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Tout sur la synthèse sonore

La synthèse sonore - 30e partie

Chers amis, il est maintenant temps de nous quitter, tout du moins en ce qui concerne ce dossier. Cet ultime article présente un condensé de tout ce qui a été évoqué tout au long de cette série. J’espère qu’elle aura pu vous être utile, et je remercie tous ceux qui, par leurs commentaires constructifs, ont su l’enrichir.

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Les ondes 

Nous avons débuté notre voyage en terre sonore synthé­tique en nous remé­mo­rant que le son était avant tout consti­tué d’ondes. Celles-ci peuvent être de plusieurs natures en fonc­tion des éléments, notam­ment les harmo­niques, qui la composent. Elles sont dites pério­diques si elles se répètent. Des signaux sonores non pério­diques sont géné­ra­le­ment consi­dé­rés comme des bruits. Les ondes pério­diques possèdent toutes une fréquence fonda­men­tale qui déter­mine leur hauteur. Une sinu­soïde est une onde sonore qui ne possède aucune harmo­nique en dehors de cette fonda­men­tale. Selon la théo­rie de Fourier, tout signal sonore est en prin­cipe réduc­tible à un certain nombre de sinu­soïdes basiques. Une sinu­soïde est consi­dé­rée comme une onde simple. 

Les oscil­la­teurs

La Synthèse Sonore

Les ondes en ques­tion sont produites par ce que l’on appelle des oscil­la­teurs. Ceux-ci peuvent être de plusieurs sortes : 100 % analo­giques, analo­giques mais pilo­tés numé­rique­ment, ou 100 % numé­riques. Il existe des oscil­la­teurs dits « basse fréquence » ou LFO (Low Frequency Oscil­la­tor) qui produisent des ondes en dessous de la limite basse d’au­di­bi­lité (rappel : théo­rique­ment, l’être humain perçoit les signaux situés entre 20 et 20 000 Hz). Ces ondes ne sont pas desti­nées à être enten­dues direc­te­ment, mais à modu­ler des effets ou d’autres ondes. 

Les filtres

Les ondes complexes (carrées, trian­gu­laires, en dent de scie, etc.) peuvent se voir reti­rer des fréquences via un ou plusieurs filtres, afin de « sculp­ter » le son. Lesdits filtres peuvent eux aussi être de diverses natures et ne lais­ser passer que les fréquences basses (passe-bas), hautes (passe-haut), entre (passe-bande) ou en dehors de deux fréquences limites (coupe-bande). Cette méthode de travail sur le son via des filtres est dési­gnée sous le nom de « synthèse sous­trac­tive ».

L’étage d’am­pli­fi­ca­tion

Ce qui se situe entre, d’une part, le géné­ra­teur de son et l’étage de trai­te­ment (filtre notam­ment, mais nous verrons plus bas qu’il existe d’autres trai­te­ments possibles du son), et, d’autre part, les sorties audio du synthé­ti­seur, se nomme l’étage d’am­pli­fi­ca­tion.

Il se compose en géné­ral d’un ampli­fi­ca­teur analo­gique ou numé­rique, et est piloté par ce que l’on appelle une enve­loppe. Celle-ci regroupe un ensemble de para­mètres qui permettent de défi­nir comment est trai­tée l’am­pli­tude (le volume) du son au moment de sa sortie, en agis­sant sur l’at­taque, le déclin, le niveau de main­tien du son et son temps de dispa­ri­tion à la fin de la note. Deux choses sont à noter. Premiè­re­ment, les enve­loppes de certains appa­reils peuvent être plus complexes que cela. Deuxiè­me­ment, le compor­te­ment d’un filtre est souvent piloté lui aussi par une enve­loppe.

Les voix, la mono­die, la poly­pho­nie, la multi­tim­bra­lité

L’en­semble oscil­la­teur/filtre/ampli­fi­ca­teur ainsi que les enve­loppes sont les éléments de ce que l’on appelle une « voix ». À ces éléments s’ajoutent le « pitch trig­ger », l’« enve­loppe trig­ger » et le « gate » qui gèrent le déclen­che­ment des éléments précé­dents.

