A-129 Vocoder-Subsystem

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Funktionsprinzip des Vocoders

Ein Vocoder prägt einem beliebigen Audio-Signal das Verhalten eines Sprachsignals auf (Vocoder = Voice Coder = Stimmverschlüssler). Er verfügt daher über zwei Audio-Eingänge: Instrument und Sprache.
Die Hauptsektionen eines jeden Vocoders sind eine Analyse-Einheit (A-129/1) und eine Synthese-Einheit (A-129/2). Das Sprach-Signal wird in der Analyse-Einheit (A-129/1) analysiert, indem es durch eine Reihe steilflankiger Bandfilter (engl. band pass filter) sowie durch je ein Tief- und Hochpassfilter (engl. low pass / high pass filter) geschickt wird. Jedem Filter ist ein Hüllkurven-Detektor (engl. envelope follower) nachgeschaltet, der proportional zum Pegel des an seinem Eingang anliegenden Audio-Signals eine Steuerspannung erzeugt, die am entsprechenden CV-Ausgang zur Verfügung steht und - ggf. nach diversen Modifikationen - der Synthese-Einheit zugeführt wird. Im Prinzip wird hierdurch das Spektrum des Sprachsignal permanent in Echtzeit analysiert.
Das Instrument-Signal wird in der Synthese-Einheit (A-129/2) ebenfalls durch eine Reihe steilflankiger Bandfilter sowie je ein Tief- und Hochpassfilter geschickt und dadurch in einzelne Frequenzbänder zerlegt. Hinter jedem der Filter ist ein VCA (spannungsgesteuerter Verstärker) geschaltet, der von den Steuerspannungen an den CV-Eingängen kontrolliert wird. Diese wiederum werden von den Steuerspannungsausgängen der Analyse-Einheit (A-129/1) geliefert.
Auf diese Weise wird jedes Frequenzband des Instrument-Signals mit der Dynamik des entsprechenden Frequenzbandes des Sprach-Signals versehen. Die Sprache wird somit dem klanglichen Material des Instrument-Signals aufgeprägt, oder anders gesagt: das Instrument "spricht".
Während bei den meisten Standard-Vocodern die von der Analyse-Einheit generierten Steuerspannungen unmittelbar der Synthese-Einheit zugeführt werden, ist diese Verbindung beim modularen Vocoder nach aussen geführt. Dadurch ist es möglich, die generierten Steuerspannungen mit anderen sinnvollen Modulen des Systems zu modifizieren (z.B. Slew Limiter/Abschwächer/Offset-Generator A-129/3, LFO, CV-to-MIDI / MIDI-to-CV-Interfaces, Inverter, etc.), ehe sie der Syntheseeinheit zugeführt werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Frequenzbänder von Analyse- und Synthese-Einheit einander beliebeig zuzuordnen, so dass z.B. ein niedriges Frequenzband des Speech-Signals ein hohes Frequenzband des Träger-Signals steuert oder Frequenzverschiebungen erzeugt werden.
Der Phantasie sind beim Einsatz des modularen Vocoders kaum Grenzen gesetzt. So können beispielsweise die Frequenzbänder des Synthese-Einheit auch vom Shepard-Generator, von LFOs, ADSRs, Zufallsspannungen oder einem MIDI-CV-Interface gesteuert werden. Durch Verwendung eines speziellen MIDI-Interfaces für den Vocoder (16-faches CV-to-MIDI und MIDI-to-CV-Interface) ist es schliesslich möglich komplette Vocoderabläufe per MIDI zu steuern. Die entsprechenden Interfaces (A-191 und A-192) finden Sie in der Modulübersicht.

Durchlasskurven der 15 Filter von A-129/1 und A-129/2

Zur weitergehenden Information stehen die Bedienungsanleitungen der Basismodule A-129-1/2, von Slew-Limiter und Slew-Limiter-Controller A-129-3/4, sowie des Voiced/Unvoiced-Detectors A-129-5 zur Verfügung.


