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La synthèse sonore - 2e partie

Bien débuter

Anatomie des ondes

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Dans le précédent article, nous avons vu que le son était composé d’ondes. Comme beaucoup de choses dans la vie, celles-ci peuvent être simples ou complexes.

Une onde sinusoïdale seule comme celle représentée à la fin du précédent article est une onde « simple ». On ne rencontre pas de son absolument « pur » dans la nature. Ce qui pourrait s’en rapprocher le plus, c’est le son d’un diapason ou celui émis, dans certaines conditions, par un instrument de… synthèse sonore ! Vous commencez à comprendre pourquoi je vous parle de tout cela, non ?

Dès qu’à une onde simple on ajoute ne serait-ce qu’une seule autre onde non identique à la première, on obtient une nouvelle onde, dite « complexe ». Eh oui, si on pousse le raisonnement, cela signifie que, quel que soit le nombre de sources sonores qui sont enregistrées à un instant « t » – imaginons par exemple tout un orchestre symphonique qui joue, sans oublier les réverbérations acoustiques de la salle, la dame qui éternue à gauche et le monsieur qui ronfle à droite - la représentation de l’enregistrement ne montre qu’une seule et même onde complexe, composée à fois d’ondes dites périodiques (les notes de musique, comme nous le verrons plus bas) et de sons dits « non périodiques » (l’éternuement et le ronflement, par exemple).

Pour information, on doit au génial mathématicien et physicien Joseph Fourier (1768-1830) la découverte suivante : toute onde complexe peut être décomposée en un certain nombre d’ondes sinusoïdales simples, à l’exception des transitoires, qui sont les périodes d’établissement et de disparition du son.

Bien, nous avons évoqué jusque-là l’amplitude et la période des ondes... mais de quoi s’agit-il exactement ?

La longueur compte!

Les principales caractéristiques d’une onde sonore simple sont son amplitude, sa période, sa longueur d’onde, sa phase et sa fréquence, à laquelle nous consacrerons l’intégralité du prochain article.

Synthèse sonore

L’onde qui se propage dans un milieu donné entraine des variations de pression dans ledit milieu (plus exactement une alternance pression/dépression). Ce sont ces variations qui sont représentées par l’amplitude. Elles sont exprimées en Pascal.

Imaginons une corde de guitare. Au repos, elle sera en « position d’équilibre ». Si nous la faisons vibrer, elle se déplacera plus ou moins loin au-dessus, puis en dessous de sa position d’équilibre, avant d’y revenir. L’amplitude du mouvement de la corde représente la différence entre son déplacement maximal dans un sens donné et son point d’équilibre.

L’amplitude d’une onde représente la différence entre son point d’équilibre et le niveau maximal de pression ou de dépression exercé sur le milieu ambiant.

Graphiquement, on représente le point d’équilibre par un axe horizontal. Ce dernier représentant le niveau zéro de vibration, donc l’aspect qu’aurait l’onde si elle ne vibrait pas, donc si aucun son n’était produit. En conséquence, plus l’onde vibre autour de cet axe central – donc plus le dessin de l’onde s’éloigne de celui d’une ligne droite horizontale - plus le volume de son produit est élevé. On peut donc lier directement l’amplitude d’une onde sonore au volume du son concerné, exprimé en décibels. Dans notre exemple, plus la corde de guitare vibre, et plus le son produit est fort !

À noter que la puissance d’une onde – donc son amplitude - décroît avec le temps quand elle se propage dans un espace libre, car l’énergie de l’onde se répartit dans cet espace. Les instruments acoustiques possèdent tous une caisse de résonance ou bien un tuyau qui permet de diminuer la dispersion de l’onde sonore dans l’espace, et donc de diminuer la perte de puissance. En synthèse sonore, nul besoin d’une caisse de résonance puisque l’on peut agir directement sur l’onde et entretenir indéfiniment la production de son, comme nous le verrons.

Dès qu’une forme d’onde simple est répétée dans le temps, on dit qu’elle est « périodique », car elle est composée de cycles qui se répètent. On désigne d’ailleurs par  « période » le temps que la forme d’onde met pour effectuer un cycle complet. La longueur d’onde quant à elle représente la distance entre 2 cycles de la forme d’ondes.

En phase

Synthèse sonore

Enfin, avant d’aborder les fréquences dans le prochain article, un mot sur la phase. Sans entrer dans des détails trigonométriques un peu hors sujet ici, sachez que la phase se mesure en degrés, et qu’en ce qui nous concerne, nous musiciens, elle se définit surtout en fonction... de l’écart de phase ou non avec une autre onde !

Si on mélange deux ondes, a et b, absolument identiques, mais qu’on fait démarrer l’onde b au degré 90 de l’onde a, on dira que ces deux ondes sont déphasées entre elles de 90°.

Qu’est-ce que cela implique au niveau sonore que des ondes soient en phase ou non ?

La phase peut avoir des répercussions différentes sur le comportement du son. Les amplitudes de deux ondes s’additionnent. Comme nous l’avons vu, c’est de l’amplitude de l’onde que dépend directement le volume du son. Si nous mélangeons deux sons « en phase », les parties positives des deux ondes vont s’additionner entre elles, et les parties négatives vont faire de même. Le tout aura donc pour résultat un doublement du volume général du son.

Synthèse sonore

Au contraire, si l’on mélange deux sons « en opposition de phase » complète, les parties négatives d’une onde vont annuler les parties positives de l’autre, et vice-versa, entraînant une mise à zéro des amplitudes, donc des volumes des deux sons, donc des deux formes d’onde elles-mêmes, donc... le silence absolu !

Entre la parfaite concordance de phases et la parfaite opposition se situe naturellement toute la gamme des possibilités. À noter que certains effets que vous avez peut-être déjà expérimentés tels qu’un « phaser » ou un « flanger » reposent sur le juste dosage entre concordance et opposition de phase entre les ondes.

 

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