LA SYNTHESE SOUSTRACTIVE

~ Son application dans les synthétiseurs ~

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La synthèse soustractive est une méthode de synthèse sonore qui repose sur le fait d'utiliser des formes d'onde complexes et riches en harmoniques puis de retirer les fréquences indésirables par filtrage. C'est pour cela qu'on l'appele synthèse "soustractive". Elle est utilisée dans les synthétiseurs analogiques et numériques, et leurs modélisations virtuelles que l'on trouve dans tous les logiciels musicaux qui sont des studios virtuels.


Vous trouverez aussi, en plus de ce tutoriel, une série de 20 videos sur ma chaine YouTube, qui couvre un plus grand nombre d'aspect de la synthèse sonore que celui-ci. Ces 20 videos (plus de 2 heures cumulées), sont classées par ordre "d'apprentissage".


Cette page détaille un certain nombre de termes et d'éléments utiles à la compréhension du fonctionnement des synthétiseurs, et elle aborde brièvement d'autres types de synthèse.

Pour la mise en pratique :
C'est justement dans les applications en ligne gratuites que l'on peut s'initier à la création sonore avec leurs synthétiseurs virtuels. Sur ce site, vous trouverez des tutoriaux sur ces applications, telles que Audiotool (tutoriel) , OhmStudio (tutoriel) ,AudioSauna (tutoriel) ou encore Soundation (tutoriel) .

Une autre application en ligne gratuite est Patchwork Synth (tutoriel) . C'est un synthétiseur modulaire à assembler. Certains "patchs" construits dans celui-ci permettront d'illustrer de façon simple certaines des descriptions qui suivent. Il faut pour cela télécharger le patch (une archive .zip à décompresser), puis l'ouvrir dans cette application. Reportez-vous à la page de tutoriel de celle-ci pour avoir plus d'informations.

Enfin, vous trouverez en bas de page un lexique traduit en français de tous les termes utilisés dans cette page ou que l'on retrouve dans les synthétiseurs et qui sont tous en langue anglaise.

Knob

Exemple basique de Synthèse Soustractive


exemple synthèse soustractive

Voici donc le shéma de base : On génère une forme d'onde (en général riche en harmonique comme un signal carré ou en dents-de-scie) avec un oscillateur (VCO pour Voltage-Controled Oscillator). Le signal est ensuite filtré par un...filtre (VCF pour Voltage-Controled Filter) pour retirer ou atténuer les fréquences indésirables, puis amplifié par un... amplificateur (VCA pour Voltage-Controled Amplifier) pour contrôler l'intensité du son sur une durée déterminée (comme pour un instrument de musique à l'état naturel), le output étant le système d'écoute. C'est aussi simple que cela, mais la connaissance de l'architecture de base permet de comprendre rapidement le fonctionnement d'un synthétiseur de façon claire. Tous ces modules sont bien sûr détaillés dans cette page.

Voici un patch très basique qui illustre la base de la synthèse soustractive (à ouvrir avec Patchwork Synth). Vous pouvez faire varier la fréquence de l'oscillateur (hauteur de la note), augmenter la résonnance du filtre et faire varier la fréquence de coupure de celui-ci (l'endroit où l'on commence à filtrer les fréquences) :
PW (zip) : Subtractive synthesis basics .

Explication du terme "signal" :
On parle ici de générer un signal. Un signal est l'équivalent électrique d'un son : Le son est une vibration qui modifie la pression de l'air dans lequel elle se propage; Le signal est un courant électrique qui fait fonctionner un haut-parleur, dont le mouvement de la membrane reproduit les variations de pression de l'air qui restituent le son d'origine. Dans le cas d'un oscillateur, il produit lui-même un signal électrique.


Exemple plus élaboré de Synthèse Soustractive


exemple synthèse soustractive

A partir de l'architecture de base, on créé des modulations du signal avec d'autres modules, notamment l'Oscillateur basse-fréquence (LFO pour Low-Frequency Oscillator) et les générateurs d'enveloppe ADSR. Ces modules sont appelés des modulateurs (modulators) ou des modificateurs (modifiers = mods). La modulation est, en synthèse sonore, la variation périodique de certaines caractéristiques de la forme d'onde (fréquence, amplitude, etc...).
Dans l'exemple ci-dessus, on va "moduler" le son de l'oscillateur (VCO) avec une très basse fréquence (LFO), puis moduler le filtrage et l'amplitude avec des générateurs d'enveloppe.


