Les bases de l'acoustique : la durée (I)

La durée (I)

Chronomètre en main, la notion de durée paraît évidente ! Mais dans la vie courante, nous n’avons pas à chaque instant les yeux braqués sur la pendule et chacun sait que l’évaluation psychologique du temps sans point de repère est très variable d’un individu à l’autre et surtout en fonction de l’intérêt de l’activité en cours : une heure devant un bon film ne passe pas de la même façon qu’une heure au milieu d’un embouteillage.

Fig.1a : Signal sonore original traité par une réverbération. Notez la décroissance progressive du niveau sonore

Si, pour le physicien le temps s’exprime en seconde, la façon dont le musicien peut le ressentir est plus fluctuante : variation comme l’accélération inconsciente du tempo ou manque de justesse liée au stress. En effet, la hauteur qui est définie par la fréquence, est une valeur liée au temps et dépend donc de l’évaluation psychologique que nous faisons de la seconde. Si celle-ci paraît plus courte ou plus longue, la note peut s’écarter de sa justesse réelle en un peu plus aigue ou en un peu plus grave.

La petite histoire dit qu’au moyen âge, donc bien avant l’invention du métronome en 1816, on se repérait par rapport au pouls humain. Mieux valait choisir un musicien de référence plutôt zen !

Fig.1b : Le même signal, après passage dans un effet Reverse : on trouve le gain maximal à la fin du signal

Une expérience

Pour ceux d’entre vous qui se rappellent encore de ce que pouvait être un magnéto à bande, une note de piano passée à l’envers ne sonne plus du tout comme un piano et un texte de Racine écouté en retournant la bande, se met étrangement à ressembler… à du Suédois. En effet, ce que notre oreille ne perçoit que comme un seul et même amalgame sonore est en réalité un petit chemin de fer composé de quatre wagons différents : si nous l’observons en marche avant ou en marche arrière, l’ordre d’arrivée des informations ne sera pas le même et de fait notre perception du message sonore sera différente.

C’est cette notion qui est exprimée à travers la conception de courbe d’A.D.S.R. appelée aussi, courbe d’enveloppe. Le programme ‘Reverse’ que proposent certaines unités de réverbération ne joue sur rien d’autre que sur l’enveloppe d’une réverbération. Forcément décroissante et du type de la figure 1, si on la restitue à l’envers, on joue la fin du signal avant le début !

A.D.

Pour qu’un phénomène sonore se produise, il faut conjuguer les fonctions de deux agents :

• Un élément excitateur : celui qui apporte l’énergie
  
• Un élément excité : celui qui la reçoit et qui entrera en vibration pour engendrer l’onde sonore

Par exemple dans le cas du violon, l’élément excitateur est l’archet, l’élément excité la corde. Pour la timbale, l’élément excitateur est la mailloche, l’élément excité la peau de l’instrument. Chaque étape de l’A.D.S.R. mesurera le rapport temps/ énergie de chacune de ces quatre phases.

Fig. 2 : Courbe d’A.D.S.R. d’un signal entretenu

A comme Attack

L’attaque est le temps de transfert de l’énergie lorsqu’elle passe de l’élément excitateur à l’élément excité. L’importance de l’attaque est fondamentale pour tous les instruments dont notamment les percussions. Dans le cas un peu particulier que représente le piano, une grande partie de l’identité spécifique du timbre de l’instrument est donnée précisément par la qualité de l’attaque, c’est-à-dire, par la technique de jeu de l’instrumentiste. Les instrumentistes à vent ont aussi appris à développer des techniques de thonging en faisant, comme son nom l’indique, intervenir la langue et qui permettent de créer des attaques assez percussives. Dans le cas d’une prise de son de voix, on est parfois confronté à une transitoire d’attaque démesuré, soit parce que l’artiste chante très fort, soit parce qu’en voix parlée, un orateur sature le microphone en faisant claquer les consonnes dites occlusives (‘d’, ‘t’ et ‘p’). Le compresseur permet de limiter les dégâts, mais beaucoup plus simplement, un filtre anti-pop devant le micro a toutes les chances de résoudre le problème… Le mythe du Kleenex tendu devant le micro n’était pas complètement inefficace, mais on sait faire mieux maintenant !

D comme Decay

Le decay pourrait être analysé comme le temps de stabilisation du signal; on peut le figurer comme étant la différence entre l’énergie initiale de l’attaque et celle utile à son entretien. Dans le cas d’un instrument à son non entretenu, c’est-à-dire, sans phase sustain, la différence entre decay et release n’est pas forcément flagrante… Les dernières phases s’enchaînent sans que l’on puisse distinctement les cloisonner. (figure 3)

S.R.

S comme Sustain

C’est le temps pendant lequel on continue à fournir de l’énergie. Il peut y avoir deux possibilités: celle où le son est entretenu comme sur la figure 2 (par exemple les instruments à vent où il faut continuer de souffler pour faire vivre la note) et celle où le son est amorti, figure 3 (par exemple un tambourin, une fois le coup donné sur la peau, le son durera tant que cette dernière aura accumulé assez d’énergie pour continuer à vibrer).

