Les premiers synthétiseurs étaient analogiques, et pour la plupart basés sur les principes de Robert MOOG et Donald BUCHLA, qui furent dictés dans les années 60 et appliqués jusqu'au début des années 80 avec bien entendu toutes sortes d'améliorations. Puis arrivèrent les synthétiseurs numériques, ouvrant la voie à une infinie variété de synthèse sonore et l'échantillonnage. De même les effets qui étaient analogiques devinre plus puissants à l'âge du traitement numérique du signal. Le second événement majeur après la synthèse numérique fut la naissance du standard MIDI, car il devint possible de faire communiquer les synthétiseurs avec des ordinateurs.
En 10 à 15 ans, les synthétiseurs ont évolués
très rapidement. La qualité des sons qu'ils produisaient
au début était assez pauvre comparés à leurs
homologues analogiques, qui bénéficiaient de 30 ans d'amélioration
technique. Mais ils peuvent aujourd'hui produire, en plus des sons typiquement
numériques, à peu près les mêmes sons que les
vieux synthés car ils peuvent utiliser les mêmes techniques
de synthèse par simulation numérique de circuits électroniques
analogiques. C'est la raison pour laquelle je pense qu'il peut être
utile de décrire ces principes ici. Je continuerai ensuite sur les
autres aspects de la musique électronique ainsi que je le suggère
au-dessus.
La façon la plus accessible de synthétiser un son musical est de partir d'un signal comportant un grand nombre d'harmoniques et de filtrer plus ou moins de ces harmoniques pour obtenir le son souhaité. Cette méthode, connue sous le nom de synthèse soustractive, fut bien évidemment utilisée dans les premiers synthétiseurs modulaires.
Un son étant principalement une question de variations d'amplitude,
de fréquence, et de réparition d'harmoniques (timbre) appliquées
sur un signal périodique, le modèle de synthétiseur
inventé par Robert MOOG consiste à utiliser des oscillateurs
à fréquence variable, des amplificateurs variables et des
filtres variables qui peuvent être contrôlés au moyen
de tensions. Cette structure générale peut être symbolisée
de la façon suivante :
Un synthétiseur est bien sûr beaucoup plus complexe que cela, mais ce diagramme général est approprié pour une première approche.
Le clavier génère une tension dépendante de la touche qui est envoyée à un oscillateur commandé en tension (VCO = Voltage-Controlled Oscillator). Ce VCO génère un signal de base (carré, sinus, triangle ou dent de scie) à une fréquence proportionelle à la tension du clavier. Cela donne le ton du son à générer.
Ensuite le signal est envoyé sur un filtre commandé en tension (VCF = Voltage-Controlled Filter) qui module le taux d'harmoniques dans le signal. Il s'agit le plus souvent d'un filtre passe-bas. Si sa fréquence de coupure est fixée au minimum, seuls les quelques premiers harmoniques passent (Voire même seulement le fondamental), et le son est très pur, très doux. Si elle est fixée au maximum, tout passe à travers le filtre et le son est beaucoup plus "agressif".
Le signal est finallement envoyé à un ampli commandé en tension (VCA = Voltage-Controlled Amplifier), qui donne à la note ses propriétés dynamiques. Le son ne doit pas apparaitre et disparaitre immédiatement. L'ampli est donc piloté de telle sorte que le son apparaisse à une certaine vitesse et disparaisse à une autre vitesse. C'est ce que l'on appelle l' "enveloppe" du son. Une enveloppe peut se réduire à 4 intervalle principaux : Attaque, Décroissance, Soutien et Relâchement.
L'attaque est le temps choisi pour que le son atteigne son niveau maximum
à partir de 0.
La décroissance est le temps choisi pour que le son faiblisse
depuis son niveau maxi jusqu'à son niveau de soutien.
Le soutien est le niveau vers lequel le son tendra à aller pendant
la décroissance, et le niveau nominal en maintenant la touche indéfiniment.
Le relâchement est le temps choisi pour que le son diminue depuis
le niveau courant jusqu'à 0.
L'ADSR est associé à un signal binaire égal à
1 pendant ADS (note ON) et à 0 pendant R et plus (note OFF). Ce
signal binaire est appelé le "Gate" (la porte).
Un ADSR peut aussi contrôler un VCF pour changer le timbre sonore
dans le temps. Cela produit des effets très intéressants.
De plus, des oscillateurs à basse fréquence (LFO = Low
Frequency Oscillator) peuvent être utilisés pour moduler le
VCO, le VCF ou/et le VCA, afin de générer des sons plus complexes.
