ot. Helyettük egy tisztelgő klip következzen

Ugyanez, remix változatban:

A képen meg a Kraftwerk számára készített első vokódert láthatod.

bvz10

Sok cukiság van még a vokóder történelmében, bőven lenne mit mazsolázni, de 2010-ben megjelent egy roppant szórakoztató, némi botrányt is kiváltó könyv, a „How to Wreck a Nice Beach. The Vocoder From II World War to Hip-Hop” (szó szerinti fordításban: Hogyan romboljunk le egy szép strandot? A vokóder a II. világháborútól a hip-hopig) című, amely tehermentesít engem némiképp.

bvz11

"Amióta az első unatkozó gyerek bedobta a hangját egy elektromos ventilátorba, felfújta a születésnapi lufit vagy megköszönt az anyjának egy markáns böfögést – írja a szerző, Dave Tompkins – ,"a hangmutáció végtelen rúgási lehetőséget adott."

bvz12

A könyv a kritikusai szerint egyfajta „szöveges vokóder”, vagy ahogy én sejtem, mert a neten csak részletek olvashatók belőle, az amerikai un. beat-irodalom (Száll a kakukk fészkére, Úton, Kandírozott mandarinzselészínű áramvonal, stb.) stílusbeli utóda. Kétségtelenül megszenvedtem a gugli fordítóval, amíg megpróbáltam legalább a magam számára értelmessé tenni a fordításait, valahogy így: „A polifónia a mérgező magaslatba szárnyalva, a szeméből kihámozott, megégett angyalok utóképe.” Na jó. Inkább zenéljünk! A Farad nevű, egyetlen példányban készült vokóder szól a kép alatt. Ezt a vokódert Homer Dudley eredeti tervei alapján építette Bruce Haack.

bvz14

Kikapcsolódásként jöjjön még egy nóta! Annál is inkább, mert az előadó az egyik fontos szereplője Tompkins könyvének.

bvz15

Ismétlem, csak részleteket olvastam könyvből, mégis szinte biztos vagyok benne, hogy a vokóder világtörténelmének (egyáltalán nem) fontos eseménye kimaradt belőle: az, hogy ki készítette az első vokóderes felvételt a Magyar Rádió számára. Ha annak idején nem tájékozódtál ezen (lényegtelen) esemény leírásából, az alábbi linken levő dokumentum második részéből pótolhatod az égető hiányt, nehogy már hülyén halj meg! Tehát ettől a résztől:

bvz16

http://www.hifimagazin.hu/HFMCD/HFM/CIKKEK/HFM0906.HTM

A vokóder nem csupán rémisztő vadállat lehet, hanem szórakoztató játék is.

Nemcsak szólóénekre alkalmazzák, hanem éppen a szólóból, azzal szépen harmonizáló, vastag háttérvokált is lehet készíteni vele.

bvz17

Legyen hát szó egy kicsit részletesebben a vokóder működéséről!

bvz18

A vokóder első része a hangelemző. Ha szintetizálási módként elemezzük, akkor ez a rész szubraktív szintézissel működik. A bemenetére kerülő jelnek nem kell feltétlenül emberi hangnak lennie, a dobszerkó pl. nagyon szereti a vokódert. Az erre a bemenetre érkező jel hangfrekvenciás tartományát több sávra osztjuk. A sávközépi frekvenciák nagyjából az emberi hang formánsainál vannak. Ahogy a hangerő változik, az egyes sávszűrők kimenetein úgy változik a feszültség, vagyis a kimenő jel burkolóinak amplitúdója. Ezt a változást a burkoló követő figyeli, és a változásnak megfelelően vezérli a feszültségvezérelt analóg erősítők, a VCA-k erősítéseit. Ez a jel tehát nem a VCA hangbemenetére megy, hanem a vezérlő bemenetére.

A vokóder második része additív szintetizáló. Az ehhez szükséges oszcillátor rezgését ugyanolyan sávszűrőkre vezetjük, mint amilyenekre a bemenő jelet. Ezzel cseréljük ki az eredeti hangszínt úgy, hogy ezek a sávszűrők is ugyanarra a VCA-ra csatlakoznak, mint a bemenő jelek, de immár a VCA hangbemenetére. Újraszintetizáljuk hát a jelet. Az összegző összeadja az egyes tartományokat, vagyis végül az eredeti jel – általában beszéd – amplitúdiójával, annak változásait követve, de új hangszínű és hangmagasságú jel jön ki a kimeneten. Másképp fogalmazva, az oszcillátor rezgése a vivő, ezt modulálják a megszűrt beszédjelek. Az oszcillátor jelformája bármi lehet, de a jellegzetes robothanghoz fűrészjel a legjobb, mert ennek széles spektruma van. (A képen a következő nóta zeneszerzője és hangmérnöke látható.)

