보코더
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1. 개요
보코더는 말이나 소리를 악기 소리처럼 변환하는 음성 합성 기술이다. 1928년 벨 연구소의 호머 더들리에 의해 기본적인 아이디어가 제시되었으며, 음성 통신에서 음성 압축을 위해 개발되었다. 보코더는 음성의 주파수 스펙트럼을 분석하여 여러 채널로 나누어 전송하고, 수신 측에서 이를 재조합하여 음성을 합성하는 방식으로 작동한다.
제2차 세계 대전 중에는 암호 통신 시스템인 SIGSALY에 사용되었으며, 이후 디지털 신호 처리 기술의 발전에 따라 다양한 형태로 발전했다. 보코더는 통신 및 보안 분야뿐만 아니라 음악 분야에서도 널리 활용되어, 독특한 음색을 만들어내는 데 기여했다. 1970년대 후반부터는 소형화된 보코더가 음악 스튜디오나 라이브 공연에서 사용되기 시작했으며, 크라프트베르크, 다프트 펑크 등 여러 음악가들이 보코더를 활용하여 독창적인 음악을 선보였다.
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| 보코더 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 음성 암호화 음성 변환 음성 합성 |
| 역사 | |
| 발명 | 호머 더들리 (1928) |
| 특허 | 미국 특허 2,121,142 (1937년 4월 7일) |
| 기술적 특징 | |
| 분석 | 음성 신호 분석 스펙트럼 분석 |
| 합성 | 스펙트럼 정보 합성 음성 신호 합성 |
| 작동 원리 | 사람의 목소리를 분석하여 디지털 신호로 변환 음높이, 음량, 음색 등의 정보 추출 추출한 정보를 기반으로 새로운 음성 합성 음성 암호화 및 변환 기능 제공 |
| 주요 구성 요소 | 음성 분석기 채널 보코더 선형 예측 보코더 음성 합성기 |
| 응용 분야 | |
| 군사 | 음성 암호화 통신 보안 통신 |
| 음악 | 전자 음악 효과 음성 변조 보컬 효과 |
| 음성 합성 | 인공 음성 생성 텍스트 음성 변환 (TTS) |
| 음성 분석 | 음성 인식 화자 인식 |
| 기타 | 음성 치료 언어 연구 |
| 관련 기술 | |
| 기술 | 음성 신호 처리 필터 푸리에 변환 선형 예측 부호화 (LPC) |
2. 효과
보코더는 말이나 효과음 같은 소리를 악기 소리 등으로 바꾸어 합성하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로 마이크를 통해 입력된 사람의 목소리를 현악기와 같은 악기 소리로 변조하면서도 원래의 말소리를 알아들을 수 있게 만드는 방식으로 활용된다. 이 때문에 보코더를 거친 소리는 종종 "독특하고 기계적인 목소리" 또는 "악기 소리로 화음을 내며 말하는 듯한 목소리"로 묘사된다.[46][47][48][49]
보코더는 본래 음성 통신에서 대역폭을 줄여 전송 효율을 높이기 위한 음성 압축 기술로 개발되었다. 미국 벨 연구소의 호머 더들리(Homer Dudley)가 1928년에 기본적인 아이디어를 고안했으며,[5] 이는 당시 대륙 간 해저 케이블의 제한된 주파수 대역으로 인해 사람의 음성을 직접 전송하기 어려웠던 문제를 해결하기 위함이었다.
이러한 특징 때문에 보코더는 텔레비전 제작, 영화 제작 및 게임에서 로봇이나 말하는 컴퓨터의 목소리를 만드는 데 널리 사용된다. 예를 들어, 1978년작 '''배틀스타 갤럭티카'''에 등장하는 사이론의 로봇 목소리는 EMS Vocoder 2000이라는 장비로 만들어졌다.[41] 또한, 1980년 버전의 '''닥터 후''' 테마 음악에서는 피터 하웰이 Roland SVC-350 보코더를 사용하여 주요 멜로디 일부를 생성했다. 이와 유사한 롤랜드 VP-330 보코더는 '''트랜스포머''' 시리즈의 등장인물 사운드웨이브의 목소리를 만드는 데 사용되기도 했다.
로봇 목소리 효과는 20세기 대중음악에서도 자주 등장하는 요소가 되었는데, 보코더 외에도 소노복스, 토크 박스, 오토튠, 선형 예측 보코더, 음성 합성, 링 변조, 콤 필터 등 다양한 기술을 통해 유사한 효과를 만들어낼 수 있다.
한편, 노래의 음정을 수정하거나 여러 코러스 효과를 내는 기능은 주로 위상 보코더 기술을 이용한 피치 시프터나 하모나이저의 역할이지만, 드물게는 채널 보코더를 사용하여 비슷한 효과를 내기도 했다. 다만 이 경우 음색이 크게 변하는 단점이 있었다. 음악 분야에서 전통적으로 사용되어 온 "보코더" 효과는 주로 채널 보코더를 의미한다.
3. 역사
더들리는 사람의 목소리를 음원과 필터 특성으로 모델링하여 정보량을 줄이는 원리를 적용해, 음성 스펙트럼을 분석하고 재합성하는 채널 보코더를 개발하여 1939년에 발표했다.[6][7] 또한, 건반으로 조작하는 음성 합성 장치인 보더(Voder)를 만들어 1939년 뉴욕 세계 박람회에서 시연하기도 했다.[8][9]
초기 채널 보코더는 크고 음질이 기계적이어서 민간 통신보다는 제2차 세계 대전 중 비밀 통신 시스템 SIGSALY에 활용되는 등 주로 보안 및 군사 분야에서 사용되었다.[50] 이후 디지털 신호 처리 기술 발달과 함께 선형 예측 부호화(LPC) 등 현대적인 음성 부호화 방식으로 발전했다.