Exemple de Synthétiseur Analogique


exemple de Synthétiseur Analogique

Voici enfin l'architecture complète d'un synthétiseur analogique (complète mais "basique" !) : Le Trigger est le matériel qui déclenche l'évènement sonore, en général c'est un clavier (mais ça peut aussi être une surface de contrôle comme un touch pad ou un capteur MIDI) ; On retrouve ensuite nos 3 modules de base puis le système d'écoute (Monitor Amp).


Les propriétés d'un son :

Avant de commencer, il faut définir les 3 propriétés de base d'un son : La Hauteur (pitch), le Timbre (=) et l' Intensité (loudness), même si les explications détaillées de certains termes se trouvent dans les chapitres suivants.

~ La hauteur d'un son est le terme musical équivalent au terme scientifique de fréquence, qui exprime le nombre d'oscillations par seconde résultant de la vibration d'un son. La fréquence se mesure en nombre de cycles par seconde (CPS), et est exprimée en Hertz (Hz). Plus les cycles sont fréquents (c.a.d. le nombre de fois qu'ils se reproduisent périodiquement dans 1 seconde), plus la hauteur du son est haute (donc aigüe), comme une flûte piccolo. Des cycles moins fréquents produisent donc un son plus grave, comme celui d'un tuba. L'oreille humaine peut percevoir des sons entre 20 Hz et 20 000 Hz, du grave aux aigus.

~ Le timbre représente la qualité et les caractéristiques spécifiques d'un son et d'un instrument. Ce terme décrit en fait l'apparence ou la structure harmonique de la forme d'onde d'un son. On peut visualiser sur un oscilloscope l’allure temporelle et l'amplitude de la forme d'onde (l'amplitude étant perçue comme le volume). Par exemple, à hauteur et intensité égales, le son d'une flûte à bec ressemble à une forme d'onde carré, celui d'une trompette ressemble à une forme d'onde en dents-de-scie, et celui d'une flûte traversière à une forme d'onde sinusoïde.

~ L'intensité d'un son fait référence au volume. L'intensité est le terme musical qui exprime le niveau dynamique, autrement dit la force de la pression de l'air qui atteint nos oreilles lorsqu'on perçoit un son. Par exemple, un son mesuré entre 20 et 50 dB (décibels) exerce peu de "pression" sur nos oreilles. Un son entre 80 et 100 dB exerce une forte pression sur nos oreilles. Un son au-delà de 115 dB est dangereux et risque d'endommager l'audition.

L' Oscillateur / Les Formes d'onde

L'Oscillateur

L'oscillateur (VCO = Voltage Controlled Oscillator = oscillateur commandé en tension), créé une forme d'onde périodique (qui se répète constamment), à une fréquence donnée. Le taux de fréquence de ces répétitions détemine la hauteur (pitch) de la forme d'onde. Ces sons sont ensuite modifiés par des filtres, des amplificateurs et des modulateurs.
La notion d'harmonique sera souvent citée ici. Le chapitre suivant traitera de ce composant d'un son musical.
Voici les 4 formes d'onde les plus courantes :

La forme d'onde Sinusoïdale (Sine)

forme d'onde sinusoïde

La forme d'onde "sinusoïdale" est la plus simple de toutes les formes d'onde. Elle est composée uniquement de la fréquence de la première harmonique appelée fréquence fondamentale. Sa forme d'onde est très "lisse". Elle est à l'origine utilisée dans la synthèse additive (voir le chapitre sur la synthèse additive) comme base pour créer des formes d'onde complexes. Voici un exemple sonore de la sinusoïdale :

La forme d'onde Triangle (Triangle)


La forme d'onde "triangle" contient, en plus de la fréquence fondamentale, un très petit nombre d' harmoniques impaires. Elle convient bien à la création de "sons flûtés".

forme d'onde triangle analyse spectrale de la forme d'onde triangle

Représentations temporelle et spectrale d'un triangle

En voici un exemple sonore :

La forme d'onde Carré (Square)


La forme d'onde "carré" contient, en plus de la fréquence fondamentale, toutes les harmoniques impaires. Elle convient bien à la création de sons d'instruments à vent comme la "clarinette".

La forme d'onde Carré analyse spectrale de la forme d'onde carré

Représentations temporelle et spectrale d'un carré

En voici un exemple sonore :

La forme d'onde en Dents-de-scie (Saw-tooth)


La forme d'onde "dents-de-scie" contient, en plus de la fréquence fondamentale, les harmoniques paires et impaires à des amplitudes décroissantes. C'est donc la forme d'onde la plus riche en harmonique, avec le son le plus "agressif" (dans le bon sens du terme), des 4 décrites ici. Elle convient bien à la création de "sons de cuivres".