Die Module des Vocoder-Subsystems

A129-1 A129-2

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Analyse-Einheit A-129/1

Synthese-Einheit A-129/2

Die Basiskomponenten des A-100-Vocoders sind die Analyse-Einheit (A-129 /1) und die Synthese-Einheit (A-129 /2). Ähnlich wie ein Ringmodulator benötigt der Vocoder stets zwei Eingangssignale: das Sprach-Signal (engl. speech signal), das als klangliches "Rohmaterial" dient und dem Speech-Eingang der Analyse-Einheit zugeführt wird und das Träger-Signal (engl. carrier), das dem Instrument-Eingang der Synthese-Einheit zugeführt wird.
Das Speech-Signal wird in der Analyse-Einheit in 15 Frequenzbänder zerlegt und die Amplitude jedes Frequenzbandes gemessen (Filter mit nachfolgendem Envelope-Follower). In der Synthese-Einheit wird das Trägersignal in die gleichen in 15 Frequenzbänder zerlegt und die Amplitude jedes Bandes entsprechend den Werten aus der Analyse-Einheit gesteuert (Filter mit nachfolgendem VCA). Als Ergebnis dieser Prozedur nimmt das Träger-Signal den Klangcharakter des Speech-Signals an, wobei die Tonhöhe des Träger-Signals jedoch voll erhalten bleibt.
Da beim modularen Vocoder A-129 die Verbindungen zwischen Analyse- und Synthese-Einheit nach außen geführt sind, können Sie an dieser "Nahtstelle" beliebige signalverarbeitende Module (z.B. Abschwächer, Slew Limiter, CV-to-MIDI / MIDI-to-CV-Interfaces, Inverter, etc.) einschleifen.
Insbesondere stehen hierfür die Module 5-fach VC-Slew-Limiter / Freezer / Offset-Generator / Abschwächer (A-129 /3) und der zugehörige Slew Controller (A-129/4) zur Verfügung. Es besteht auch die Möglichkeit, die Frequenzbänder von Analyse- und Synthese-Einheit zu vertauschen oder zu verschieben, so daß z.B. ein niedriges Frequenzband des Speech-Signals ein hohes Fequenzband des Träger-Signals steuern kann.
Mit dem Voiced / Unvoiced - Detektor (A-129 /5) können Sie z.B. das Träger-Signal bei Erkennung eines stimmlosen bzw. stimmhaften Speech-Signals umschalten (z.B. Umschaltung zwischen VCO und Noise).
Die Synthese-Einheit A-129 /2 können Sie auch als spannungsgesteuerte Filterbank einsetzen.

Die deutsche Bedienungsanleitung zu A-129/1 und 2 ist als PDF-Datei auf unserer Website verfügbar: A129_1_Anl.pdf

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Klangbeispiele

Untenstehend finden Sie einige Klangbeispiele, die mit den beiden Basismodulen des Vocoder-Systems (A-129-1 und -2) erstellt wurden. Für alle Beispiele wurde eine englische Männerstimme in einer Endlosschleife verwendet.

Für das erste Beispiel wurde der Sägezahnausgang eines VCOs als Trägersignal verwendet. Nach jedem Durchlauf wird die Oktavlage des VCOs umgeschaltet: 

A129_demo_01.mp3

Für das zweite Beispiel wurde ein polyphones Trägersignal verwendet (4 im einem Mixer zusammengemischte VCOs):

A129_demo_02.mp3

Im nächsten Beispiel wird das Rauschsignal eines A-118 als Träger benutzt:

A129_demo_03.mp3

... und nun der 6 Oscillators-Ausgang des A-117:

A129_demo_04.mp3

Im letzten Beispiel wird wieder ein polyphones Trägersignal (mehrere VCOs) verwendet, wobei die Tonhöhe während des Ablaufs geändert und die Zahl der VCOs variiert wird (zunächst nur ein VCO, dann 2, dann 3):

A129_demo_05.mp3


A129-3 Das Modul A-129/3 ist der Vocoder Slew Limiter. Es beinhaltet fünf identische Einheiten mit den Funktionen Abschwächer (engl. attenuator), Offset-Generator und Slew Limiter/Freezer. Wird der A-129/3 alleine (ohne A-129/4) betreiben, stehen bei jeder Einheit zwei Funktionen zur Verfügung:
  • Abschwächer; das am CV-Eingang anliegende Signal können Sie manuell beliebig abschwächen; am CV-Ausgang greifen Sie das abgeschwächte Signal ab.
  • Offset-Generator; dem am CV-Eingang anliegenden Signal wird ein manuell einstellbarer Gleichspannungsanteil (engl. offset) hinzuaddiert; die Summe greifen Sie am CV-Ausgang ab.

Die Slew-Limiter-Funktion ist nur dann verfügbar, wenn der Slew Control Eingang des Moduls A-129/3 von dem Slew-Limiter-Controller A-129/4 gesteuert wird.

Für den Vollausbau des Vocoder-Systems sind drei A-129/3-Module erforderlich, da ein A-129/3 nur 5 Einheiten beinhaltet, die Analyse- und Synthese-Einheit jedoch 15 Bänder besitzt.