한편, 음악 분야에서는 채널 보코더 특유의 기계적인 음질, 이른바 '로봇 목소리'를 독특한 음향 효과로 활용하기 시작했다. 보코더 이전에도 Sonovox영어와 같은 장치가 있었으나,[51] 보코더가 음악에 본격적으로 도입된 것은 1960년대 이후이다. 초기에는 뮌헨의 지멘스 전자 음악 스튜디오(Siemens-Studio für Elektronische Musikde) 등에서 통신용 보코더를 개조하여 사용했으며,[52] 로버트 모그(Robert Moog)가 1968년 음악용 보코더를 제작하기도 했다.[51]
음악용 보코더가 대중화된 것은 기기가 소형화된 1970년대 후반부터로, EMS Vocoder, Sennheiser VSM201 등이 등장했으며,[51] 일본에서도 코르그 VC-10, 롤랜드 VP-330 등이 출시되어 다양한 음악 장르에서 활용되기 시작했다.
3. 1. 통신 및 보안 분야
보코더는 원래 음성 통신에서 음성 압축 기술로 개발되었다. 미국의 벨 연구소 소속 엔지니어 호머 더들리가 1928년에 기본적인 아이디어를 처음 제시했으며,[5] 1937년 11월 16일[7]과 1939년 3월 21일[6]에 관련 특허를 받았다. 당시 대륙 간 해저 케이블은 전송 가능한 주파수 대역이 약 100Hz에 불과하여, 3000Hz에서 4000Hz 대역을 가지는 사람의 음성을 직접 전송하기 어려웠다. 따라서 음성을 더 좁은 대역폭으로 보내기 위한 기술로 고안된 것이다.
인간의 목소리는 성대에서 나오는 소리(음원)의 특성, 유성음과 무성음의 구분, 그리고 목구멍, 입, 코, 혀, 치아, 입술 등 조음 기관의 공명에 따른 주파수 선택 특성으로 모델링될 수 있다. 음성 파형 자체는 매우 빠른 진동 성분을 포함하지만, 조음 기관의 움직임은 상대적으로 느리다. 이를 적절한 매개 변수로 표현하면 음성 전송에 필요한 대역폭을 크게 줄일 수 있다.
더들리는 이러한 원리를 바탕으로 음성의 주파수 스펙트럼을 여러 채널로 나누어 밴드 패스 필터로 분석하고, 성대 소리의 기본 주기(피치) 정보 및 유성음/무성음 구분 정보와 함께 전송하여 수신 측에서 음성을 합성하는 '채널 보코더'를 1939년에 발표했다. 또한 음성 합성 부분을 건반과 결합하여 연주 형태로 시연할 수 있는 '스피치 신시사이저'인 보더(Voder)[8]를 개발하여 1939년 뉴욕 세계 박람회의 AT&T 전시관에서 공개했다.[9] 보더는 전자 발진기(유성음 음원), 잡음 발생기(무성음 음원), 10개의 대역 통과 필터와 증폭기(성도 역할), 그리고 필터 제어용 키와 음고 조절용 페달로 구성되었다.[10] 숙련된 조작자는 이 장치를 통해 알아들을 수 있는 수준의 음성을 만들어낼 수 있었다.[9][11]
채널 보코더는 당시 기술 수준으로는 매우 큰 장비였고 합성된 음성의 품질이 낮아 기계적인 목소리가 되었기 때문에 민간에서는 널리 사용되지 못했다. 그러나 제2차 세계 대전 중인 1943년, 영국 수상 처칠과 미국 대통령 루즈벨트 간의 비밀 회담을 위한 암호 통신 시스템인 SIGSALY에 채널 보코더 기술이 성공적으로 실용화되었다.[50] SIGSALY는 초당 1200비트 전송률을 가졌다.
전후에도 보안 통신 분야에서 보코더 기술은 계속 발전했다. 1949년에는 SIGSALY와 매우 유사한 초당 1200비트의 KO-6 음성 코더가 제한된 수량으로 출시되었다. 1953년에는 반도체 로직을 사용하여 무게를 SIGSALY의 약 49895.17kg에서 약 256.28kg로 크게 줄인 초당 1650비트의 KY-9 THESEUS[12] 음성 코더가 개발되었다. 1961년에는 16채널, 초당 2400비트 시스템인 HY-2 음성 코더가 약 45.36kg의 무게로 출시되었는데, 이는 안전한 음성 시스템에서 채널 보코더의 마지막 구현이었다.[13]
이 분야의 후속 연구에서는 디지털 음성 부호화가 사용되었다. 가장 널리 사용되는 음성 부호화 기술은 선형 예측 부호화(LPC)이다.[14] 또 다른 음성 부호화 기술인 적응적 차분 펄스 코드 변조(ADPCM)는 1973년 벨 연구소의 P. 커미스키, 니킬 S. 자얀트 및 제임스 L. 플래너건에 의해 개발되었다.[15] 채널 보코더는 그 후 디지털 신호 처리 기술 발전으로 선형 예측 코딩 방식(LPC) 및 CELP 코딩 방식 등으로 발전하며 현대 디지털 통신 기술의 기초가 되었다.