La première catégorie donnera naissance à des spectres harmoniques, la seconde à des spectres non harmoniques. (voir le dossier sur le timbre)

Fig. 3 : Courbe d’A.D.S.R. d’un signal amorti

R comme Release

Lorsqu’il n’y a plus d’apport en énergie, le son se relâche jusqu’à son extinction. Dans le cas d’un signal amorti, cette étape s’inscrit dans la continuité de la précédente. Le cas du release est assez complexe. Son action débute en principe, une fois que le musicien n’a plus de contrôle actif sur le signal et se termine quand l’énergie produisant le son est totalement épuisée. Dans le cas du piano, la note continue à sonner, une fois la touche lâchée, si la pédale d’étouffoirs est enfoncée et laisse les cordes vibrer naturellement jusqu'à amortissement complet. D’autre part et d’une certaine manière, on est forcé de considérer que l’acoustique du lieu a une action sur le release ! Le même instrument, joué dans une pièce de 3m sur 4 ne sonnera pas, au niveau de son extinction, de la même manière que dans une cathédrale… L’effet de traînage qui résulte d’un release un peu long peut être confortable, pour certaines sonorités synthétiques, mais n’est que difficilement contrôlable dans le cas d’une prise de son acoustique.

Synthétiser une enveloppe

Il y a deux cas précis d’exploitation de l’ADSR dans nos manipulations pratiques. La première nous renvoie évidemment au synthétiseur. Les premiers modèles analogiques prévoyaient que l’on puisse ajuster chaque section de l’existence d’un son, à l’image des modèles des instruments acoustiques. Dans le cas du synthétiseur, le filtre d’enveloppe (ou EG, pour enveloppe generator) commande un VCA (Voltage Controlled Filter) et asservit le niveau sonore du signal aux réglages des paramètres ADSR. En clair, l’oscillateur produit un signal de puissance constante qui va être routé vers un VCA qui recevra ses instructions de commande de l’ADSR : le VCA modifie son niveau de fonctionnement en fonction de la tension qui l’alimente. Celle-ci est délivrée par l’ADSR. L’enveloppe décrite à la figure 2 correspondrait à l’action suivante, sur le bouton de volume d’un ampli : montée progressive de zéro » jusqu’à un niveau choisi (A), puis réduction rapide (D) jusqu’à un second niveau stable (S), puis descente progressive jusqu’à zéro (R). Si l’on analyse bien, les réglages d’ADSR permettent d’ajuster le temps pour passer du A au D, puis du D au S et enfin, du R à… plus rien, et le niveau relatif du S, déduit de la différence entre la fin de l’attaque et la fin du decay.

Fig. 4 : Le générateur d’enveloppe du DX7 Yamaha

Un peu d’histoire

Cette approche a longtemps été considérée comme suffisante, même si l’on doit reconnaître une certaine approximation: en effet, on ne joue pas sur les niveaux absolus des segments A, D et R, mais sur des niveaux relatifs définis par le niveau du Sustain… Il faudra attendre le DX7, au début des années 80, pour que l’on puisse voir apparaître des générateurs d’enveloppe à huit réglages (Fig.4), séparant niveau et temps. Si un tel dispositif a apporté de nouvelles opportunités en termes de capacités d’ajustement et de création sonore, la restitution des transitoires par le biais d’un simple système de filtrage n’est pas encore satisfaisante, et la numérisation des échantillons sonores a, avec le D50 Roland, permis d’utiliser de véritables attaques échantillonnées avec des sons synthétiques. Tous les constructeurs ont ensuite appliqué des technologies équivalentes sur leurs instruments. De nos jours, la modélisation physique permet de recréer les enveloppes originales des instruments et leurs interactions sur les sonorités fabriquées, mais les paramètres A, D, S, R restent toujours présents pour ajuster les enveloppes dynamiques des sons.

De la compression…

Deuxième condition où le musicien-technicien peut se trouver confronté à la manipulation d’un générateur d’enveloppe: le compresseur. Ce dernier dispose en effet souvent de réglages d’enveloppe, qui vont moduler dans le temps l’action de compression (Fig.5).

Selon les équipements, on trouvera essentiellement un réglage d’Attaque, correspondant au temps de montée de l’action de compression une fois que le signal a atteint le seuil de compression. En réglant l’attaque lente, l’action du compresseur sera beaucoup plus discrète et permettra une utilisation dont l’efficacité sera maintenue, mais sans que l’effet soit sensible : à recommander pour un mixage classique, par exemple. En revanche, toutes les crêtes instantanées correspondant à des attaques courtes risquent d’échapper au traitement. Une attaque réglée courte permettra au compresseur d’agir instantanément, mais l’effet de pompage caractéristique risque d’être perçu. En musiques actuelles, cela peut donner un effet intéressant, si on l’exploite tout de même avec parcimonie. On peut aussi parfois trouver un réglage de release, correspondant au temps de fermeture du compresseur qui modifiera le temps mis par celui-ci pour revenir à sa valeur de gain initial. De même que pour l’attaque, un temps moyen sera plus discret, en restituant le niveau d’origine plus délicatement. À l’opposé, un release réglé sur zéro pourra, si le compresseur doit se déclencher fréquemment, donner des effets de vague du niveau particulièrement désagréable…

Fig 5a : le compresseur standard de Cubase

Fig 5b : le plug-in TC Electronics TC CL1B modélisant un compresseur à lampe

TECHNIQUES DU SON

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