Elektor 10 Band Vocoder Clone
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 Modularsynthesizer abgepaßt.

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.

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:

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

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

Jede Funktionseinheit ist als separates Modul aufgebaut und hat seine eigenen Regler, Buchsen und LEDs auf der Frontplatte. Diese Einheiten können auch untereinander getauscht werden, erhalten aber ihre Funktion.

Originalbild aus Elektor Februar 1980

Die Funktion (ganz knapp erklärt):

Original Blockschaltbild das Vocoders.
Zur besseren Übersicht wurden die einzelnen Funktionblöcke eingefärbt.

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.

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.

Mit den Filtereinheiten wird das Sprachsignal in viele 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.

Mehr (technische) Informationen gibts hier.

Ein-/Ausgabeeinheit

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

Mehr (technische) Informationen gibts hier.

Voice-/Unvoicedecoder mit Digitalem Rauschgenerator

Mehr (technische) Informationen gibts hier.

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