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La synthèse sonore - 30e partie

Tout sur la synthèse sonore

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.

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

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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

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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.

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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

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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 !