Das Modul A-129/3 kann aber auch ausserhalb des Vocoder-Systems immer dann eingesetzt werden, wenn ein Signal abgeschwächt und und mit einer Offset-Spannung versehen werden soll (z.B. zur Ansteuerung des Dual-VCAs A-132, des Quantizers A-156 oder des Samplers A-112).

Der A-129/3 ist nur für die Verarbeitung von Steuerspannungssignalen geeignet, nicht für Audio-Signale !

Die deutsche Bedienungsanleitung zu A-129/3 und 4 ist als PDF-Datei auf unserer Website verfügbar: A129_3_Anl.pdf

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Slew-Limiter/Abschwächer/Offset-Generator A-129/3


A129-4 Um die Funktion "Slew Limiter/Freezer" zu nutzen, benötigen Sie noch das Modul A-129 /4 (Slew Limiter Controller). Damit haben Sie, uusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Funktionen, Zugriff auf folgende Slew-Limiter-Funktionen:

manuelle Einstellung der Slew-Rate
- Steuerung der Slew-Rate per Steuerspannung (Eingang mit Abschwächer)
- Wahl der Betriebsarten: "Follow", "Slew", "Freeze"
- "Einfrieren" (engl. freeze) der Ausgangsspannungen per Gate-Impuls oder Schalter

Die Steuerung der Slew-Limiter-Funktionen funktioniert ausschließlich mit dem Slew Limiter Controller A-129 /4.

Üblicherweise wird der Slew Limiter zwischen die CV-Ausgänge der Analyse-Einheit und die CV-Eingänge der Synthese-Einheit geschaltet.

Sie können das Modul A-129 /3 oder in Kombination mit A-129 /4 aber auch für andere Aufgaben einsetzen. Insbesondere zusammen mit der Syntheseeinheit A-129 /2 können Sie damit eine Filterbank realisieren (wie A-128).

In Verbindung mit dem geplanten Vocoder-MIDI-Interface (A-195) wird es möglich sein den Vocoder auch per MIDI in einem Sequenzer aufzuzeichnen und später abzurufen. Auch der Abruf fertiger Vocale per Noten- oder Controllerbefehle ist geplant.

Die deutsche Bedienungsanleitung zu A-129/3 und 4 ist als PDF-Datei auf unserer Website verfügbar: A129_3_Anl.pdf

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Slew-Limiter-Controller A-129/4


A129-5 Der Voiced/Unvoiced-Detector analysiert das Sprachsignal danach, ob es stimmhaft oder stimmlos (z.B. s, sch, z, f, v) ist und schaltet mit dieser Information zwischen zwei verschiedenen Instrument-Signalen (z.B. VCO und Noise) um. Der A-129/5 besteht aus einem Vorverstärker mit regelbarer Verstürkung, einer regelbaren Höhenanhebung (Treble Boost), der stimmhaft/stimmlos-Erkennungsschaltung und einem spannungsgesteuerten Schalter (ähnlich A-150). Die stimmhaft/stimmlos-Information steht zusätzlich als Gate-Signal zur Verfügung.

Die deutsche Bedienungsanleitung ist als PDF-Datei auf unserer Website verfügbar: A129_5_Anl.pdf

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Voiced/Unvoiced Detector A-129/5


Übersicht: Preise/Breite/Tiefe/Strombedarf zu allen A-129-x-Modulen

Modul

Preis [Euro]
rote LEDs

Preis [Euro]
blaue LEDs

Breite

Tiefe

Strom

A-129/1+2
nicht mehr lieferbar

370.00 

370.00 (kein Aufpreis mehr)

20 + 12 TE / 101.3 + 60.6 mm

60 mm

180mA

A-129/3
nicht mehr lieferbar

110.00
(ohne LEDs)

110.00
(ohne LEDs)

16 TE / 80.9 mm

60 mm

40mA

A-129/4
nicht mehr lieferbar

60.00

62.00

8 TE / 40.3 mm

40 mm

30mA

A-129/5
nicht mehr lieferbar

70.00

72.00

8 TE / 40.3 mm

45 mm

30mA

Änderungen und Irrtum vorbehalten. Es gilt die am Tag der Bestellung gültige Preisliste

A-129/1 und A-129/2 sind nur zusammen erhältlich. Für den Vollausbau des Vocoder-Systems benötigen Sie: 1xA-129/1+2, 3xA-129/3, 1xA-129/4 und 1xA-129/5.

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