3. 2. 음악 분야
음악 분야에서는 채널 보코더 특유의 기계적인 음질, 이른바 로봇 목소리를 활용하여 새로운 악기나 이펙터로 사용하는 경우가 많다. 일반적으로 사람의 말을 마이크에 입력하고, 그 특성을 신시사이저나 현악기 등 다른 악기 소리에 적용하여 합성한다. 이를 통해 마치 악기가 화음을 내며 말하는 듯한 독특한 소리를 만들 수 있다.[50] 노래의 음정을 수정하거나 여러 코러스 효과를 내는 기능은 이후 등장한 위상 보코더 기반의 피치 시프터나 하모나이저의 역할이지만, 드물게 음색 변화를 감수하고 채널 보코더를 사용하기도 했다.
보코더와 유사한 효과를 내는 장치로는 소형 스피커를 목에 대고 소리를 내는 Sonovox영어가 있었으며, 이는 1940년대 영화나 광고 등에서 사용되었다.[51] 음악 제작에 보코더가 직접적으로 사용되기 시작한 것은 1960년대 이후로, 초기에는 일부 전자 음악 스튜디오에서만 제한적으로 사용되었다. 대표적인 예로 뮌헨의 지멘스 전자 음악 스튜디오(Siemens-Studio für Elektronische Musikde)는 군사용 통신 보코더를 음악용으로 개조하여 1956년부터 1959년 사이에 개발된 '지멘스 신시사이저'에 활용했다.[52][30][31][32]
반도체 기술을 이용한 최초의 음악용 보코더 중 하나는 로버트 모그(Robert Moog)가 1968년 버팔로 대학교의 전자 음악 스튜디오를 위해 제작한 것이다.[51][33] 같은 해, 브루스 하크(Bruce Haack)는 마이클 패러데이(Michael Faraday)의 이름을 딴 Farad영어라는 프로토타입 보코더를 제작하여 1969년 "어린이를 위한 전자 레코드"와 1970년 록 앨범 ''전기 루시퍼(The Electric Lucifer)''에 사용했다.[34][35][36] 1970년에는 웬디 카를로스(Wendy Carlos)와 로버트 모그가 호머 더들리(Homer Dudley)의 설계를 기반으로 10밴드 보코더(초기 명칭: 스펙트럼 인코더-디코더)를 만들었다. 이 장치는 모그 모듈식 신시사이저를 반송 신호(carrier)로, 마이크 입력을 변조 신호(modulator)로 사용했다.
음악용 보코더가 널리 사용되기 시작한 것은 기기가 소형화되어 일반 스튜디오나 라이브 공연에서 다른 장비와 함께 사용할 수 있게 된 1970년대 후반부터이다. 초기 상용 모델로는 EMS Vocoder나 Sennheiser VSM201, Bode Model 7702 등이 알려져 있다.[51] 일본에서도 1970년대 후반 코르그 VC-10과 롤랜드 VP-330 같은 모델이 출시되었다.
보코더는 다양한 장르의 음악에서 활용되었다.
단순한 특수 효과를 넘어 보코더를 음악의 핵심 요소로 사용한 아티스트들도 많다.
4. 작동 원리
보코더는 두 개의 입력 신호, 즉 분석할 소리(모듈레이터, Modulator)와 음색의 바탕이 될 소리(캐리어, Carrier)를 사용하여 작동한다.[46] 일반적으로 모듈레이터에는 목소리를, 캐리어에는 신시사이저나 전자 기타와 같이 배음(Harmonics)이 풍부한 악기 소리를 입력한다.
작동 과정은 크게 분석과 합성의 두 단계로 나눌 수 있다.
1. 분석 단계 (Analysis):
- 모듈레이터 신호(예: 목소리)는 여러 개의 대역 통과 필터(Band-Pass Filter) 묶음(Filter Bank)을 통과한다. 각 필터는 특정 주파수 대역의 소리 성분만을 분리해낸다.
- 각 필터를 통과한 신호의 진폭(소리의 크기) 변화를 포락선 검출기(Envelope Follower)가 실시간으로 감지하여 해당 주파수 대역의 시간적 변화를 나타내는 제어 신호(포락선 신호)를 생성한다.
- 이 과정을 통해 모듈레이터 소리의 시간대별 스펙트럼 특성(어떤 주파수 성분이 얼마나 강한지) 정보가 추출된다. 인간의 목소리의 경우, 이 스펙트럼 특성이 "아", "이", "우", "에", "오"와 같은 모음의 차이를 만들어내는 핵심 요소(포먼트)이다.
2. 합성 단계 (Synthesis):
- 캐리어 신호(예: 악기 소리) 역시 모듈레이터 분석에 사용된 것과 동일한 구성의 대역 통과 필터 묶음을 통과한다.
- 각 필터를 통과한 캐리어 신호는 해당 주파수 대역의 증폭기(VCA: Voltage-Controlled Amplifier)로 보내진다.
- 이때, 분석 단계에서 얻어진 해당 주파수 대역의 제어 신호(포락선 신호)가 증폭기의 이득(Gain)을 조절한다. 즉, 모듈레이터 소리의 특정 주파수 성분이 강하면 캐리어 소리의 해당 주파수 성분도 커지고, 약하면 작아진다.
- 이렇게 각 대역별로 진폭이 조절된 캐리어 신호들을 다시 합치면, 최종 출력 소리가 만들어진다. 이 소리는 캐리어의 음색과 음고(Pitch)를 가지면서 모듈레이터의 스펙트럼 특성을 띠게 되어, 마치 악기가 말하거나 노래하는 듯한 효과를 낸다.
