Généralités sur les Synthétiseurs

 

Il existe plusieurs sortes de synthèse : synthèse soustractive, synthèse FM, synthèse additive, synthèse granulaire (voir cette page sur la synthèse sonore)...

La plus répandue est sans conteste la synthèse soustractive (synthèse analogique).

 

Principe de synthèse

On crée un son
On joue sur la tonalité de ce son grâce à un filtre
On contrôle son volume au cours du temps

 

 

Création du son : l'oscillateur (VCO)

La plupart des synthétiseurs utilisent pour créer le son de base un oscillateur (VCO pour Voltage Controlled Oscillator). Il va permettre de choisir la forme d'onde (l'oscillateur est un circuit électronique conçu pour produire une forme d'onde électrique répétitive) et de contrôler la hauteur du son.

Ces formes d'ondes sont en nombre réduit :

sinusoïde (sine) :

Elément du son le plus basique, la sinusoîde consite en une note fondamentale pure (sans harmoniques). En elle-même, la sinusoïde ne produit pas un joli son, mais elle est souvent utilisée pour "épaissir" un programme, lui donnant de la profondeur, le rendant plus rond, plus plein. Cette forme d'onde est également souvent ajoutée à des programmes de basses pour leur donner un rendu plus profond. La sinusoîde est également très utilisée en synthèse FM.

 

dent de scie (sawtooth) :

Cette forme d'onde donne un son "brillant" qui est souvent utilisé comme base pour les sons de cuivres et les instruments à cordes. A cause de son caractère brillant elle est la plupart du temps filtrée pour lui ajouter de la chaleur et de la profondeur.

 

Carré (square) :

Elle est très utilisée pour créer des sons de "bois", également pour créer des sons de basse. elle sert aussi à épaissir des sons (utilisée comme un sous-oscillateur).

 

Bruit (noise) :

Le bruit inclut toutes les fréquences du spectre sonore. Il y a différentes nuances ou couleurs de bruit, les plus communs étant le bruit le bruit blanc et le bruit rose. On obtient les différentes couleurs de bruit en mixant les fréquences dans des proportions différentes.

 

 

Les filtres (VCF)

Le son produit par l'oscillateur d'un synthétiseur traverse le module VCF (Voltage Controlled Filter) pour en filtrer les fréquences. Chaque note aura son propre filtre (contrairement à un equaliseur qui affecte l'ensemble des notes de façon uniforme). Le filtre agira de façon active sur le son en étant modulé au moyen d'enveloppes (enveloppes de hauteur, de vélocité).

Le rôle du filtre est toujours le même : façonner un timbre de base , au contenu en harmoniques fixe ou variable, en supprimant une partie de ce qu'il reçoit en provenance de l'oscillateur.

 

Filtre Passe-bas (Low-pass) :

Le filtre passe-bas autorise les basses fréquences à le traverser. En fait lorsqu'il est complètement ouvert, toutes les fréquences peuvent le traverser. Et au fur et à mesure qu'on le ferme, il laisse progressivement passer moins de hautes fréquences et le son devient donc de plus en plus sourd.

L'effet du filtre passe-bas sur le son varie selon le type de forme d'onde choisie. Par exemple, un filtre passe-bas appliqué à une forme d'onde en dent de scie (qui est riche en hautes fréquences) aura un effet important sur celle-ci. Sur une forme d'onde de type sinusoîdale par contre (qui ne comporte pas d'harmoniques), le seul effet qu'aura un filtre passe-bas sera de réduire le volume du son qui le traverse.

 

Filtre Passe-haut (High-pass) :

C'est évidemment le contraire du précédent. Il autorise les hautes fréquences à le traverser., coupant progressivement les basses fréquences au fur et à mesure qu'on le ferme, le son devenant plus brillant.

 

Filtre Passe-bande (Band-pass) :

Le filtre passe-bande agit comme la combinaison des deux filtres précédents en coupant les fréquences aux deux extrémités du spectre sonore de manière à ne laisser passer qu'une bande de fréquences. Le contrôle de ce filtre permettra de fixer la fréquence centrale à laquelle tout le signal sera autorisé à passer. Le signal sera progressivement atténué de part et d'autre de cette fréquence.

Les filtres passes-bandes ont tendance à manger une bonne part de l'énergie du signal, et il faudra rebooster le niveau du signal après ce filtrage.

 

 

Les contrôles de filtres :

Fréquence de coupure (Cut-off frequency) :

La fréquence de coupure est le point à partir duquel un filtre commence à avoir de l'effet. Par exemple, un filtre Passe-bas dont on aura fixé la fréquence de coupure à 8 KHz réduira progressivement le spectre sonore situé au-dessus de 8 KHz sans toucher les fréquences situées en-dessous.