La forme Dents de scie analyse spectrale de la forme d'onde dents-de-scie

Représentations temporelle et spectrale d'une dents-de-scie

En voici un exemple sonore :

Le Bruit Blanc (White Noise)

Le Bruit Blanc

Un oscillateur particulier produit une forme d'onde non-périodique (qui ne se répète pas), contenant un large spectre d'harmoniques. Les humains ne perçoivent pas le "bruit" produit comme une hauteur de note. Ses fréquences variables sont plutôt décrites comme des "couleurs". Dans les synthétiseurs, on utilise le bruit blanc (white noise) qui contient toutes les fréquences. Le bruit rose (pink noise), quant à lui, contient toutes les fréquences en intensité décroissantes. Le bruit est par exemple utilisé en plus d'autres formes d'onde pour "salir" le son.

Voici un patch très basique qui contient un générateur de "bruit" (à ouvrir avec Patchwork Synth). Vous pouvez faire varier la fréquence du filtre pour passer d'un bruit rose à un bruit blanc et re-créer le son du vent ou des vagues maritimes :
PW (zip) : Noise generator .

Sinon, voici un exemple sonore d'un générateur de bruit statique (non filtré) :

Forme d'onde complexe extraite d'un échantillon Audio

Forme d'onde complexe extraite d'un échantillon Audio

Sur l'image, on voit le graphique d'une forme d'onde complexe et assymétrique, à l'opposé des formes d'onde précedentes (dont on peut voir la "périodicité"). Il s'agit d'un rythme de batterie, pour l'exemple. Ce qui est représenté graphiquement sont les variations d'amplitude dans le temps, autrement dit ce qui est perçu comme les variations de volume du son concerné. Ecoutez l'échantillon Audio :

L'Oscillateur basse-fréquence (LFO)

L'Oscillateur basse-fréquence

L'Oscillateur basse-fréquence (Low-Frequency Oscillator = LFO) est un oscillateur particulier qui génère une fréquence infra-sonique, c.a.d. une fréquence située en-deça de la capacité de l'ouïe humaine (elle génère une très basse fréquence en deça des 20Hz, seuil d'audibilité de l'homme). Il s'agit d'un "contrôleur" appelé un modulateur qui est utilisé comme source de "modulation".

Les harmoniques


Les harmoniques

L'harmonique est un composant à part entière d’un son musical, une de ses fréquences. Il s’agit d’une fréquence multiple (paire ou impaire) de la fréquence fondamentale. La fréquence fondamentale est appelée harmonique de rang 1, c'est elle que l'on entend dans une forme d'onde sinusoïdale. Les harmoniques sont des sinusoïdales qui se superposent à la fondamentale, et elles ont une amplitude décroissante en fonction de leur rang.
Les partiels sont des multiples non-entiers de la fondamentale, et sont très présents dans les sons de type métallique comme celui d'une cloche, par exemple.
Le contenu harmonique d'un son est le principal élément constitutif du timbre.
Si l'on prend comme note fondamentale le « la1 » (110 Hz) du piano (correspondant aussi à la corde de La à vide sur la guitare), les harmoniques sont toutes les notes ayant pour fréquence un multiple de 110. Les harmoniques d’une note sont donc forcément plus aiguës que cette note fondamentale. L'image ci-dessus montre les fréquences multiples d'un son fondamental de 110 Hz . Par exemple, la fréquence de 220 Hz (2ème harmonique) est située une octave au-dessus de la Fondamentale, la 3ème harmonique est à peu près la quinte de la fondamentale une octave-au-dessus, la 4ème harmonique se situe deux octaves au-dessus de la Fondamentale, la 5ème est à peu près la tierce de la fondamentale deux octaves au-dessus, etc...
En conclusion, plus il y a d'harmoniques dans un son, plus celui-ci est riche (c'est le cas des formes d'onde en dents-de-scie).

Le Filtre / Les Types de filtre

le filtre

Le module de filtage des fréquences VCF (pour Voltage-Controled Filter) est l'élément central de la synthèse soustractive puisqu'il permet justement de laisser passer, d'atténuer et de supprimer de manière sélective une portion des fréquences d'un signal Audio. Il y a principalement 4 types de filtres dans la synthèse soustractive : LPF, HPF, BPF ou Notch.
Dans un filtre, on doit d'abord définir la fréquence de coupure (cut-off frequency), qui est la fréquence à partir de laquelle on va laisser passer ou rejeter les fréquences du signal.
Les 4 principaux types de filtre sont décrits ici :

Le Filtre passe-bas (LPF)

Filtre passe-bas

Le Filtre passe-bas (LPF = Low-Pass Filter) laisse passer toutes les fréquences en-deça de la fréquence de coupure, donc les "fréquences graves" d'un signal Audio. L'image est suffisamment explicite...