이 과정에서 모듈레이터(목소리)의 원래 음고 정보는 대부분 사용되지 않고 버려지며, 출력되는 소리의 음고는 전적으로 캐리어 신호에 의해 결정된다. 이것이 보코더 특유의 기계적이고 비인간적인 음색을 만드는 주요 원인 중 하나이다.
보코더의 성능, 특히 출력되는 말소리의 명료도는 사용되는 대역 통과 필터의 수(채널 수)에 크게 좌우된다. 채널 수가 많을수록 더 정밀하게 스펙트럼을 분석하고 재현할 수 있어 명료도가 향상된다. 초기 음악용 보코더는 보통 8개에서 20개 정도의 채널을 가졌다.
또한, 캐리어 신호는 배음이 풍부해야 효과적이다. 정현파(Sine wave)처럼 배음이 거의 없는 소리를 사용하면 스펙트럼 변조 효과가 미미하다. 따라서 톱니파(Sawtooth wave), 사각파(Square wave) 등 배음이 풍부한 파형이나 백색 잡음(White noise, 속삭이는 소리 효과) 등이 캐리어로 자주 사용된다.
'ㅅ', 'ㅍ', 'ㅊ'와 같은 무성음(Unvoiced sound)이나 치찰음(Sibilance)은 일반적인 분석 대역 외의 고주파 성분이 중요하므로, 이를 처리하기 위해 별도의 고역 통과 필터나 잡음 발생기를 이용한 치찰음 채널(Sibilance Channel)을 추가하여 명료도를 개선하기도 한다.
이러한 채널 보코더 알고리즘에서 해석 신호의 진폭 정보만 사용하고 위상 정보를 무시하면 음성이 불분명해지는 경향이 있는데, 이를 개선하기 위한 방법으로 위상 보코더가 있다.
1970년대 후반 이후로 통신 분야 등 비음악적 용도의 보코더는 주로 선형 예측 부호화(Linear Predictive Coding, LPC) 방식을 사용한다. 이는 고정된 필터 뱅크 대신 전극점 IIR 디지털 필터를 사용하여 음성의 스펙트럼 포락선(포먼트)을 추정하고 재현하는 방식으로, 스펙트럼 피크 위치를 더 정확하게 표현할 수 있다는 장점이 있지만, 구성 주파수가 많은 복잡한 신호를 표현하는 데는 한계가 있을 수 있다.
5. 현대적 응용
보코더는 원래 음성 통신을 위한 압축 기술로 개발되었으나, 오늘날에는 그 응용 범위가 크게 확장되었다. 주요 현대적 응용 분야는 다음과 같다.
- '''통신 및 보안''': 디지털 이동 무선(DMR) 시스템, 디지털 음성 암호화 및 난독화 등 보안 통신에 여전히 중요한 기술로 사용된다. 특히 낮은 데이터 전송률로도 음성 통신이 가능하게 하는 다양한 음성 부호화 알고리즘(예: CELP, MELP, ACELP 등)이 개발되어 활용되고 있다. 이는 군사 및 정보 기관의 보안 통신 시스템에서도 중요한 역할을 한다.
- '''음악 및 예술''': 특유의 기계적인 음색을 활용하여 전자 음악을 비롯한 다양한 음악 장르에서 이펙터나 악기로 사용된다.[17] 영화, 게임 등에서도 로봇이나 컴퓨터 음성을 표현하는 데 쓰인다.
- '''의학 및 과학 연구''': 인공 와우 연구에서 청각 처리 과정을 시뮬레이션하는 데 사용되며,[16] 심리물리학, 언어학, 계산 신경 과학 등 음성 및 청각 관련 연구 분야에서도 활용된다.
이처럼 보코더 기술은 통신 효율성 증대, 보안 강화, 예술적 표현 확장, 과학 연구 등 다방면에 걸쳐 현대 기술 사회에 기여하고 있다.
5. 1. 통신 및 보안
보코더는 본래 음성 통신에서 음성 압축 기술로 개발되었다. 미국의 벨 연구소 소속 호머 더들리(Homer Dudley)[5]가 1928년에 기본적인 아이디어를 고안했으며,[6][7] 당시 대륙 간 해저 케이블을 통해 전송 가능한 주파수 대역폭(약 100Hz)이 매우 제한적이었기 때문에, 약 3000 ~ 4000Hz 대역을 가지는 음성을 더 좁은 대역폭으로 전송하기 위해 연구되었다.인간의 목소리는 성대에서 나오는 소리(음원)의 특성과 목구멍, 입, 코, 혀, 치아, 입술 등 조음 기관의 공명 특성(필터)으로 모델링할 수 있다. 음성 파형 자체는 빠르게 변하지만, 조음 기관의 움직임은 상대적으로 느리기 때문에, 이 움직임을 매개 변수로 바꾸어 전송하면 필요한 데이터 양을 크게 줄일 수 있다. 더들리는 이 원리를 바탕으로 음성의 주파수 스펙트럼을 여러 채널로 나누어 대역 통과 필터로 분석하고, 성대 소리의 기본 주기(피치) 및 유성/무성음 구분 정보와 함께 전송하여 수신 측에서 음성을 합성하는 '채널 보코더'를 1939년에 발표했다.