Les modules de base de la structure de MOOG peuvent être multipliées
pour améliorer la qualité de la synthèse : Plusieurs
VCO en parallèle dont la fréquence est légèrement
décalée pour produire un effet de phasing, ou un autre VCF
en parallèle avec le premier et qui serait un passe-bande au lieu
d'un passe-bas... Les possibilités de cette structure sont quasi-illimitées.
Quelques autres points :
Un VCO peut avoir une entrée modulation de largeur d'impulsion (PWM = Pulse Wave Modulation), qui permet en fait de moduler le rapport cyclique du signal de sortie rectangulaire. Cela produit un son très intéressant lorsque la source de modulation est un LFO. C'est un son riche en phasing, comparable à celui produit par deux oscillateurs légèrement désaccordés.
Toutes les tensions de commandes doivent correspondre à des variations exponentielles, car la perception humaine des sons est logarithmique aussi bien en fréquence (par octave) qu'en intensité (décibels). Par exemple, le VCO doit générer une fréquence exponentielle telle que la tension d'entrée suive une règle de variation de 1V/Octave. Pour l'intensité, une loi de variation appliquée au VCA pourrait être quelque chose comme 12 dB/V.
Certains modules spéciaux peuvent être ajoutés pour
élargir les possibilités de l'instrument. Un générateur
de bruit peut améliorer la synthèse d'instruments à
vent, et autoriser certains effets spéciaux. Un générateur
d'effets transforme considérablement le son d'un synthé analogique
: Chorus, flanger et écho sont particulièrement efficaces.
Maintenant que les principes essentiels ont été expliqués, voici un exemple de diagramme d'un synthétiseur analogique :
Le clavier délivre une tension qui commande la fréquence
des signaux générés par les VCO, et le décalage
de la fréquence de coupure du VCF pour obtenir le même effet
de filtrage quelque soit la hauteur de la note. Il délivre aussi
le signal Gate pour déclencher les générateurs d'enveloppe
ADSR.
Les signaux carré et dent-de-scie des sorties VCO sont envoyés
à un mélangeur où ils sont individuellement dosés.
Les deux VCO son légèrement décalés en
fréquence pour produire un effet de phasing. Ce décalage
de fréquence peut être variable dans le temps au moyen d'un
LFO connecté sur l'entrée de modulation de fréquence
d'un des VCO. Un autre moyen de produire un effet de phasing (ou de renforcer
le phasing lorsque la méthode précédente est déja
utilisée) consiste à connecter un LFO à une entrée
PWM.
Un bruit blanc peut être ajouté (également individuellement)
à la forme d'onde complexe résultante, et on obtient un son
brut qui doit maintenant être filtré et formé en amplitude.
Le filtrage du son est réalisé par le VCF qui est manuellement
réglé à une fréquence de coupure glissante,
proportionnelle au fondamental.
Néanmoins, cette fréquence de coupure peut être
modulée par un LFO ou/et par un ADSR en fréquence. Cela autorise
un changement dynamique du timbre sonore.
Le son est finalement envoyé à un VCA commandé
par un ADSR et un LFO (utile pour réaliser une modulation d'amplitude
- AM).
Un tel synthétiseur est capable de produire une grande variété
de sons, mais ces sons seront fortement améliorés si vous
ajoutez un module d'effet, produisant au moins un chorus et un écho.
Une des méthodes pour réaliser la polyphonie consiste à générer les 12 notes supérieures du clavier avec des générateurs carrés et de diviser ces signaux successivement pour obtenir les octaves inférieurs. Mais cette méthode est connue pour donner des résultats médiocres du point de vue de la qualité de la synthèse.
La meilleure méthode se base sur l'utilisation d'un générateur sonore complet pour chacune des voies de polyphonie. Quand une touche est pressée, le premier générateur est assigné à la génération de la note correspondante. Quand une seconde note est pressée tout en continuant de presser la première, le second générateur est assigné à la génération de la note correspondante et les deux signaux sont mélangés. Et ainsi de suite jusqu'au dernier générateur disponible. Six générateurs sonores sont suffisants.
Si les boutons de commande et les potentiomètres sont multipliés par le nombre de voies, cela conduit à un synthétiseur cher et complexe, mais avec l'avantage majeur d'être multitimbral : différents sons peuvent être programmés par groupes de voies et ces groupes peuvent être assignés à différentes parties du clavier splitté (scindé).
Mais les boutons de commande et les potentiomètres peuvent aussi
commander l'ensemble des générateurs. Dans ce cas, leurs
sons sont identiques. Le synthétiseur polyphonique est plus simple
à fabriquer, donc moins cher. Il est aussi plus facile à
utiliser puisqu'il n'y a pas besoin de réaliser les mêmes
réglages sur tous les modules pour bénéficier de la
polyphonie maximale.
C'est tout ce que je peux vous dire pour le moment. Si vous souhaitez
que cette rubrique continue, faites-le moi savoir !
