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ELEKTOR 10 BAND VOCODER

mit Voice-/Unvoice Decoder + Noisegenerator

Angeregt durch einen mehrteiligen Artikel mit einer vollständigen Bauanleitung in der Elektor aus dem Jahre 1980, habe ich mich entschlossen diesen 10 Band Vocoder zu bauen. Dabei wurden diverse technische Änderungen vorgenommen und auch das Design an den Modular-Synthesizer-System abgepaßt.

ELEKTOR VOCODER VOCODER - Digital Noise

Ursprünglich von den Bell Laboratories entwickelt, um Sprache für militärische Interessen abhörsicher übertragen zu können.

Später wurde der Vocoderklang zum Synonym für elektronische Musik. Die durch den Vocoder ausgeübte Faszination ist wohl dadurch begründet, daß wir den Klang der menschlichen Stimme aus unserer Hörerfahrung besser als jeden anderen Klang kennen, und der Gedanke an eine "sprechende Maschine" die Menschen schon immer beeindruckt hat. Der Vocoder muß sich aber bei seinen Einsatzmöglichkeiten nicht auf die menschliche Stimme beschränken, wird aber vornehmlich zu diesem Zweck benutzt.

 

Der Vocoder ist in einem 19"-Modulgehäuse mit 3 Höheneinheit aufgebaut. Die wichtigsten Technischen Daten sind:

  • 10 Filterbänder (8 Bandfilter und 2 Passfilter)
  • Ein-/Ausgabeeinheit
  • Digitaler Rauschgenerator
  • Voice-/Unvoicedecoder (Analyseteil und Schaltteil)
  • Netzteil

Die grundlegende Funktion des Vocoders wird anhand Stimme im Projekt "Die Sprachsynthese - Erschaffung einer künstlichen Stimme" sehr genau besprochen (und wird deshalb hier nur beiläufig besprochen.)

Der Aufbau des VOCODERS:

 Im folgenden Bild ist der fertig aufgebaute VOCODER zu senden! Das Design orientiert sich wieder an dem Modular-Synthesizer-System, und den Drum-Synthesizern DL-808 & DL-909Jede Funktionseinheit ist als separates Modul aufgebaut und hat seine eigenen Regler, Buchsen und LEDs auf der Frontplatte. Diese Einheiten können (bis auf kleine Ausnahmen) auch untereinander getauscht werden, erhalten aber ihre Funktion. Nur das Netzteil ist nicht als Modul ausgeführt! Es ist auch der optionale VOICE-/UNVOISE Decoder verbaut, der aus dem Analyse-Modul, dem Schaltmodul und dem Rauschgenerator-Modul besteht.

vocoder 01 700

Der "original" Elektor Vocoder:

Hier ist zu Vergleich ein Bild aus der Zeitschrift Elektor. Der Vocoder ist hier nur 2HE hoch, und hat keinen VOICE-/UNVOICE-Decoder. 

elektor vocoderOriginalbild aus Elektor Februar 1980

Funktionsbeschreibung:

Die Funktion (ganz knapp erklärt):

Das "Voice" Signal gelangt über einen Verstärker(grün) und einen Tiefpassfilter(dunkelblau) zur Unterdrückung von sehr tieffrequenten Signalanteilen und wird dann mit einer Reihe von Bandpaßfiltern(hellblau) in einzelne Frequenzbänder zerlegt. Aus den einzelnen Bändern wird der Pegel ermittelt, gleichgerichtet, verstärkt und der jeweiligen Ausgangsbuchse zugeführt(rot).

Das zu modulierende Signal, auch "Trägersignal" oder "Carrier" genannt wird in die gleichen Frequenzbänder wie das "Voice"-Signal zerlegt und der Ausgang jedes Filters wird durch einen spannungsgesteuerten Verstärker (gelb) geleitet. Die Eingansbuchsen sind über Potis mit dem jeweiligen VCA verbunden.

vocoder blockschaltbild


Es wird also das Sprachsignal am "Voice" Eingang analysiert und Analysewerte in Form von CV Spannungen erzeugt. Mit diesen Steuerspannungen wird also aus dem "Carrier" Signal eine synthetische Stimme erzeugt. Es handelt sich nicht um eine Verfremdung !

10 Filterbänder

Die zentralen Funktionsgruppe des Vocoders sind die zehn Bänder, die sich aus einem Tiefpassfilter, acht Bandpassfiltern und einem Hochpassfilter zusammensetzen. Der Frequenzbereich ist für Sprachsignale optimiert. Es ist für jedes Band eine Buchse zum Abgreifen der Steuerspannung und eine zum Einspeisen der Steuerspannung vorhanden. Diese Buchsen müssen mit Kabeln verbunden werden. Die Höhe der Steuerspannung jedes Frequenzbandes läßt sich mittels eines zugehörigen Reglers einstellen.>

LOWPASS

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

BANDPASS 256Hz

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

BANDPASS 390Hz

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

BANDPASS 550Hz

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

BANDPASS 800Hz

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

BANDPASS 1200Hz

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

BANDPASS 1770Hz

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

BANDPASS 2650Hz

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

BANDPASS 3900Hz

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

HIGH PASS

ELEKTOR VOCODER FILTER-BÄNDER

ELEKTOR VOCODER LOWPASS FILTERBAND

Mit den Filtereinheiten wird das Sprachsignal in viele (hier 10) Bänder unterteilt, die dann jedes für sich analysiert werden. Die Syntheseamplituden und Hüllkurvenformen stehen an der Buchse bereit. Es handelt sich hier um eine Spektralanalyse!

Zusätzlich ist mit den Filterheiten auch die Spektralsynthese möglich ! Die Spektralsynthese besteht aus der selben Anzahl von Filtern mit den gleichen Frequenzen wie in der Analyseeinheit. Jedes dieser Filter ist ein Verstärker nachgeschaltet, der durch eine Steuerspannung in der Verstärkung variabel ist.

Es sind also zwei identische Filter und ein VCA zu einer Filtereinheit zusammengefasst.

Ein-/Ausgabeeinheit

Und schließlich wird das vom Vocoder erzeugte Signal über den Regler "Output" auf dem Ein-/Ausgabe Modul an den monophonen Ausgang geleitet.

AUDIO IN/OUT

PCB elektor vocoder in out

ELEKTOR VOCODER SPEECH + CARRIER INPUT, AUDIO OUTPUT

Voice-/Unvoicedecoder mit Digitalem Rauschgenerator

DETECTOR

PCB elektor vocoder detektor

ELEKTOR VOCODER VOICE-/UNVOICE DECODER

SWITCH

PCB elektor vocoder switch

ELEKTOR VOCODER VOICE-/UNVOICE DECODER

DIGITAL NOISE

PCB elektor vocoder noise

ELEKTOR VOCODER VOICE-/UNVOICE DECODER

Spezialbauteile:

Hier wurde ein ICs vom Typ CA3080 verwendet. Leider ist dieser Baustein "abgekündigt", er wird also nicht mehr hergestellt. Und einen PIN-Pinkompatiblen Ersatz gibt es leider auch nicht. Also für aktuelle Projekte nicht mehr verwenden! Hier gibt es das Datasheet vom CA3080!

Source:

ELEKTOR 1/80
Nr.109

ELEKTOR 2/80
Nr.110

ELEKTOR 10/80
Nr.118

ELEKTOR 2/81
Nr.122