보코더의 음성 합성 능력을 보여주기 위해, 음성 합성 부분을 건반 등 수동 컨트롤러와 결합한 보더(Voder)[8]가 1939-1940년 뉴욕 세계 박람회에서 시연되었다.[9] 보더는 전자 발진기(유성음원), 잡음 발생기(무성음원), 10개의 공진 필터와 가변 이득 증폭기(성도 역할), 그리고 필터 제어용 키보드와 음높이 조절용 풋 페달로 구성되었다.[10] 조작은 복잡했지만, 숙련된 조작자는 알아들을 수 있는 수준의 음성을 만들어낼 수 있었다.[9][11]
채널 보코더는 당시 기술로는 규모가 크고 음질이 기계적으로 들리는 단점이 있어 민간 통신에는 널리 사용되지 못했다. 그러나 제2차 세계 대전 중인 1943년, 영국의 처칠 수상과 미국의 루즈벨트 대통령 간의 비밀 회담을 위한 암호화된 음성 통신 시스템인 '''SIGSALY'''에 성공적으로 실용화되었다. SIGSALY는 보코더 기술을 이용해 음성을 암호화하여 도청을 방지했다.
SIGSALY 이후에도 군사 및 보안 통신 분야에서 보코더 기술은 계속 발전했다.
- KO-6 음성 코더 (1949년): SIGSALY와 유사한 1200 bit/s 시스템.
- KY-9 THESEUS[12] (1953년): 1650 bit/s, 반도체 기술을 도입하여 무게를 SIGSALY의 약 49895.17kg에서 약 256.28kg로 크게 줄임.
- HY-2 음성 코더 (1961년): 16채널 2400 bit/s 시스템으로, 무게는 약 45.36kg였으며, 안전한 음성 시스템에서 채널 보코더의 마지막 구현이었다.[13]
이후 디지털 신호 처리 기술이 발전하면서 채널 보코더는 선형 예측 부호화(LPC)[14], 코드 여기 선형 예측(CELP), 적응적 차분 펄스 코드 변조(ADPCM)[15] 등 더욱 효율적인 디지털 음성 부호화 방식으로 발전했다. ADPCM은 1973년 벨 연구소의 P. 커미스키, 니킬 S. 자얀트, 제임스 L. 플래너건에 의해 개발되었다.
보코더 기술의 가장 큰 장점 중 하나는 높은 음성 압축률이다. 일반적인 전화 통화 품질의 음성(약 500~3400 Hz 범위)은 보통 8 kHz 샘플링 속도와 샘플당 8비트 이상의 해상도로 디지털화되어 약 64 kbit/s의 데이터 속도를 갖는다. 반면, 우수한 보코더는 5 kbit/s 정도의 낮은 데이터 속도로도 상당히 자연스러운 음성을 합성할 수 있다.
ITU G.729과 같은 ''톨 품질(Toll quality)'' 음성 코더는 많은 전화 네트워크에서 사용된다. 특히 G.729는 뛰어난 음성 품질로 8 kbit/s의 최종 데이터 속도를 갖는다. G.723은 5.3 kbit/s 및 6.4 kbit/s의 데이터 속도에서 약간 낮은 품질을 달성한다. 많은 음성 보코더 시스템은 더 낮은 데이터 속도를 사용하지만, 5 kbit/s 미만에서는 음성 품질이 급격히 저하되는 경향이 있다.
몇몇 보코더 시스템은 NSA 암호 시스템에 사용되었다.
- LPC-10: FIPS Pub 137, 2400 bit/s, 선형 예측 코딩 사용.
- CELP: 2400 bit/s 및 4800 bit/s, 연방 표준 1016, STU-III에 사용됨.
- CVSD: 16 kbit/s, KY-57과 같은 광대역 암호화기에 사용됨.
- MELP: MIL STD 3005, 2400 bit/s, 차세대 협대역 디지털 단말기 FNBDT, NSA의 21세기 보안 전화에 사용됨.
- ADPCM: 이전 ITU-T G.721, 32 kbit/s, STE 보안 전화에 사용됨 (단, ADPCM은 엄밀히는 파형 코덱으로 분류되며, ITU는 G.721을 다른 ADPCM 코덱과 함께 G.726에 포함시켰다).
오늘날 통신 장비 및 음성 저장 장치에 사용되는 최신 보코더는 다음 알고리즘을 기반으로 한다.
이 외에도 보코더는 디지털 이동 무선(DMR) 기반 시스템의 단말 장비, 디지털 음성 난독화 및 암호화, 인공와우(Cochlear implant)의 효과 시뮬레이션[16] 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 또한 심리물리학, 언어학, 계산 신경 과학 등의 연구 분야에서도 활용된다.