bvz19

Bonyolultabb felépítésű az alábbi ábra tömbvázlata szerint működő vokóder.

bvz20

A burkoló követő áramkör után saját VCA van. Minden VCA nemcsak a burkoló követő jelével, hanem kívülről is, külső feszültséggel vezérelhető. Ezzel az eredeti hang amplitúdó változása sávonként módosítható, ami lényegesen növelheti a végső hang érthetőségét. Ugyancsak kívülről lehet piszkálni a kimeneti sávszűrőket, akár úgy is, hogy sávszűrőnként változik a kimenő jelszint attól függően, hogy mely hangokat adjuk ki a billentyűzeten.

A műszaki rizsa után ismét zenéljünk!

bvz21

A vokóder hangminőségét, a beszéd érthetőségét nagymértékben befolyásolja a sávszűrők száma és a szűrők minősége. Az olcsóbb analóg vokóderekben 10-15 szűrő volt, az egészen különlegesekben legfeljebb 30, de még az olcsók is nagyon sokba kerültek. A digitális vasakban és a szoftver vokóderekben szinte bármennyi szűrő lehet, legfeljebb a processzor terhelhetősége szab határt. A vokóderek kényes tulajdonsága a mássalhangzók képzése, ezeknek egy része ugyanis nem zöngés, és széles a spektrumuk. A modern vokóderekben külön áramkörök figyelik, hogy a bemeneti rész egyes sávszűrőinek kimenetén egyáltalán elér-e bizonyos feszültség értékeket a jel. Ha ugyanis nem, akkor valószínűleg mássalhangzó érkezett, és ilyenkor a kimenő jelhez zajt ad egy újabb áramkör. Ez nem fehérzaj, hanem attól függ a spektruma, hogy mely sávszűrők „némák”. Vezérlés szempontjából a mai vokóderek szinte kivétel nélkül baráti viszonyt ápolnak a midivel.

A vokódereken rengeteg szabályozó szerv van, ezért aztán könnyedén lehet úgy tekergetni őket, hogy sikítófrászt kapj, amikor meghallgatod az eredményt. Ajánlatos a bemeneti jelet erősen kompresszálni; egyes vokóderekben van is bemeneti kompresszor. Zajzárazni is ajánlatos, hogy mindenféle fölösleges összetevők ne tapossanak a vokóder lelkébe. A vivő hangmagassága meghatározza a kimeneti jel alapmagasságát. Az optimális beszédérthetőség érdekében ezért olyan frekvenciát kell választani, amely megfelel az emberi hang alaptónusának (férfiaknál 120 Hz - 160 Hz, nőknél pedig 220 Hz - 330 Hz). Ezzel szemben azok a hangmagasságok, amelyek messze vannak a hang tényleges vezérhangjától, kellemetlen, disszonáns hangzást hoznak létre, hacsak nem ez a cél. Lehet azzal is csalni, hogy a vokóder kimenő jeléhez hozzákeversz egy kicsit a bemenő jelből. A géphang-érzés romlani, az érthetőség javulni fog.

A fentiektől eltérő módon teszik a dolgukat a fázisvokóderek.

A fázisvokóder digitális eljárás; egyike a számos jelfeldolgozó algoritmusnak, amelyek elemzés-szintézis technikáknak minősíthetők. Matematikailag ezek a technikák kifinomult algoritmusok, amelyek bemeneti jelet elemezve olyan kimeneti jelet állítanak elő, amelyik vagy megegyezik a bemeneti jellel, vagy annak módosított változata. A fázis vokóderben a jelet szinuszhullámok összegeként modellezik, és az elemzéssel meghatározandó paraméterek az egyes szinuszhullámok időben változó amplitúdói és frekvenciái. Mivel ezeknek a szinuszhullámoknak nem szükséges harmonikus kapcsolatban lenniük, ez a modell sokféle kimenő jel előállítására alkalmas; sokkal többfélére, mint az analóg vokóder. Ennek az is az oka, hogy a fázisvokóderben a szétbontott jelek amplitúdó és frekvencia jellemzőit külön-külön lehet módosítani. A rockzenében ritkán használnak fázisvokódert, ez inkább a sorstárs szomorúzene komponisták hóbortja.

bvz22

A fázisvokóder működésének megértéséhez alapos fizika- és matektudás kéne. Az alábbi linken egy viszonylag emberi módon fogalmazott magyarázatot olvashatsz. Ne kenődj el, ha mégsem kristálytiszta egyből.

http://www.panix.com/~jens/pvoc-dolson.par