1928 год. Хомер Дадли – Изобретение вокодера

Важнейшей вехой в истории синтеза речи стало изобретение в 1928 году ученым-физиком Хомером Дадли (Homer W. Dudley) из компании Bell Laboratories устройства под названием вокодер (Vocoder). Предназначением вокодера являлось повышение пропускной способности каналов передачи речевой информации — линий телефонной связи. То есть изначально прибор изготавливали для нужд связи , но потом изобретение успешно перекочевало в музыку , и стало популярным , особенно для обработки вокала. Название произошло от слов  voice — голос, и  coder — кодировщик. Прибор представлял собой управляемый с помощью клавиатуры электронный анализатор и синтезатор речи. Идея Дадли заключалась в том, чтобы проанализировать голосовой сигнал, разобрать его на части и пересинтезировать в менее требовательный к пропускной способности линии. Вокодер Хомера Дадли был полосовой, то есть при анализе исходный сигнал разбивался по спектру на несколько частотных полос, в каждой из которых отслеживалось изменение амплитуды. Таким образом, по линии связи передается не широкий по спектру сигнал не кодированной речи, а лишь данные изменения амплитуды в полосах частот анализатора. Синтезатору оставалось лишь повторить изменения амплитуды в тех же полосах частот — и на выходе прибора воссоздавалась исходная речь. Использование вокодера позволяло уменьшить необходимую ширину полосы пропускания частот, занимаемую каналом связи, до 250-350 Гц (по сравнению с тремя килогерцами без него), позволяя увеличить пропускную способность телефонной линии на целый порядок. Причем коэффициент разборчивость речи уменьшался на какие-то единицы процентов (83-85% с использованием вокодера против 90-91% обычной линии).
Конечно, полосовой вокодер еще не верх совершенства, но прогресс не стоит на месте, и со временем появились вокодеры, анализирующие и воссоздающие исходный сигнал другими способами — формантные вокодеры, гармонические вокодеры, гомоморфные вокодеры, вокодеры с линейным предсказанием сигнала и т. д.
Первые синтезаторы речи звучали довольно неестественно, и часто едва можно было разобрать производимые ими фразы. Однако качество синтезированной речи постоянно улучшалось, и речь, генерируемую современными системами синтеза речи, порой не отличить от реальной человеческой речи.
Самый первый вокодер Хомера Дадли уже позволял полностью воссоздавать речь с качеством, не сильно отличающимся в худшую сторону от передачи той же речи по телефону. Вокодер представлял собой новую и очень перспективную технологию голосового синтеза, которая с самого своего возникновения показала отличный результат. Говоря фигурально, искусственный собеседник получил вполне качественный (по меркам своего времени) речевой аппарат, и можно было переходить к более высокоуровневым задачам — учить его говорить самостоятельно.
В 1939 году на Всемирной Выставке в Нью-Йорке и Сан-Франциско компания Bell Laboratories (американская корпорация, крупный исследовательский центр в области телекоммуникаций, электронных и компьютерных систем) представила на суд общественности созданный Хомером Дадли в 1936 году полнофункциональный голосовой синтезатор под названием VODER — сокращение от Voice Operating Demonstrator.
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”.

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.
Конструктивно VODER имел переключатель типа исходного сигнала (тональный или шумовой) и педаль управления основной частотой. Исходный сигнал пропускался через десять полосовых фильтров, уровни выхода которых управлялись пальцами при помощи клавиш. Три дополнительные клавиши отвечали за имитацию взрывных согласных. Окончательный сигнал поступал на усилитель мощности и выводился через динамик . Требовался недюжинный навык со стороны оператора, чтобы “сыграть” на синтезаторе слово или фразу. Нельзя сказать, что VODER обеспечивал прямо-таки идеальное качество синтезируемой речи, но возможности новой технологии демонстрировались им отлично, а главное, он подвиг многих ученых на дальнейшие изыскания в области речевого синтеза. Надо сказать, что и многие современные речевые синтезаторы имеют архитектуру, сходную с VODER.

Однако, как и с большинством электронных устройств начала двадцатого века, способных так или иначе обрабатывать или издавать звук, вокодер покинул стены лаборатории и попал в электроакустические студии. 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, более поздние – в произведениях Pink Floyd, ELO, Laurie Anderson, и других.

Презентация изобретения :

На дальнейшем развитии вокодера мы не будем акцентировать внимание, потому что данные статьи  только про первопроходцев и пионеров электронного звука. Но стоит перечислить вехи развития.

В конце 40-х В стенах частного научно-исследовательского института Haskins Laboratories группой ученых под руководством Франклина Купера (Franklin S. Cooper) был разработан Pattern Playback (буквально — “воспроизведение образца”). В 1950 году было завершено создание самого синтезатора, который служил главным образом для исследований распознавания и восприятия речи и представлял собой как бы звуковой спектрограф навыворот.  Звучал синтезатор Pattern Playback очень разборчиво, хотя речь больше напоминала голос робота, нежели человека.
Практически одновременно в 1953 году появились два первых динамически управляемых формантных синтезатора — PAT Вальтера Лоуренса (Walter Lawrence) и OVE Гуннара Фанта (Gunnar Fant). PAT (Parametric Artificial Talker) конструктивно состоял из трех электронных формантных резонаторов, включенных параллельно. Входной сигнал мог быть либо шумовым, либо тональным (гудение зуммера). При помощи специальных шаблонов осуществлялось управление параметрами резонаторов, основной голосовой частоты, уровнями тонального и шумового сигналов. OVE (Orator Verbis Electris) использовал другую архитектуру и был предназначен для синтеза

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.

EMS, производители легендарного VCS3 и синтзатора 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. 3000 и 2000 до сих пор можно купить новыми у EMS, 3000 за 4000 $, a 2000 за 1500 $.

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 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.

ROLAND VP330 Vocoder Plus. Многие музыканты убеждены, что вокодер от японской фирмы Roland – это лучший из всех вокодеров мира. Выпускался он в 1979-ом году в двух вариантах – как клавишный инструмент и как рэковый модуль. Вокодер обладает собственным синтезатором, который представлен тремя звуковыми секциями – хор, стрингс и имитация человеческого голоса. Эти секции могут быть редактированны, а также есть возможность добавления эффекта “вибрато”. Рэковый вариант вокодера имеет встроенный эквалайзер. Инструмент использовали Tangerine Dream, Kitaro и все тот-же Vangelis. В наше время этим вокодером может похвастаться французская группа Air.

SENNHEISER VSM201. Это устройство, более чем за 8000 $ – абсолютно профессиональный инструмент, и вряд ли предназначен для домашнего использования. То, что вы не сможете сделать на VSM201, возможно, и не стоит делать.

Synton Syntovox 221.Был разработан для использования на сцене, и имел цену ниже 500 $, непривлекательную переднюю панель, зато был очень прост в использовании. 221 – рабочая лошадка за 3500 $ (с поностью управляемой матрицей фильтров).

KORG VOCODER VC-10 Очень классический вокодер, любимый такими грандами, как Tangerine Dream, Keith Emerson, Klaus Schulze, Rick Wakeman и японский “электронщик” Isao Tomita. Инструмент предоставляет как свой собственный синтезатор, так и возможность подключения любого другого инструмента в качестве “носителя” звука. Например, если музыкант пожелает заполучить гитару, поющую человеческие слова. Выпускался с 1978 по 1982 годы. Замечательная аналоговая классика.

Весьма достойные вокодеры выпускались и в Советском Союзе. Это клавишный вокодер “Электроника ЭМ-26 , он обладает собственным тон-генератором “стринг” и различными эффектами.

Марк Шишлёв