5. 2. 음성 과학 및 의학
인간의 목소리는 음원인 성대 소리의 특성과 유성/무성 구분, 그리고 인후, 구강, 비강, 혀, 치아, 입술 등 조음 기관의 공명에 의한 주파수 선택 특성으로 모델화할 수 있다. 보코더는 이러한 음성 파형의 특성을 분석하고 매개변수화하여 필요한 대역폭을 줄이는 음성 압축 기술로 처음 개발되었다.오늘날 보코더는 심리물리학, 언어학, 계산 신경 과학 연구에도 활용되고 있다. 또한 의학 분야, 특히 인공 와우 연구에서 중요한 역할을 한다. 잡음과 톤 보코딩 기술은 인공 와우의 효과를 시뮬레이션하는 데 사용된다.[16]
5. 3. 음악 및 예술
음악 분야에서는 통신 분야와 달리 채널 보코더 특유의 기계적인 음질, 즉 로봇 목소리를 활용하여 새로운 악기나 이펙터로 사용하려는 시도가 이루어졌다. 이보다 앞서 1940년대에는 작은 스피커를 목에 대고 소리를 내어 보코더와 유사한 효과를 내는 '소노복스'(Sonovox)가 영화나 광고 등에서 사용되기도 했다.본격적인 보코더의 음악적 활용은 1960년대 이후에 시작되었으며, 초기에는 소수의 전자 음악 스튜디오에서만 제한적으로 사용되었다. 뮌헨의 '''지멘스 전자 음악 스튜디오'''(Siemens-Studio für Elektronische Musik)는 군사용 통신 보코더를 음악용으로 개조하여 사용한 대표적인 예이다. 1956년부터 1959년 사이에 개발된 이 스튜디오의 ''지멘스 신시사이저''는 보코더를 음악 제작에 사용한 최초의 시도 중 하나였다.[30][31][32] 반도체 기술을 이용한 최초의 음악용 보코더 중 하나는 로버트 모그(Robert Moog)가 1968년 버팔로 대학교의 전자 음악 스튜디오를 위해 제작한 것이다.[33] 같은 해, 브루스 하크(Bruce Haack)는 마이클 패러데이의 이름을 딴 '패러드'(Farad)라는 프로토타입 보코더를 제작하여[34] 1969년 "어린이를 위한 전자 레코드"와 1970년 록 앨범 ''전기 루시퍼(The Electric Lucifer)''에서 선보였다.[35][36]
1970년에는 웬디 카를로스(Wendy Carlos)와 로버트 모그가 호머 더들리의 설계를 기반으로 10밴드 보코더를 제작했다. 이 장치는 모그 모듈식 신시사이저를 반송 신호(carrier)로, 마이크 입력을 변조 신호(modulator)로 사용했다. 1972년, 토미타 이사오는 그의 첫 전자 음악 앨범 ''일렉트릭 사무라이: 스위치드 온 록(Electric Samurai: Switched on Rock)''에서 음성 합성 기법을 전자 록에 접목하려는 시도를 보였으며, 1974년 클래식 앨범 ''눈송이들이 춤을 춘다(Snowflakes are Dancing)''에서도 합성된 목소리를 사용하며 전자 음악의 대중화에 기여했다.
보코더가 음악계에서 일반적으로 사용되기 시작한 것은 기기가 소형화되어 일반 스튜디오나 라이브 공연에서 다른 장비와 함께 사용하기 용이해진 1970년대 후반부터이다. 초기의 대표적인 모델로는 'EMS Vocoder', 'Sennheiser VSM201', 'Bode Model 7702' 등이 알려져 있다. 일본에서도 1970년대 말 코르그 VC-10과 롤랜드 VP-330 같은 모델이 출시되었다.
음악에서 보코더는 주로 사람의 목소리를 마이크로 입력받아 신시사이저나 다른 악기 소리(반송 신호)로 변조하여 독특한 기계적인 목소리나 악기 소리로 화음을 내며 말하는 듯한 효과를 내는 데 사용된다.
1973년, 영국의 밴드 엠머슨, 레이크 앤 파머(Emerson, Lake and Palmer)는 앨범 ''브레인 샐러드 서저리(Brain Salad Surgery)''의 "카른 이블 9(Karn Evil 9): 3번째 인상"에서 보코더를 사용했다. 앨런 파슨스 프로젝트(The Alan Parsons Project)는 1975년 곡 "까마귀"에서 앨런 파슨스가 EMI 보코더를 통해 노래했으며, 이는 디지털 보코더를 사용한 최초의 록 음악 중 하나로 알려져 있다. 핑크 플로이드(Pink Floyd)는 1977년 앨범 ''동물들''("양", "돼지들(세 가지 다른 것들)"), 1987년 ''순간적인 이성의 착오''("새로운 기계 1부", "새로운 기계 2부"), 1994년 ''분열의 종''("계속 이야기하기") 등 여러 앨범에서 보코더를 활용했다.
일렉트릭 라이트 오케스트라(Electric Light Orchestra, ELO)는 1977년 앨범 ''푸른 바깥''에서 "미스터 블루 스카이", "달콤한 말투의 여자" 등 여러 곡에 보코더를 광범위하게 사용하여 상업적으로 큰 성공을 거두었다.[37] ELO는 이후 앨범들, 예를 들어 ''발견''(1979)의 "호레이스 윔프의 일기", "혼란", ''시간''(1981)의 "서문", "당신의 진심, 2095", "결론"[38], ''힘의 균형''(1986)의 "미국을 부르다" 등에서도 보코더를 적극적으로 사용했다.
1970년대 후반 프랑스 듀오 스페이스 아트는 두 번째 앨범 ''Trip in the Centre Head'' 녹음에 보코더를 사용했으며,[39] 필 콜린스(Phil Collins)는 1981년 히트곡 "인 더 에어 투나잇"에서 보컬 효과로 보코더를 사용했다.[40] 뉴에이지 음악의 장 미셸 자르(Jean-Michel Jarre)(''주룩(Zoolook)'', 1984)나 마이크 올드필드(Mike Oldfield)(''QE2'', 1980; ''파이브 마일즈 아웃'', 1982) 등 실험적인 전자 음악가들은 보코더를 더욱 포괄적으로 활용했다.