 

Resonance :

La résonance booste le spectre sonore situé aux alentours de la fréquence de coupure.

La resonance est généralement utilisé pour trois raisons : donner un son plus brillant, donner un son plus fin ou en tant qu'effet.

 

 

Les pentes de filtres (filter slopes) :

La vitesse à laquelle le son est réduit à partir de la fréquence de coupure est déterminée par la pente du filtre. cette pente s'exprime en dB/octave.

Si on prend un filtre Passe-bas de 6dB/octave, il réduira le son du signal source de 6 dB à 1 octave au-dessus de la fréquence de coupure, de 12 dB à 2 octaves au-dessus de la fréquence de coupure et de 18 dB à 3 octaves au-dessus de cette fréquence. L'effet d'un filtre 6dB sur une forme d'onde est subtil.

Un filtre 12dB réduira le volume d'une onde sonore de 12 dB pour chaque octave au-dessus de la fréquence de coupure. Ce type de filtres a beaucoup été utilisé dans les synthétiseurs japonais des années 80.

Un filtre 24dB réduira le volume d'une onde sonore de 24 dB pour chaque octave au-dessus de la fréquence de coupure. Ce type de filtres a beaucoup été utilisé dans les synthétiseurs américains. Le son traité par un filtre 24dB semblera plus épais que le même son traité par un filtre 12dB.

 

 

 

Ampli (VCA)

Le module VCA (Voltage Controlled Amplifier) reçoit le signal audio venant du VCF du synthétiseur (ou directement du VCO si le son n'est pas filtré), et ajuste son volume avant que le signal ne soit dirigé vers les haut-parleurs

 

 

 

Triangle II

Nous allons utiliser un synthétiseur pour illustrer la suite de nos explications. Il s'agit de Triangle II, un synthétiseur gratuit, qui présente toutes les fonctions de base présentée ici en une seule interface :

 

 

 

Modulation :

Qu'est-ce que la modulation ? C'est l'application d'un élément source sur un élément de destination. Par exemple si on module la hauteur d'un son (l'élément de destination) au moyen d'un oscillateur basse fréquence (l'élément source), on obtiendra un vibrato.

Pour pouvoir exprimer toutes les nuances qui donnent de la vie à un son, il faut être à même de jouer sur (ou de moduler) toutes les caractéristiques qui le composent.

 

Eléments permettant de moduler les caractéristiques du son :

les enveloppes :

Une enveloppe est un niveau qui change au cours du temps, représentable sous forme de courbe. La plus connue et la plus courante des enveloppes est l'enveloppe ADSR, dont l'image suivante est un exemple :

A : Attaque (Attack) ; D : Détente (Decay) ; S : Tenue (Sustain) ; R : Relâchement (Release)

L'enveloppe d'un son est d'une grande importance pour sa perception. si son attaque est rapide et sa décroissance lente, elle va évoquer un instrument à cordes pincées ou frappées. Si l'attaque est plus lente, on pensera plutôt à des instruments à vent, ou à des cordes à archet...

En synthèse, on sait fabriquer des enveloppes de différents types, capables de s'approcher des sensations que produisent celles des instruments acoustiques. Un générateur d'enveloppe peut être plus ou moins complexe, selon le concept du fabricant. Plus il possède de paramètres à régler, plus il sera capable de produire des variations sophistiquées (mais plus il sera difficile à programmer). Selon les synthétiseurs, on trouve des enveloppes dédiées à des fonctions spécifiques et/ou des enveloppes librement assignables par l'utilisateur. C'est bien souvent l'élément de destination sur lequel l'enveloppe va s'appliquer qui va déterminer le nom de l'enveloppe.

Enveloppes de Volume (Amplitude) :

Une utilisation fréquente pour une enveloppe est le contrôle du volume. On reconnaît d'ailleurs souvent les caractéristiques d'un instrument en écoutant son enveloppe de volume.

générateur d'enveloppe de volume de Triangle II

 

Enveloppes de Filtre (Filter) :

Les enveloppes de filtre modulent le filtre de coupure au cours du temps.

bloc d'enveloppe de filtre de Triangle II

 

Enveloppes de Hauteur (Pitch) :

Il arrive très souvent avec un instrument acoustique que la hauteur d'une attaque soit instable pendant un bref instant. Pour recréer cet effet en synthèse, on utilise aussi un générateur d'enveloppe. Les enveloppes de hauteur modulent la hauteur du son au cours du temps.

bloc générateur d'enveloppe de hauteur de Triangle II

 

 

les oscillateurs basse fréquence (LFO):

Un oscillateur permet aussi de moduler de façon régulière tout type de paramètre de synthèse, enfonction du type de forme d'onde utilisé. C'est à un oscillateur basse fréquence auquel on a recourt.