Le Filtre passe-haut (HPF)

Filtre passe-haut

A l'inverse, le Filtre passe-haut (HPF = High-Pass Filter) laisse passer toutes les fréquences au-delà de la fréquence de coupure, donc les " fréquences aigües" d'un signal Audio. Ce type de filtre est l'inverse du précédent.

Le Filtre passe-bande (BPF)

Filtre passe-bande

Le Filtre passe-bande (BPF = Band-Pass Filter) agit lui comme un filtre qui rejette en partie les fréquences graves et les fréquences aigües tout en laissant passer la bande centrale des fréquences d'un signal Audio. Ce type de filtre est l'inverse du suivant, le Notch filter.

Le Filtre coupe-bande (Notch Filter)

Filtre coupe-bande

Le Filtre coupe-bande supprime ou atténue une bande centrale de fréquences tout en laissant passer les fréquences plus graves ou plus aigües. Là aussi, l'image est suffisamment explicite, bien qu'elle représente plutôt ce qu'on appele un Band-Reject Filter. La seule différence, c'est que le Notch Filter agit sur une bande de fréquences centrale plus étroite que le Band-Reject Filter. C'est là qu'intervient la notion de facteur Q : Il permet de déterminer la largeur de bande affectée par le filtre. Plus ce facteur est élevé, plus la largeur de la bande de fréquences affectée par le filtre sera étroite (donc plus sélectif). Bien qu'on ne trouve pas de "facteur Q" sur les filtres des synthétiseurs, il est important de connaitre cette notion car elle est présente dans les égaliseurs pour les instruments et le mixage, qui sont eux aussi des sortes de filtre.

La Résonnance du filtre (Resonance)

La Résonnance du filtre

La Résonnance du filtre permet d'accentuer les harmoniques proches de la fréquence de coupure. Elle permet d'éclaircir le son, c.a.d. de le rendre plus brillant. En voici un exemple sonore :


L'enveloppe d'amplitude (ADSR)

enveloppe adsr

L'enveloppe d'un son, c'est sa forme et son contour caractérisés par ses changements d'amplitude qui déterminent sa durée. La notion d'amplitude est décrite juste après. Quatre paramètres principaux permettent de "dessiner le contour" (l'enveloppe) d'un son, ce sont les 4 phases de l'enveloppe :

~ L'attaque est la première phase de l'enveloppe d'un son alors qu'il tend vers son amplitude maximale. Il détermine la vitesse à laquelle l'enveloppe s'ouvrira quand elle sera déclenchée. C'est un paramètre mesuré en temps, que l'on peut assimiler au "fondu entrant" (fade-in).
~ Le déclin est la deuxième phase de l'enveloppe d'un son, qui va de la crête de l'amplitude maximale de l'attaque (peak) jusqu'à la phase suivante, la phase de maintien. Notez que si le paramètre de maintien est "à fond", le déclin est inopérant. C'est aussi un paramètre mesuré en temps.
~ Le maintien, troisième phase de l'enveloppe, a une amplitude constante, tant que la touche du clavier reste enfoncée. Ce n'est pas un paramètre de durée puisque la durée est cette fois déterminée par le "trigger" (déclencheur). Son réglage détermine l'amplitude (le volume) auquel le son restera dans cette phase. Dans l'immense majorité des cas, le maintien est soit en position maximale soit en position minimale.
~ Le relâchement est la dernière phase de l'enveloppe d'un son alors qu'il tend vers une amplitude nulle. Il détermine le temps que mettra le son pour "s'éteindre" une fois la touche du clavier relâchée. C'est donc aussi un paramètre mesuré en temps , que l'on peut assimiler au "fondu sortant" (fade-out).

L'enveloppe d'amplitude consiste en fait à créer une automation du volume "Master" .



Voici quelques exemples d'enveloppe d'amplitude classiques, avec un ou plusieurs exemples audio pour illustrer chacun d'eux.
Tous les sons ont été créés avec le Soundschool Analog de Native Instruments, un synthé virtuel gratuit.


exemple d'adsr

Cordes - violon, violoncelle, etc... (strings) / avec en plus un peu de fade-in...