음악의 핵심 요소로 보코더를 적극적으로 사용한 아티스트들도 있다. 독일의 신스팝 그룹 크라프트베르크(Kraftwerk), 일본의 뉴 웨이브 그룹 폴리식스(Polysics), 스티비 원더("Send One Your Love", "A Seed's a Star/Tree Medley"), 1970년대 후반의 재즈/퓨전 키보디스트 허비 행콕(Herbie Hancock) 등이 대표적이다. 닐 영(Neil Young)은 1982년 앨범 ''트랜스''의 여러 곡에서 Sennheiser Vocoder VSM201을 사용했으며,[41] 마이클 잭슨(Michael Jackson)의 "P.Y.T." 후렴구에도 마이클 보디커(Michael Boddicker)가 연주한 보코더 사운드가 사용되었다. 프랑스 듀오 다프트 펑크(Daft Punk)는 데뷔 앨범 ''숙제''(1997)부터 ''랜덤 액세스 메모리스''(2013)까지 꾸준히 보코더를 사용하며 기술과 인간 목소리의 융합을 그들의 음악적 정체성으로 삼았다.[43] "Around the World"(1997)는 전체 가사가 보코더로 처리되었고, "Get Lucky"(2013)는 자연스러운 목소리와 처리된 목소리를 혼합했으며, "인스턴트 크러쉬"(2013)는 줄리안 카사블랑카스(Julian Casablancas)의 보컬을 보코더로 변조했다.
최근에도 콜드플레이(Coldplay)는 ''마일로 자일로토''(2011)의 "메이저 마이너스", "천국처럼 아프다", ''고스트 스토리스''(2014)의 "자정"[42] 등 여러 곡에서 보코더를 사용했다. 예(칸예 웨스트)(Ye)는 "Runaway"(2010)의 아웃트로에,[44] 레드 핫 칠리 페퍼스(Red Hot Chili Peppers)는 "By the Way"에 보코더 효과를 적용했다. 2018년에는 프로듀서 제드(Zedd), 가수 마렌 모리스(Maren Morris), 듀오 그레이(Grey)가 협업한 "The Middle"이 보코더 사운드를 특징으로 하여 큰 인기를 얻었다.[45] 일본의 옐로우 매직 오케스트라(Yellow Magic Orchestra, YMO)는 "BEHIND THE MASK", "Technopolis" 등에서 보코더를 사용했으며, 퍼피, m.o.v.e, 전기 그루브, 오렌지 레인지 등 다양한 일본 아티스트들도 보코더를 활용했다.
=== 보코더 사용 예시 곡 ===
| 곡명 | 아티스트 |
|---|---|
| 미스터 블루 스카이 | 일렉트릭 라이트 오케스트라 |
| Karn Evil 9: 3rd Impression | 엠머슨, 레이크 앤 파머 |
| 오 슈퍼맨 | 로리 앤더슨 |
| P.Y.T. (Pretty Young Thing) | 마이클 잭슨 |
| Send One Your Love | 스티비 원더 |
| Major Minus / Hurts Like Heaven | 콜드플레이 |
| March (영화 시계태엽 오렌지 OST) | 웬디 카를로스 |
| Die Roboter (The Robots) | 크라프트베르크 |
| Computer Age | 닐 영[53] |
| BEHIND THE MASK / Technopolis | 옐로우 매직 오케스트라 |
| 아시아의 순진 | 퍼피 |
| FREAKY PLANET | m.o.v.e |
| BUGGIE TECHINICA | 폴리식스 |
| Runaway (아웃트로) | Ye |
| The Middle | 제드, 마렌 모리스, Grey |
| 메인스트리트 일렉트리컬 퍼레이드 | 디즈니[48] |
음악에서 사용되는 고전적인 보코더 효과는 주로 '''채널 보코더'''를 통해 구현된다. 이는 음성을 여러 주파수 대역으로 나누어 분석하고, 이를 다른 소리(주로 신시사이저)로 합성하여 특유의 로봇 목소리나 말하는 악기 소리를 만들어낸다. 반면, '''위상 보코더'''는 주로 음정 변화 없이 재생 속도를 조절하는 "타임 스트레칭/피치 시프트" 기술에 사용된다.[46][47][48][49]
셰어의 "Believe"나 다프트 펑크의 "One More Time", 퍼퓸의 "폴리리듬" 등에서 들리는 로봇 목소리 효과는 채널 보코더가 아닌 오토튠이나 위상 보코더를 이용한 극단적인 음정 보정 효과에 가깝다. 채널 보코더와 위상 보코더 모두 '보코더'로 불리지만, 로봇 목소리를 만드는 원리는 상당히 다르다.
=== 기타 예술 분야 ===
보코더는 음악 외에도 텔레비전, 영화, 게임 등에서 로봇이나 말하는 컴퓨터의 목소리를 표현하는 데 널리 사용된다. 예를 들어, 1978년 TV 시리즈 '''배틀스타 갤럭티카'''에 등장하는 사이론의 로봇 목소리는 EMS Vocoder 2000으로 만들어졌다.[41] 1980년 버전의 '''닥터 후''' 테마 음악(피터 하웰 편곡)에서는 Roland SVC-350 보코더가 사용되었으며, 트랜스포머 시리즈의 캐릭터 사운드웨이브의 목소리는 롤랜드 VP-330 보코더로 만들어졌다.
6. 유사 효과
로봇 음성은 20세기 대중음악에서 반복적으로 등장하는 요소가 되었다. 보코더 외에도 이러한 효과의 변형을 생성하는 여러 가지 방법에는 소노복스, 토크 박스, 오토튠, 선형 예측 보코더, 음성 합성, 링 변조 및 콤 필터가 있다.