Les oscillateurs basse fréquence sont des oscillateurs qui comme leur nom l'indique, travaillent dans les basses fréquences (si bien qu'ils ne sont pas audibles). Leur effet est cependant notable. Un LFO est un niveau qui change au cours du temps à l'intérieur d'un pattern qui se répète.

Tout comme les enveloppes, les LFO peuvent être soit attribués à certaines fonctions, soit librement assignables, selon les synthétiseurs.

 

LFO de volume (Amplitude) :

Un LFO sinusoïdal appliqué au volume sera par exemple utilisé pour créer un trémolo.

LFO de volume de Triangle II

 

LFO de filtre (Filter) :

Un filtre dont la fréquence est pilotée (modulée) par un LFO en dent de scie par exemple, verra sa fréquence augmenter progressivement jusqu'à une certaine valeur, puis revenir instantanément à sa valeur d'origine

LFO de filtre de Triangle II

 

LFO de hauteur (Pitch) :

On créera un effet de vibrato en appliquant un LFO sur la hauteur d'un son.

LFO de hauteur de Triangle II

 

Pulse-Width Modulation (PWM) :

C'est l'effet provoqué par la modulation d'une forme d'onde carrée (square), si bien qu'elle n'est plus symétrique (dans ces éléments positifs et négatifs), ce qui donne une tonalité différente.

contrôle de la profondeur de PWM de Triangle II

 

 

Autres sources de modulations possibles :

Combinaison de plusieurs oscillateurs :

L'une des façons les plus simples d'épaissir un son est d'utiliser deux oscillateurs et de désaccorder finement le second (detune), de manière à donner l'impression d'avoir plusieurs sons. Certains oscillateurs ont plus de deux oscillateurs et permettent donc d'accentuer encore davantage cet effet.

Oscillateur 1 avec désaccordage de l'oscillateur 2 ( bouton Detune) dans Triangle II. Le fait de passer en mode Multi (clic sur la diode verte pour activer ce mode) permet de simuler l'introduction de plusieurs (1 à 8) oscillateurs désaccordés les uns par rapport aux autres. le bouton Multi Detune permet alors de contrôler le désaccordage de ces oscillateurs

Table Shift : Triangle II utilise une panoplie d'échantillons (samples) pour créer ces sons; Ce bouton donne une tonalité différente aux formes d'ondes

 

Sous-oscillateurs (Sub-Oscillators) :

Une autre façon d'épaissir le son est d'utiliser un sous-oscillateur (un oscillateur qui fonctionne une ou deux octaves au-dessous de la hauteur de l'oscillateur principal).

contrôle du niveau des oscillateurs 1 et 2 dans la section Mixer de Triangle II

le bouton Osc2 Transp permet de définir l'oscillateur 2 en tant que sub-oscillator

 

Portamento :

C'est l'effet dans lequel une note glisse d'une hauteur vers une autre hauteur.

Random introduit un effet de mouvement de hauteur dans le son du synthé

Tune contrôle quand à lui l'accordage général du synthé.

Ces deux boutons font donc partie des réglages généraux du synthé et affecteront le programme chargé

 

 

Combinaison de formes d'ondes :

On peut synchroniser plusieurs oscillateurs.

la diode verte Sync est activée, l'oscillateur 1 est une dent de scie (SAW), l'oscillateur 2 un carré (SQR pour square). L'oscillateur verra sa phase redémarrer en même temps que celle de l'oscillateur 1

DC Burst : simulation de l'attaque d'un son dans une boîte à rythme analogique, pour donner plus de punch au son au moment de l'attaque

Hard Drive : distortion dont l'effet est contrôlé par les niveaux de la section Mixer et le bouton RES (Resonance) de la section Filter LPF24

Decimator : distortion

 

 

Effets :

Notez également pour compléter le tableau qu'une section d'effets est disponible dans le synthétiseur lui-même.

Evidemment, vous l'aurez compris, chaque fabricant de synthétiseur aura sa propre façon de présenter et de mettre en oeuvre les fonctions décrites ici. Et bien entendu, il pourra ajouter d'autres possibilités, en augmentant par exemple le nombre d'oscillateurs, de sous-oscillateurs, d'enveloppes, de filtres, multipliant ainsi les combinaisons possibles.

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