Son de cloche (bells)



exemple d'adsr

Piano Fender Rhodes (electric piano)

Basse (bass)



exemple d'adsr

Thème ou solo (lead)

Orgue Hammond (Hammond organ) / même type d'enveloppe



exemple d'adsr

Nappes (pads)



exemple d'adsr

Séquence (sequence) / arpeggiateur ou séquenceur pas à pas



L'AMPLITUDE

l'amplitude

L'enveloppe d'un son étant caractérisée par ses changements d'amplitude, voici une brève description de celle-ci : L'amplitude est la hauteur relative d'une forme d'onde mesurée depuis le point "zéro". C'est la caractéristique d'un son qui détermine son intensité. Elle est perçue par nous, les humains, comme le volume d'un son. Sur l'image, c'est une variation d'amplitude qui est graphiquement représentée, qui se traduira par une perception de changement de volume de ce son. Pour autant, l'amplitude d'un son est une constante, alors que la perception du volume d'un son peut varier (si l'on se bouche les oreilles, par exemple).


La Pulse-width modulation (PWM)

Modulation à Largeur d'Impulsion

La modulation à largeur d'impulsion, appelée "pulse-width modulation" en anglais (PWM sur les synthétiseurs), consiste à modifier la largeur d'une forme d'onde rectangle. Cette forme d'onde se caractérise par le changement de son contenu harmonique en fonction de la proportion du rectangle. C'est une forme d'onde riche en harmoniques qui convient bien à la création de sons des instruments de la famille des "bois" (reed) comme le saxophone, ou pour émuler des sons de guitare électrique.
Sur l'image, on voit une onde "rectangle" dont la proportion de sa période haute et basse (autour du point zéro) varie de 90% à 50 %, puis à 10%. A 50%, la forme d'onde devient carrée. Elle est décrite dans le chapitre sur les oscillateurs et les formes d'onde.

Voici la représentation spectrale d'une "impulsion" :

analyse spectrale d'une impulsion

Voici un exemple sonore d'une forme d'onde rectangle modulée par la largeur d'impulsion (pulse-width) :

Le Ring Modulator

Le Ring Modulator

Un "ring modulator" ou modulateur en anneau est alimenté en entrée par 2 signaux Audio provenant de 2 oscillateurs. Ces 2 signaux sont associés dans une seule sortie (output), qui réunit la somme et la différence de chacune des fréquences des signaux d'origine, tout en supprimant les signaux originaux. Le son créé est souvent dissonant : Si les 2 oscillateurs sont à la même fréquence, rien ne se passe; Si l'on désaccorde légèrement un des deux à une fréquence supérieure ou inférieure, les harmoniques dissonantes sont accentuées et l'on obtient un son équivalent à un tintement métallique et strident. Le ring modulator est souvent utilisé pour réaliser des sons de cloches.


Le shéma ci-dessous montre le câblage d'un "patch" de ring modulation tel qu'il serait réalisé avec un synthétiseur modulaire.

Le Ring Modulator en exemple

Ecoutez un exemple sonore de modulation en anneau (ring modulation) :

Le Sample & Hold (S & H)

unité de sample and hold

Le "sample and hold", ou échantilloneur-bloqueur, nécéssite 2 entrées : un signal Audio et un signal "déclencheur" (le trigger). Celui-ci est en général un générateur de bruit (noise oscillator). Le sample and hold prend un "échantillon" de la tension d'entrée (du signal Audio) quand une impulsion de déclenchement est reçue (du trigger). Il la conserve jusqu'à l'arrivée d'une nouvelle impulsion, et ainsi de suite.

Le shéma ci-dessous montre le câblage d'un "patch" de sample & hold tel qu'il serait réalisé avec un synthétiseur modulaire.
(L'oscillateur le plus à gauche génère en général une très basse fréquence)

exemple de sample and hold

Voici un patch qui contient un example basique de sample & hold (à ouvrir avec Patchwork Synth) :
PW (zip) : Sample and Hold



Modulation d'Amplitude (AM)

Modulation d'Amplitude - tremolo

Même si la notion de modulation d'amplitude (AM = Amplitude Modulation) et celle qui suit, la modulation de fréquence, ne sont pas essentiels à la compréhension du fonctionnement d'un synthétiseur, il est bon de rappeler leurs différences, tant les termes musicaux qui leur sont équivalents, "tremolo" ou "vibrato", sont souvent utilisés à la place l'un de l'autre.
Le tremolo est donc le terme musical de la "modulation d'amplitude" qui désigne une variation périodique de l'amplitude d'un signal modulé (perçu comme une variation de volume).
Voici 2 exemples explicites de cette confusion qui concernent directement les guitaristes (dont je suis) : On a longtemps appelé Tremolo bar la "barre de vibrato" encastrée dans le chevalet et qui permet de faire varier la hauteur des notes ! Il s'agit donc bien d'une barre de "vibrato". A l'inverse, beaucoup d'unités qui équipaient les amplificateurs de guitare (Fender notamment!) étaient appelées "vibrato unit" alors que l'effet était en fait une modulation d'amplitude, donc un(e) "tremolo unit"...

