Vocoder

Der Vocoder ist ein Gerät, das 1938 von Homer Dudley, ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt wurde, um Sprachsignale verschlüsselt und mit reduzierter Bandbreite zu übertragen. Der Name leitet sich aus den Begriffen Voice (Stimme) und Encoder (Kodierer bzw. Verschlüssler) ab.  Er ist einer der ersten frühen Beispiele für elektronische Sprachsynthese und findet heute, in Form von zahlreichen Hard- und Softwarevarianten, vor allem in der Musikproduktion Anwendung.

Die frühe Forschung, an den technischen Grundlagen des Vocoders, begann bereits 1928 durch Homer Dudley, der zu dieser Zeit bei Bell Labs, einer ehemaligen Forschungsabteilung der Telefongesellschaft AT&T (American Telephone and Telegraph Company), tätig war. Ziel war es, die Bandbreitenbelastung bei Sprachübertragungen zu reduzieren, indem nur die wichtigsten phonetischen Informationen der menschlichen Sprache in Form einfacher Parameter übertragen und beim Empfänger durch die Modulation eines Trägersignals rekonstruiert wurden. Zunächst entstand ein Modell, das auf denselben technischen Grundlagen der Sprachsynthese basierte, die später auch beim Vocoder verwendet wurden, jedoch keine menschliche Sprache als Eingangssignal benötigte. Stattdessen wurden alle Filter manuell von einer speziell dafür geschulten Person bedient, um aus einem Trägersignal phonetische Klänge zu formen. Dieses Modell wurde erstmals 1939 auf der World’s Fair in New York und San Francisco vorgestellt.

Im Jahr 1943 wurde Dudleys Vocoder in das von Bell Labs entwickelte Secure Speech System SIGSALY integriert, das im Zweiten Weltkrieg ein zentraler Bestandteil der geheimen militärischen Kommunikation der Vereinigten Staaten war.

In den 1960er-Jahren wurde der Vocoder, unter der Leitung von Siemens im Siemens-Studio für elektronische Musik, für den musikalischen Einsatz weiterentwickelt und Ende der 1970er-Jahre von verschiedenen Herstellern als kommerzielles Musikgerät einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

Zunächst wird das Frequenzspektrum eines Modulationssignals (beispielsweise eines Sprachsignals) in mehrere Frequenzbänder unterteilt. Diese enthalten Informationen über die Verteilung der Frequenzanteile und den Pitch des Modulationssignals. Die Verständlichkeit der synthetisierten Stimme hängt von der Anzahl der verwendeten Bänder ab: Eine höhere Bandanzahl führt zu einer genaueren Abbildung der Frequenzinformationen und damit zu einem Ergebnis, das dem ursprünglichen Modulationssignal stärker ähnelt. Bei der Analyse werden sowohl phonetische Informationen als auch Daten über den Pitch der Stimme übertragen.

In der Synthesephase werden die aus dem Modulationssignal gewonnenen Parameter auf das Trägersignal angewendet. Dieses kann aus einer einzelnen Schwingung oder mehreren Oszillatoren bestehen. Für eine möglichst klare Synthese ist es jedoch wichtig, dass das Trägersignal ein breites Frequenzspektrum abdeckt. Zusätzlich kann Noise verwendet werden, um die Verständlichkeit von Zischlauten zu verbessern.

Der Pitch des Ausgangssignals kann entweder vom Modulationssignal übernommen oder statisch festgelegt werden. Wird der Pitch übertragen, spricht man von einem voiced Signal, bei einem statisch eingestellten Pitch von einem unvoiced Signal. Ein unvoiced Signal erzeugt typischerweise einen eher „robotischen“ Klang, während ein voiced Signal durch die Ähnlichkeit zum Modulationssignal natürlicher wirkt.

Source [2] - AT&T Archive

In der Pop-, Rock- und elektronischen Musik wird der Vocoder seit den 1970er-Jahren als klangliches Gestaltungsmittel eingesetzt, um menschliche Stimmen synthetisch zu verfremden und neue expressive Effekte zu erzielen. Bereits die deutsche Elektro-Band Kraftwerk nutzte den Vocoder auf mehreren Alben, etwa auf dem 1978 erschienenen Titel The Robots. In der elektronischen Pop- und Dancemusik der späten 1990er bis 2010er-Jahre gehört der Vocoder zu den markanten Stilmitteln des französischen Duos Daft Punk. Auf dem Album Random Access Memories (2013) sind etwa in den Stücken Give Life Back to Music oder The Game of Love Vocoder-verarbeitete Vocals zu hören. Darüber hinaus nutzt die Band das Verfahren seit ihrem Debütalbum Homework (1997) kontinuierlich als identitätsstiftendes Element ihrer Klangästhetik. 

Im Song Hide and Seek (2005) verarbeitet Imogen Heap ihre Stimme mit einem harmonizer-basierten, Vocoder-Effekt, der den a-cappella-Klang des Stücks prägt. Der Vocoder erscheint in der zeitgenössischen Musik sowohl als ästhetisches Stilmittel zur Erzeugung futuristischer oder mechanischer Stimmklänge als auch zur Schaffung dichterer, mehrstimmiger Klangflächen. Seine Verwendung reicht dabei von elektronischen Avantgarde-Projekten über Mainstream-Pop bis hin zu experimentellen und Indie-Produktionen.

In der Musikproduktion wird der Vocoder heute nicht mehr nur als dediziertes Hardware-Gerät verwendet, sondern zunehmend als Software-Effekt innerhalb DAWs (digitaler Audio-Workstations). Viele dieser Software-Vocoder bieten oftmals neben den grundlegenden Funktionen weiter Filter- und Modulationsoptionen der modernen Musikproduktion.