DIY 보이스 모듈레이터 회로: 나만의 보이스 체인저 만들기

보이스 체인저 회로는 지금까지 작업해온 가장 매력적이고 재미있는 프로젝트 중 하나입니다.

보통 사람의 목소리를 새로운 목소리로 변환하거나 변경하는 회로로 구성됩니다.

영화 '닥터 후(Doctor Who)'에서 달렉(Dalek)의 기묘한 목소리가 링 모듈레이션으로 만들어졌다는 사실을 아는 건 즐거운 일입니다. 이 글에서는 출력 제어, 증폭, 믹싱에 초점을 맞춰 기능을 갖춘 회로로 알아볼 수 없는 목소리로 변환하는 DIY 방식을 다룹니다.

보이스 체인저 회로 컨셉

인간이 각기 다른 목소리 톤을 가진다는 건 흥미롭습니다. 따라서 전화를 걸면 상대방 목소리로 쉽게 상대를 식별할 수 있습니다. 게다가 말하는 사람을 보지 않아도 목소리만으로 군중 속에서 찾아낼 수 있습니다.

하지만 이 실험 프로젝트에서는 개인의 목소리 톤을 다른 톤으로 변경하도록 지정된 디지털 보이스 체인저 회로를 사용합니다. 나아가 외계인이나 로봇 목소리처럼 변조도 가능합니다.

HOLTEK 기기의 보이스 모듈레이터 기술을 차용했습니다. HOLTEK은 당시 음성 신호를 디지털로 처리하는 보이스 체인저 칩입니다.

HOLTEK 작동 방식

• 목소리와 연관된 스펙트럼 주파수를 7단계 증분으로 위아래로 시프트
• 결과적으로 출력에서 상대적으로 더 두껍거나 얇은 주파수 청취
• 초기 녹음된 음성 정보를 테이프에 담아 재생 속도를 조절하며 주파수를 낮추거나 높이는 것과 결과 비교 가능

HOLTEK의 예외적 특징: 비교 과정에서 음성 속도에는 영향을 주지 않음. 또한 테스트한 샘플 음성에 로봇, 비브라토 두 가지 특수 음향 효과 추가 가능. 로봇 효과는 사람 말을 로봇처럼, 비브라토는 목소리에 떨림 효과를 줍니다.

두 음성 출력은 표준 일렉트렛 마이크를 통해 IC로 들어가고, 다이내믹 스피커에서 치수 조정된 출력 신호를 받습니다.

전체 HOLTEK 시스템은 일반적으로 9V 배터리 전원으로 구동.

보이스 체인저 회로도

회로도

아래 회로도는 HT8950 데이터시트에서 가져온 보이스 체인저 회로입니다. 필요한 호환 앰프 회로를 사용해 기존 오디오 앰프를 교체하면 됩니다.

작동 원리 소개

내부 편향 마이크가 있는 기능적 앰프 블록 외에도, HT8950은 8비트 D/A 컨버터, SRAM(정적 RAM), 8비트 A/D 컨버터를 내장합니다.

D/A와 A/D는 8kHz 샘플링 레이트로 동작. 이 레이트는 인간의 음성 스펙트럼(약 3kHz)을 커버할 뿐 아니라 더 나은 스피커 출력 품질과 높은 SNR(신호대잡음비)을 제공합니다.

보이스 체인저 회로 제작 방법

• 부품 리스트

커패시터

• C4, C6, C7 – 220uF/16V, 전해
• C3, C5 – 0.1uF (104), 세라믹
• C2 – 0.47uF (474), 세라믹
• C1 – 4.7uF/16V, 전해

반도체

• SPK1 – 스피커 8Ω/0.25W
• MIC1 – 미니어처 일렉트렛 마이크
• 제너 다이오드 D1 – 6.2V/0.5W
• IC2 – LM386 오디오 앰프
• IC1 – HT8950A 보이스 모듈레이터 IC

전기기계 부품

• S1~S4 – 미니어처 푸시버튼 스위치
• NAJ1 – 9V 배터리 스냅용 타입 커넥터

저항 (1/4W 5%)

• R9 – 5K, 트리머, 1회전
• R8 – 8.2K
• R7 – 470Ω
• R4, R5, R6 – 4.7K
• R3 – 39K
• R2 – 47K
• R1 – 100K