Ecoutez l'exemple sonore d'un Tremolo :

Modulation de Fréquence (FM)

Modulation de Fréquence - vibrato

Pour ne pas confondre le "tremolo" et le "vibrato" (voir le précédent chapitre), précisons que le vibrato est le terme musical de la "modulation de fréquence" (FM = Frequency Modulation) qui désigne une variation périodique de la fréquence d'un signal modulé (perçu comme une variation de hauteur de note = "pitch").
P.S. : Ne confondez pas le terme "modulation de fréquence" et la synthèse à modulation de fréquence décrite plus bas...

Ecoutez l'exemple sonore d'un Vibrato :

Le Glide, effet de Portamento

le portamento

Le "glide" est un paramètre du synthétiseur qui permet de contrôler la vitesse à laquelle un oscillateur va aller d'une note à la suivante. On obtient un effet de portamento, qui désigne un effet de glissement d'une note à l'autre dans le style vocal. Cet effet particulier de "glissando" ne peut pas être réalisé sur un piano ou un instrument fretté, car le glissando obtenu fait entendre les notes intermédiaires. Ce n'est pas le cas pour une voix, un violon ou l'effet de glide d'un synthétiseur, qui peuvent eux, réaliser un vrai portamento.

Voici un patch qui contient un slew limiter (à ouvrir avec Patchwork Synth). Le Slew Limiter permet d'obtenir des effets de "portamento", mais il peut aussi servir de filtre passe-bas basique. En français, cela s'appele un lisseur de pics de tension. Dans le patch, il faut "linker" (associer) le "slew up et down" et le remettre à fond à droite pour annuler l'effet de "glide". Essayez diverses positions.
PW (zip) : Slew Limiter .

Voici un exemple sonore d'un pattern sans le Glide, puis avec le Glide :

Le Keyboard Tracking

Présent dans (presque) tous les synthétiseurs, ce paramètre donne au clavier (keyboard) une fonction en plus de celle de "trigger" (déclencheur d'évènements) : Il peut aussi servir de modulateur (modulator), autrement dit de contrôleur. En effet, on peut en général, grâce à ce paramètre, faire varier l'ouverture de l'enveloppe appliquée à l'amplitude ou au filtre en fonction de la hauteur des notes jouées.


La Synthèse Additive

La Synthèse Additive

La Synthèse Additive est une méthode de synthèse sonore bien antérieure à toutes les autres. L'orgue Hammond en est un exemple, que l'on pourrait "imager" comme un synthétiseur à 9 oscillateurs. Tous les synthétiseurs (ou presque) combinent plusieurs méthodes de synthèse sonore, dont bien évidemment celle-ci. Elle consiste à la base à associer des formes d'onde (des sinusoïdes, qui ne comportent donc que la fréquence fondamentale), pour créer de nouvelles formes d'onde complexes.

Voici un patch qui reproduit plus ou moins le patch décrit sur l'image (à ouvrir avec Patchwork Synth). 4 Oscillateurs génèrent une forme d'onde sinusoïde avec des fréquences multiples de la note La (55, 110, 220 et 440 Hz), mais légèrement désaccordés avec une fréquence proche de ces valeurs et un peu de detune pour créer des effets de modulation.
PW (zip) : Additive synthesis basics .

La Synthèse FM

La Synthèse FM

Une autre méthode de synthèse très employée dans les synthétiseurs est la synthèse à Modulation de Fréquence : Comme le montre l'exemple du patch sur l'image, elle consiste à la base à créer de nouvelles formes d'onde en utilisant une "forme d'onde modulante" appelée modulateur (modulator) pour changer périodiquement la fréquence d'une autre forme d'onde appelée porteur (carrier).


