Signal

Pour ce premier article de la section synthèse sonore, je vais vous présenter aujourd’hui dans les grandes lignes les principales formes de synthèse existantes que l’on retrouve dans les synthétiseurs.


Synthèse soustractive

C’est la forme de synthèse la plus courante et celle à laquelle on pense en premier lorsqu’on imagine un synthétiseur. Cette technologie, qui se retrouve dans les synthétiseurs analogiques aussi bien que numériques, se retrouve dans tous les synthétiseurs classiques des années 70 et perdure aujourd’hui à travers le renouveau de l’analogique.

Schéma de principe de la synthèse soustractive

Schéma de principe de la synthèse soustractive

Les oscillateurs

Ici les sons sont produits par un ou plusieurs oscillateurs dont les fréquences de fonctionnement couvrent les fréquences audibles, à partir de signaux électroniques simples: dents de scie, carré, impulsion, triangle, sinus.

Le bruit peut être aussi utilisé pour produire des sons percussifs ainsi que des sons ressemblant à du vent ou des vagues.

Le filtre

Ces signaux bruts sont mixés ensemble et ensuite filtrés.Le filtre est un élément clé en synthèse soustractive car c’est lui qui va faire varier le contenu harmonique du signal en ne gardant qu’une partie du signal d’origine, d’où le nom de synthèse soustractive.

L’enveloppe de volume

Ce signal filtré passe ensuite dans une enveloppe de volume qui va faire varier le volume dans le temps et donner son caractère au son.

Les modulations

Une fois ce signal basique créé, il est possible de le moduler avec d’autres enveloppes ainsi que des LFO et des effets sonores.


Synthèse FM

En synthèse FM le son est produit par des opérateurs par modulation de fréquence (Frequency Modulation en anglais), c’est-à-dire qu’on utilise un signal pour moduler la fréquence d’un autre signal.La synthèse FM a émergé au cours des années 80 avec le Yamaha DX7 et continue d’exister aujourd’hui à travers des synthétiseurs pour la plupart logiciels tels que FM8.La FM est essentiellement numérique mais il est fréquent de trouver une forme simplifiée de FM, avec uniquement une porteuse et un modulateur, sur les synthétiseurs analogiques soustractifs. Ce sont alors les oscillateurs du synthétiseur analogique qui servent d’opérateurs.La synthèse FM est très efficace pour créer des sons métalliques ou percussifs notamment.

Les opérateurs

Un opérateur est la combinaison d’un oscillateur (OSC), d’un amplificateur (VCA) et d’une enveloppe (ENV).

Le schéma de principe d'un opérateur FM

Le schéma d’un opérateur FM: L’oscillateur est amplifié quand l’enveloppe est déclenchée

L’oscillateur (OSC) va générer des formes d’onde simples exactement comme en synthèse soustractive: dent de scie, sinus, triangle, carré, etc…Ce signal passe par un amplificateur (VCA) où il sera modulé dans le temps par une enveloppe (ENV).Un opérateur possède une entrée pour se faire moduler en fréquence et une sortie

Le routage

En fonction de leur routage ces opérateurs vont prendre les noms de porteur (carrier en anglais) ou modulateur (modulator en anglais).

 

Un routage FM simple avec 2 opérateurs

Un routage FM simple avec 2 opérateurs

Les porteurs sont les opérateurs qui produisent le son en sortie.Les modulateurs sont les opérateurs qui vont moduler la fréquence des porteurs. Les modulateurs stricts ne produisent pas de son.Un opérateur peut être à la fois porteur et modulateur.En fonction de l’architecture du synthétiseur le routage peut être fixe, offrir une sélection prédéfinie ou être entièrement modifiable.

 

Routage 4 opérateurs

Un routage un peu plus complexe de 4 opérateurs avec 3 modulateurs et 1 porteur

Routage 2 porteurs

Un autre exemple avec 4 opérateurs. Nous avons ici 2 porteurs et 2 modulateurs

Concernant le nombre d’opérateurs, les synthétiseurs FM proposent en général de 2 à 6 opérateurs. Il n’y a toutefois pas vraiment de limite supérieure. On a vu le Yamaha FS1R proposer jusqu’à 16 opérateurs dans les années 90.
D’un point de vue strictement pratique, 6 opérateurs sont largement suffisants pour la plupart des cas et offrent une palette sonore déjà très large.

Le filtre

Les synthétiseurs FM disposent en général d’un filtre mais celui-ci n’est pas systématiquement utilisé. C’est ici plutôt la combinaisons porteuse/modulateur qui sert à faire varier le contenu harmonique du signal. Le filtre n’arrive qu’en dernier recours pour affiner le signal de sortie.Dans certains synthétiseurs (FM8 entre autres) le filtre est un opérateur.

Les enveloppes

Les enveloppes sont très importantes en synthèse FM et comme on l’a vu plus haut sont implémentées directement dans les opérateurs. Chaque opérateur dispose de sa propre enveloppe et il n’y a pas d’enveloppe de volume globale comme en synthèse soustractive. Sur un synthétiseur FM l’enveloppe de volume est donc l’enveloppe du ou des porteurs.


Synthèse par tables d’ondes

Une table d’ondes est une collection de différentes formes d’ondes d’une seule période, avec des sonorités assez voisines, qui se lisent en boucle et sont mises bout à bout dans un fichier dont il est possible de faire varier en temps réel le point de départ du cycle et la forme d’onde choisie.Une table d’ondes contient différentes formes d’ondes avec des sonorités assez voisines qui se lisent en boucle. Ces formes d’ondes ne consistent qu’en une seule période d’un signal qui se répète. Il est possible de moduler la position de la table afin d’obtenir des sonorités intéressantes.A l’exception de la table d’ondes le reste de cette forme de synthèse est identique à la synthèse soustractive.

 

Un exemple d'ondes présentes dans une table

Un exemple d’ondes présentes dans une table

 

Quelques synthétiseurs connus qui utilisent cette technologie: PPG Wave, Access Virus, Native Instruments Massive, Xfer Serum.


Synthèse par échantillonnage

Il s’agit ici de la technologie utilisée dans les sampleurs. Elle est surtout utile pour obtenir des sons réalistes lorsqu’il y a multi-échantillonnage mais pas que. Elle peut aussi être utilisée de manière très créative pour produire des sons inattendus.Les sons sont produits à partir d’un échantillon sonore enregistré qui se lit en boucle ou en one-shot.Lorsque plusieurs échantillons sonores sont utilisés, on parle alors de multi-échantillonnage. Le multi-échantillonnage est utilisé pour produire des sons d’instruments réalistes en assignant un enregistrement par note afin d’éviter de déformer le son par modification de la vitesse de lecture en fonction de la note jouée.


Les autres formes de synthèse

Il existe d’autres formes de synthèse sonore mais celles-ci sont plus confidentielles. Nous pouvons citer entre autres:

  • La synthèse additive qui consiste à additionner des formes d’ondes simples afin de créer un signal plus complexe et riche en harmoniques. C’est ce que l’on retrouve notamment dans les orgues.
  • La synthèse granulaire qui est une variante de la synthèse par tables d’ondes. La table d’ondes contient ici des « grains » d’échantillons qui sont combinés ensemble pour produire un signal complexe.
  • La synthèse par distorsion de phase utilisée dans les synthétiseurs Casio CZ des années 80. C’est une variante de la synthèse FM.
  • La synthèse formantique qui est une autre variante de la synthèse par tables d’ondes où la table contient cette fois des éléments sonores caractéristiques de la voix humaine.
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