보이스 컨버터 회로도 및 동작

회로 동작 순서:

• 마이크가 음성 신호 포착 → R4, C2 네트워크를 통해 HT8950 내부 앰프로 전달. 개루프 앰프가 약 2000배 전압 이득 획득.
• 커패시터 C4, R7, R5가 일렉트렛 소자 바이어스 조건 제공. 주입된 HT8950은 제한된 대역폭으로 증폭된 후 8비트 A/D로 음성 신호 전송. 내부 8비트에서 약 8kHz 샘플링 레이트로 디지털화.
• 오실레이터가 샘플링 신호 생성기의 규정 시간 베이스 제어.
• R2가 오실레이터 주파수 결정 (약 512kHz).
• SRAM에 디지털화된 음성 신호 저장. 이후 제어 회로가 SRAM에서 정보 꺼내 래치 레지스터로 전송.
• 음성 신호가 레지스터에서 D/A 컨버터로 가서 다시 아날로그 형태로 변환. 핀 12(AUDIO 출력)에서 신호 추출 가능.
• D/A 컨버터 출력은 SRAM→D/A 전송 속도에 따라 오프셋 주파수 스펙트럼을 가질 수 있음. 푸시버튼 S3(DOWN), S2(UP)로 단계별 조절. 시스템 터치 시 S3는 스텝 다운, S2는 스텝 업으로 순환.
• 아날로그 형태의 음성 신호가 C3, R8 네트워크 통과 → LM386(IC2) 앰프 도달. 앰프가 SPK1 스피커 구동하여 가청화.

PCB 보드에 회로 구현

1. 3.2 × 2.5인치 양면 PCB 사용.

2. PCB에 테스트 포인트 배치. 예: TP2는 레지스터에서 파워 앰프로 가는 신호, T1은 마이크에서 오는 신호 추적용.
3. IC 소켓 사용 후 칩을 디자인 보드에 납땜. 칩 교체하며 활동 차이 관찰 가능.
4. 점퍼 JP, 볼륨 조절용 R7, 마이크 잭 J1이 보드 장착형으로 있는 경우가 많음. 하지만 DIY 작동을 위해 패널 장착형으로 교체 후 훅 와이어로 PCB에 재연결 필요. 예: JP 대신 스위치 사용.

핀 상세 정보

핀 배열:

• VREF – 내부 앰프 레퍼런스 전압 (핀 14)
• AUDIO – 오디오 출력 (핀 13)
• LED – 볼륨 표시 램프 출력 (핀 12)
• VDD – 양전원 라인 (핀 11)
• AIN – 내부 앰프 입력 (핀 10)
• AO – 내부 앰프 출력 (핀 9)
• NC – 미연결 (핀 8)
• VSS – 음전원 라인/GND (핀 7)
• ROB – 로봇 모드 셀렉터 입력 (핀 6)
• TGD – 다운 스텝 셀렉터 입력 (핀 5)
• TGU – 업 스텝 셀렉터 입력 (핀 4)
• VIB – 비브라토 모드 셀렉터 입력 (핀 3)
• OSC1 – 오실레이터 입력 (핀 2)

테스트

1. 전원 투입 전 알코올과 부드러운 칫솔로 보드 세척. 누락 부품, 불량 납땜, 잘못된 커패시터 값, 소켓 내 잘못된 IC, 끊어진 구리 트레이스 등 확인.
2. 양극에서 그라운드까지 입력 저항 측정. 낮거나 0 저항이면 단락 회로 추적 필요.
3. 볼륨 낮게 설정 → 일렉트렛 마이크 J1에 꽂기 → 헤드폰/스피커 연결 → TB1에 12V 인가. LED 작동 확인.
4. 마이크에 말하며 볼륨 점차 높이기. 증폭 중이면 점퍼 제거하고 목소리 변조 확인.

요약

마이크 입력에 나타나는 소리를 프로그래밍해 다른 소리로 바꿈으로써 사람의 목소리를 변조하는 데 보이스 체인저 회로를 쓸 수 있습니다. 예: 로봇 목소리처럼 편집 가능. 어떤 프로젝트든 회로도와 간단 단계를 따라 하면 훌륭한 결과 얻을 수 있습니다. 우려 사항 있으면 언제든 연락 주세요.

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