보코더는 텔레비전 제작, 영화 제작 및 게임에서 주로 로봇이나 말하는 컴퓨터를 위해 사용된다. '''배틀스타 갤럭티카'''의 사이론의 로봇 음성은 EMS Vocoder 2000으로 만들어졌다.[41] 1980년 버전의 '''닥터 후''' 테마는 피터 하웰이 편곡하고 녹음했으며, 주요 멜로디의 일부는 Roland SVC-350 보코더로 생성되었다. 비슷한 롤랜드 VP-330 보코더는 '''트랜스포머''' 시리즈의 등장인물 사운드웨이브의 목소리를 만드는 데 사용되었다.
사운드적으로 비슷한 것으로는 토킹 모듈레이터가 있다. 이것은 악기 소리를 스피커로 울리고, 호스를 통해 인간의 구강 내부로 유도하여, 울림이 변화된 소리를 마이크로 수집하는 방식이다. 동시에 말을 함으로써 구강 형태가 변화하고, 소리의 울림이 변화하는데, 그 소리는 마치 악기가 말하는 것처럼 들린다. 방법이나 원리는 보코더와 다르지만, 결과적으로 나타나는 배음 변화라는 점에서는 매우 흡사하다.
7. 보코더의 예
초기의 보코더는 모두 아날로그 방식이었다. 아날로그 방식 보코더의 예는 다음과 같다.
- Analog-Lab X-32
- Bode Model 7702
- Boss VO-1 Vocoder
- BV12
- Doepfer Modular Vocoder subsystem A-129
- Electro-Harmonix Vocoder
- Elektronika (Электроникаru) EM 26
- EMS Vocoder 1000
- EMS Vocoder 2000
- EMS Vocoder 3000
- EMS Vocoder 5000
- FAT PCP-330 Procoder
- Korg VC-10
- Korg DVP-1 (Curtis Chip Filters)
- Kraftwerk Custom Model
- Krok (Крокru) 2401Vocoder (Вокодерru)
- MAM Vocoder VF11
- Moog Modular Vocoder
- Moog Vocoder [Bode]
- Next! VX-11 Vocoder
- PAiA 6710 Vocoder
- Roland SVC-350
- Roland VP-330 (초기형과 후기형이 있음)
- Sennheiser VSM 201
- Synton Syntovox 202
- Synton Syntovox 216
- Synton Syntovox 221
- Synton Syntovox 222
디지털 신호 처리기(DSP) 등을 사용한 디지털 방식의 보코더는 신시사이저나 효과기의 일부로 포함된 경우가 많다. 후자는 L 채널(기타리스트용 제품에서는 기타 입력)에 캐리어, R 채널(또는 마이크 입력)에 변조기를 각각 입력하는 것이 일반적이다. 디지털 방식 보코더의 예는 다음과 같다.
- Access Virus C 시리즈 / Virus TI 시리즈 [32-band]
- Akai Professional Mini AK Virtual Analog Synth [40-band]
- Alesis Akira
- Alesis Ion [40-band]
- Alesis Metavox
- Alesis Micron [40-band]
- Behringer 2024 DSP Virtualizer Pro / Virtualizer 3D FX2000
- Boss SE-50 / 70 1U 하프랙 사이즈. SE-70은 스콧 헨더슨도 애용.
- Boss VF-1
- Clavia Nord Modular
- Clavia Nord Modular G2
- DigiTech Talker
- Digitech S100/S200
- Digitech StudioQuad 4
- Electrix Warp Factory
- Electro Harmonix IRON LUNG Vocoder
- Electro Harmonix V256 Vocoder
- Electro Harmonix Voice Box Vocoder and Harmonizer
- Ensoniq FIZMO
- Korg Triton Studio
- Korg KAOSSILATOR PRO
- Korg KAOSS PAD KP2
- Korg microKORG
- Korg microKORG XL
- Korg MS2000 [16-band]
- Korg MS2000B
- Korg RADIAS
- Korg RADIAS-R
- Korg R3
- Korg WaveStation A/D
- Novation A-station Analog Modeling Synthesizer Vocoder
- Novation K-Station KS4 / KS5 / KS Rack [12-band]
- Novation Nova [40-band]
- Quasimidi Sirius
- Red Sound Vocoda
- Red Sound Darkstar
- Roland Juno-Stage [10-band]
- Roland SP-808 [10-band]
- Roland JP-8080 [12-band]
- Roland VT-4
- Roland VP-550
- Roland VP-770
- Roland VP-7
- Sony Digital Dynamic Filter Plus DPS-F7 [16-band]
- Symbolic Sound Kyma/Pacarana
- TC Helicon VoiceTone Synth HardTune & Vocoder Pedal
- Waldorf Q
- Zoom Studio 1201 / 1204
- Zoom RFX-1000 / 1100 / 2000 / 2200
- 아르보레툼 시스템즈 이오나이저(Arboretum Systems Ionizer)
- Arturia Vocoder
- 크리소닉 크리코더(Crysonic CryCoder)
- 실로닉스(Cylonix)
- 이오시스 ELS 보코더(Eiosis ELS Vocoder)
- 프루티 보코더(Fruity Vocoder)
- 옵코드 퓨전 보코드(Opcode Fusion Vocode)
- Native Instruments Vokator
- 프로펠러헤즈 리즌 BV-512 [4~512 밴드](Propellerheads Reason BV-512 [4 to 512-band])
- 프로소닉 오렌지보코더(Prosoniq OrangeVocoder)
- 로복스(RoVox)
- 서랩(Sirlab)
- 버신 매트릭스 보코더(VirSyn MATRIX Vocoder)
- 보코더 SV-5(Vocoder SV-5)
- 보코덱스(Vocodex)
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- 제리우스(Zerius)
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