Les anciens synthé­ti­seurs ne pouvaient pas utili­ser plus d’une voix à la fois, donc ne permet­taient pas de jouer plus d’une note à la fois. Ils étaient donc « mono­diques ». Ce n’est que vers la fin des années 70 que les synthé­ti­seurs sont deve­nus poly­pho­niques. Et il a fallu attendre les années 80 pour qu’ils deviennent « multi­tim­braux », c’est-à-dire qu’ils puissent jouer des timbres diffé­rents simul­ta­né­ment.  

Le numé­rique, la norme MIDI et les effets embarqués

La Synthèse Sonore

Toutes ces évolu­tions se sont faites grâce à l’in­tro­duc­tion du numé­rique, et notam­ment la norme MIDI qui auto­rise des instru­ments élec­tro­niques à commu­niquer entre eux et/ou avec un ordi­na­teur.

Outre le fait qu’elle permette doré­na­vant de compo­ser – séquen­cer – des morceaux entiers pour les faire exécu­ter par les synthé­ti­seurs connec­tés ou bien les modules virtuels de l’or­di­na­teur, la norme MIDI permet égale­ment de pilo­ter les diffé­rents effets dispo­nibles sur les instru­ments élec­tro­niques tout comme sur leurs pendants virtuels : pitch bend, unis­son, porta­mento, vibrato, etc.

Les diffé­rentes formes de synthèse sonore

Nous avons évoqué la synthèse sous­trac­tive, mais il en existe bien d’autres. La plus ancienne forme de synthèse est la synthèse addi­tive, qui consiste non plus à tailler dans une onde complexe, mais à addi­tion­ner (d’où son nom) des ondes simples. Toute­fois, sa très grande complexité de mise en œuvre a incité un certain nombre de cher­cheurs à explo­rer la voie de l’échan­tillon­nage, c’est-à-dire de l’en­re­gis­tre­ment et du stockage numé­rique de formes d’ondes simples ou carré­ment de signaux sonores complets.

La Synthèse Sonore

D’autres ont voulu se libé­rer d’une autre contrainte de la synthèse addi­tive, à savoir l’im­pos­si­bi­lité de synthé­ti­ser un son évoluant dans le temps. Ainsi est née la synthèse granu­laire, non plus basée unique­ment sur des ondes simples, mais sur des ensembles regrou­pant notam­ment l’onde, sa fréquence, et son empla­ce­ment dans le temps. Un tel ensemble est appelé un « grain ». C’est cette forme de synthèse qui permet notam­ment les modi­fi­ca­tions sépa­rées de hauteur et de durée d’un signal sonore (comme vous le savez, en temps normal, la modi­fi­ca­tion de la hauteur d’un signal entraîne celle de sa durée, et vice versa).

Enfin, une autre manière de contrer les diffi­cul­tés liées à la synthèse addi­tive a été décou­verte lorsque l’on s’est rendu compte qu’un signal audio extrê­me­ment riche pouvait être généré en n’uti­li­sant que deux oscil­la­teurs : c’est le prin­cipe de la synthèse FM.

Voilà pour les formes prin­ci­pales de synthèse, mais il en existe encore bien d’autres : pulsar, par distor­sion de phase, forman­tique, arith­mé­tique linéaire, stochas­tique, graphique, etc. Elles sont toute­fois beau­coup moins répan­dues. 

Des instru­ments hors-normes

La Synthèse Sonore

Enfin, les recherches autour des instru­ments eux-mêmes ont donné lieu à l’ap­pa­ri­tion d’ou­tils tout à fait éton­nants, dont un synthé­ti­seur de plusieurs tonnes qui diffu­saient ses signaux sonores via les lignes télé­pho­niques, un synthé­ti­seur à cordes, et même un instru­ment que le musi­cien n’a même pas besoin de toucher physique­ment pour en jouer ! 

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Le Trautonium et le Thérémine

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