Historique du Synthétiseur Analogique

~ L'art de sculpter le Son ~
synthé moog de google

C'est dans les années 60 que l'art du "Sound Sculpting" a débuté avec l'apparition du synthétiseur analogique et de son concept de commande en tension (voltage control). Le Sound Sculpting (littéralement Sculpture du Son), souvent associé au début des Musiques Electroniques, est une forme artistique appelée performance pendant laquelle un artiste ou un groupe d'artistes utilisent des synthétiseurs, des platines-disque, des boucles faites avec des bandes magnétiques et divers objets acoustiques amplifiés pour créer un environnement sonore continu . Le synthétiseur analogique était souvent la "star" de ces performances car il permettait aux artistes de créer les sons les plus étranges grâce à la possibilité d'agir sur ses paramètres en temps réel.
Véritable "rejeton" de l'ordinateur analogique, l' "analog synthesizer" contient des oscillateurs, des filtres et des circuits d'amplification destinés à imiter les caractéristiques sonores des instruments acoustiques pour créer de nouveaux sons, irréalisables avec ceux-ci. Malgré cela, beaucoup de compositeurs utilisent les synthétiseurs analogiques ou numériques pour imiter les instruments acoustiques familiers.
Mais le plus gros inconvénient de l'utilisation des premiers synthétiseurs analogiques dans les "performances", était l'impossibilité de mémoriser les sons créés dans celles d'avant. Ce n'est qu'à partir des années 70 que l'apparition des micro-processeurs (moins chers et plus fiables) a permis la sauvegarde de sons pré-réglés dans des circuits numériques de mémoire. Les instruments disponibles dans le commerce devinrent des hybrides analogiques - numériques. L'ajout de circuits numériques changea de fait la façon de programmer les synthétiseurs par les musiciens, qui utilisèrent de plus en plus des algorithmes pré-programmés connus sous le nom de pré-réglages (presets). C'est à partir de ce moment que ces synthétiseurs perdirent de leur intérêt pour le Sound Sculpting.

~ L'évolution du synthétiseur ~

Dans les années 60, les premiers synthétiseurs analogiques étaient de (très) grande taille, chers et imprévisibles (certains composants électroniques altérant l'accordage au fur et à mesure de l'accroissement de leur température). Ils nécéssitaient le raccordement et le branchement de ses différents modules à chaque installation, mais ils offraient cependant la possibilité d'agir en temps réel sur un grand nombre de paramètres avec des potentiomètres (knobs) et des commutateurs (switches). Ils étaient par contre capables de ne produire qu'un son à la fois : Ils étaient monophoniques, donc des instruments solistes.

Dans les années 70, les fabricants d'instruments de musique électroniques inclurent la technologie informatique pour créer des instruments hybrides analogiques et numériques, grâce à la baisse du coût des micro-processeurs. Ces instruments conservaient la "chaleur" des sons analogiques mais voyaient en même temps diminuer le nombre de contrôleurs des différents paramètres. Ils permettaient cependant la mémorisation des presets et donnaient accès à la polyphonie, c.a.d.la possibilité de jouer plusieurs sons à la fois, comme un clavier ou une guitare.

Dans les années 80, les instruments entièrement numériques devinrent beaucoup moins chers à la fabrication et donc à l'achat, et ils avaient l'avantage d'être très fiables et peu encombrants. De plus, l'avènement de la norme MIDI (Musical Instrument Digital Interface) permit la communication entre les micro-processeurs de toutes les marques de synthétiseurs numériques, et l'affichage LCD (Liquid Crystal Display) permit de visualiser les presets et les différentes fonctions sous forme de menus. Malgré tout, la "froideur" du son et la difficulté de programmer des sons déjà "prêt-à-l'emploi" limitaient leur utilisation pour qui voulait créer des sons nouveaux et exploiter la richesse de la synthèse sonore.

Dans les années 90, le Processeur de Signal Numérique (DSP pour Digital Signal Processor) fut développé dans l'industrie des Télécommunications. Les fabricants de synthétiseurs les ont utilisés pour modéliser les synthétiseurs analogiques des années 60 et 70 (presque) oubliés depuis. Ils fabriquèrent des synthétiseurs numériques conçus pour ressembler et sonner comme des synthétiseurs analogiques. Les potentiomètres de contrôle en temps réel refirent leur apparition, remplaçant le système de programmation par menu des LCD (ou mélangeant les deux). Le modèle du synthétiseur analogique bénéficia alors de l'évolution et de la fiabilité des techniques de fabrication industrielle de l'électronique.

