Vocoder


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Emular e modular os sons da fala ou do canto é um recurso retrô muito atual, e entender o funcionamento do vocoder é fundamental para tirar o melhor dele


Vocoder é um dispositivo para análise e síntese da voz, cujo nome é derivado do termo voice encoder (codificação de voz). Foi desenvolvido como um codificador para aplicações em telecomunicações e seu primeiro uso visava à segurança em comunicações de rádio, em que a voz era codificada e transmitida.


Precursor

O Voder, desenvolvido em 1939 – um ano antes do Vocoder – por Homer Dudley, físico de pesquisas da Bell Laboratories, era operado por técnicos treinados que acionavam controles analógicos para a produção de sons sintetizados. Nesse equipamento, a voz humana não servia como entrada no sistema. O áudio era gerado eletronicamente e enviado a um alto-falante. O aparato era formado por dez acionadores, um para cada dedo do operador. As chamadas chaves espectrais regulavam o ganho do filtro de passabanda. Desse modo, era possível controlar o conteúdo espectral do sinal de voz. Um dispositivo era acionado com o pulso para selecionar entre sons do tipo “aaa” ou ruídos do tipo “ssss”. Por fim, um pedal controlava a freqüência do tipo “aaa”.

Voder: o precursor da Dell Laboratories

O Voder validou o modelo de Dudley para a geração da fala, mostrando que um aparelho eletromecânico com poucos parâmetros pode produzir discurso inteligível. Ao inventar o Vocoder, o físico substituiu o operador humano por um equipamento eletromecânico que analisava a voz e, consequentemente, era totalmente automático. A combinação entre análise e síntese em um produto deu origem à maioria das codificações da voz, incluindo o uso da telefonia celular digital.


Fundamentos

Para entender o Vocoder, é preciso entender aspectos da voz humana. Ela é formada por frequências produzidas pela vibração das cordas vocais. Estas originam formas de onda periódicas com uma grande quantidade de harmônicos. O resultado é filtrado pela garganta e o nariz, produzindo diferenças e criando os vários sons usados na fala.

A voz pode ser dividida em dois componentes básicos. O primeiro é produzido pelas cordas vocais e chama-se tipo de voz. É o que permite diferenciar uma de outra. O segundo é produzido pela boca e a língua e chama-se modulação. Neste, as frequências produzidas são dinamicamente amplificadas e atenuadas pela boca e a língua durante a fala ou o canto. Ao dizer um longo “oooo”, por exemplo, a boca é posicionada de uma maneira, enquanto que, para emitir um longo “aaaa”, de outra. Portanto, as cordas vocais produzem o mesmo som, mas a modulação, produzida pela forma assumida pela boca faz que o resultado seja diferente.

O Vocoder analisa a fala, encontrando a frequência fundamental e medindo como suas características espectrais (formant) se modificam com o passar do tempo.

Formant é o pico no espectro de frequências resultante de frequências ressonantes em um sistema acústico. É um termo geralmente utilizado em aplicações de fonética e acústica envolvendo frequência ressonantes no trato vocal e instrumentos musicais. A informação que o homem necessita para distinguir cada vogal pode ser representada, quantitativamente, pela frequência contida no som da vogal.

Formants são as características sonoras que possibilitam a identificação das vogais pelo ouvinte. A maior parte delas são produzidas pelo tubo e a caixa de ressonância. A de mais baixa frequência é chamada f1, a segunda f2, a terceira f3. Em geral, as duas primeiras são suficientes para diferenciar vogais, que, quase sempre, tem quatro ou mais formantes distintas, mas podem possuir até seis. As letras vogais possuem diferentes faixas de frequência.


Vogal

Faixa de frequência da formante

u

200 to 400 Hz

o

400 to 600 Hz

a

800 to 1200 Hz

e

400 até 600 e 2200 até 2600 Hz

i

200 até 400 e 3000 até 3500 Hz

Esse processo resulta em uma série de números que representam essas variações durante o processo de emissão. O equipamento reduz a quantidade de informação necessária para armazenar a voz, gerando uma série numérica. Ao recriá-la, realiza o processo inverso. Utiliza o oscilador para produzir a frequência fundamental, filtrando seu conteúdo harmônico de acordo com a série numérica originalmente registrada.


Utilização

Alguns dos primeiros Vocoders musicais foram desenvolvidos por Robert Moog e Wendy Carlos. No modelo de dez bandas, o sinal portador vindo do Moog (uma onda quadrada, por exemplo) é modulado pelo de entrada do microfone, produzindo a “voz eletrônica”. Para deixar esse som ainda mais inteligível, os equipamentos passaram a utilizar um filtro passa-alta, o que permite um entendimento melhor da pronúncia silábica das palavras faladas.

O Vocoder de Moog e Wendy Carlos foi usado em trilhas sonoras de filmes como The Clockwork Orange (A Laranja Mecânica), de Stanley Kubrick, em que foi o responsável pelas vozes para a parte coral da “Nona Sinfonia”, de Beethoven.

O Vocoder pode ser utilizado em conjunto com um controlador MIDI. Com a conexão feita, o Vocoder receberá as informações musicais geradas pela execução do músico. Um microfone deve ser conectado à entrada de áudio para captar a voz humana. O equipamento pode ser ajustado, então, para reproduzir apenas a harmonia, de acordo com a sequência de acordes tocada pelo músico.



Desse modo, mesmo que sejam cantadas notas diferentes das executadas, o que soa é a voz robotizada com a harmonia feita no teclado. Assim, para criar um efeito de “Vocoder cantando” em uma música, é necessário que o intérprete apenas observe o ritmo, pois os valores das notas serão fornecidos pelo controller. Enquanto o músico canta e toca, ele pode realizar alterações no filtro, modificando o timbre da voz sintetizada, tornando-a mais aguda ou grave.

É possível mudar a afinação e criar efeitos diferentes daqueles produzidos por sintetizadores convencionais como, por exemplo, adicionar mais ruído branco para salientar consoantes como o “s”, “t”, “x” e o “z”. Mas o Vocoder não precisa ser usado apenas para modificar a voz. Sons percutidos sintetizados por ele também produzem efeitos interessantes para a música eletrônica.



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