Depuis la fin des années 90, l'ordinateur personnel (PC pour Personnal Computer) est devenu de moins en moins cher, de plus en plus rapide et massivement utilisé par les musiciens. La technologie "DSP" a été incorporée au PC et permet à celui-ci de générer des sons. Les applications et les synthétiseurs virtuels se sont développés et sont devenus de plus en plus populaires dans le monde de la musique. Leur interface graphique (GUI pour Graphical User Interface) les font ressembler quasiment à l'identique aux modèles dont ils s'inspirent, et leur coût ne représente qu'une toute petite part de leur version hardware (le vrai instrument), en mettant bien sûr de côté le coût de l'ordinateur nécéssaire à leur utilisation. On trouve même aujourd'hui un grand nombre de synthétiseurs analogiques "virtuels" gratuits, ainsi que des applications gratuites tels que les studios virtuels accessibles directement en ligne comme ceux décrits au début de cette page !


Lexique anglais / français

Ce "lexique" traduit en français les termes utilisés dans cette page ou ceux que l'on retrouve habituellement dans les synthétiseurs et qui sont tous en langue anglaise.

LEXIQUE ANGLAIS - FRANCAIS
Additive synthesis Synthèse additive
Amount Quantité
Amplifier (VCA) Amplificateur
Amplitude =
Amplitude modulation (AM) Modulation d'amplitude
Attack (ADSR) Attaque
Band-pass filter (BPF) Filtre passe-bande
Carrier Porteur (signal)
Controller Contrôleur
Cut-off frequency Fréquence de coupure
Decay (ADSR) Déclin
Device Appareil
Digital Signal Processor (DSP) Processeur de signal numérique
Envelope (ADSR) Enveloppe d'un son (ADSR)
Feedback Rétroaction / Larsen
Filter (VCF) Filtre
Frequency Fréquence
Frequency modulation (FM) Modulation de fréquence
FM synthesis Synthèse à modulation de fréquence
Glide Portamento (glissement de note)
High-pass filter (HPF) Filtre passe-haut
Loudness Intensité
Low-frequency oscillator (LFO) Oscillateur basse-fréquence
Low-pass filter (LPF) Filtre passe-bas
Modifier Modificateur
Modulation =
Modulator Modulateur
Monitor Système d'écoute (ou enceinte)
Noise (white / pink) Bruit (blanc ou rose)
Noise generator Générateur de bruit (module)
Notch filter Filtre coupe-bande
Oscillator (VCO) Oscillateur
Overtone / Partial / Harmonic Harmonique
Pitch Hauteur (de note)
Plug (to plug in) Brancher
Preset Pré-réglage
Pulse Impulsion ou vibration à un rythme régulier
Pulse width modulation (PWM) Modulation à largeur d'impulsion (MLI)
Rate Taux
Rectangular wave Forme d'onde rectangle
Release (ADSR) Relâchement
Resonance (of the filter) Résonnance (du filtre)
Ring modulator (RM) Modulateur en anneau
Sample & hold (S & H) Echantilloneur-bloqueur
Saw-tooth wave (= Ramp wave) Forme d'onde en dents-de-scie
Setting Réglage
Sine wave Forme d'onde sinusoïde
Slew limiter (voir glide) Lisseur de pics de tension
Square wave Forme d'onde carrée
Subtractive synthesis Synthèse soustractive
Sustain (ADSR) Maintien (phase de)
Tremolo (AM) Tremolo (modulation d'amplitude)
Triangle wave Forme d'onde triangle
Trigger Déclencheur (d'évènements MIDI : Clavier, touchpad, capteur)
Vibrato (FM) Vibrato (modulation de fréquence)
Voltage Controlled (ex : VCO) Commandé en tension (ex : Oscillateur)
Waveform Forme d'onde

Une partie des ressources utilisées pour écrire cette page viennent de Chris PETERS, un musicien américain, pédagogue et professeur de Musiques Electroniques. Adepte du Sound Sculpting, voici une de ses performances en solo réalisée avec ses Martian Music Machines qu'il a lui-même conçu. Ce sont 4 modules destinés à être combinés pour créer un synthétiseur modulaire et exploiter la richesse de la synthèse sonore :


En conclusion, deux VIDEOS : Regardez d'abord la démonstration du synthétiseur analogique Minibrute de la marque française Arturia par Yves Usson, son créateur. Cette "démo" ( en français) a eu lieu dans le magasin de musique ComeBackMusic à Lyon. Vous retrouverez une grande partie des termes et explications exposés dans cette page dans une situation réelle :

-Lien externe-

Téléchargez un extrait du manuel en français de ce synthétiseur qui traite en partie
des notions abordées dans cette page et qui pourra vous servir de "mémo" :
La synthèse soustractive : Extrait du manuel du Minibrute d'Arturia

Faites un clic-droit et enregistrez-sous

Enfin, une video en anglais qui décrit l'histoire du synthétiseur sur une vingtaine d'années :