La synthèse à l’usage du designer sonore (2ème partie) : la synthèse soustractive

Posted on avril 2, 2012

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Introduction

Comme indiqué dans le précédent billet, nous allons nous intéresser aux techniques de la synthèse dans un contexte de design sonore principalement, sans évoquer directement les utilisations musicales mieux connues et documentées.

Nous commençons aujourd’hui ce tour d’horizon par la synthèse soustractive, qui, sans être nécessairement la plus facile à prendre en main, est souvent apprise en premier, en raison de la vaste et ancienne diffusion des machines permettant de la produire..

Principe

La synthèse soustractive consiste à filtrer un signal riche en harmoniques afin d’altérer le timbre du son. Si cette technique peut s’appliquer à tout signal présentant cette caractéristique, il est plus commun d’utiliser comme signal d’entrée des formes d’onde simples (carrée, en dents de scie, triangulaire…) telles qu’on les trouvait sur les premiers synthétiseurs analogiques des années 60/70. D’où le fait qu’une certaine ambiguïté terminologique subsiste entre les deux termes (la synthèse analogique n’est pas nécessairement soustractive et inversement). Outre sa popularité dans la musique populaire depuis les années 60 (en particulier grâce au moog), la synthèse soustractive fait partie de la boite à outils du designer sonore depuis sa diffusion dans les années 60.

Si cette technique vous est totalement inconnue, sachez que de nombreuses ressources en ligne vous permettent de vous y former. Vous pouvez commencer par ici ou par .

Avantages de la synthèse soustractive

  • Son timbre artificiel la distingue des sons réels. Historiquement, elle est ainsi utilisée pour manifester sur le plan sonore la technologie, le surnaturel voire l’absurde (voir la vidéo des mythiques Shadoks un peu plus bas). Dans un contexte plus utilitariste, la synthèse soustractive est une candidate idéale pour le design d’une alarme pour cette même raison.  Si les formes d’onde simple produisent un signal périodique (possédant donc une hauteur identifiable), on peut produire un signal apériodique au moyen de bruit (blanc ou rose sur le MS-20 de Korg par exemple) ou en faisant se moduler deux oscillateurs au moyen de la modulation en anneaux (somme et différence des harmoniques des deux oscillateurs, ring modulation en anglais).
  • L’évolution des sons créés par synthèse soustractive peut être contrôlée avec une grande précision temporelle. Les enveloppes permettent de déterminer la valeur d’un paramètre au cours du temps sur le modèle ADSR (attack, decay, sustain, release), le plus souvent le volume ou l’action du filtre. Selon la modularité du synthétiseur, il est possible de leur donner des destinations multiples. Outre les enveloppes, les oscillateurs très basse fréquence (LFO) ou les séquenceurs à pas (step sequencers) permettent  de contrôler un ou plusieurs paramètres, respectivement de manière cyclique et de manière ponctuelle à intervalles déterminés.
  • La génération du signal par des oscillateurs permet d’obtenir des sons aux fréquences extrêmes, que l’on rencontre rarement ou jamais dans le monde réel. Un tremblement de terre pourra volontiers être reproduit par un bruit blanc filtré violemment par un filtre passe-bas. Un acouphène pourra être simulé au moyen d’un oscillateur sinusoïdal. Dans une construction par couche, on pourra ajouter une composante synthétique à un son réel, comme un sinus dans le bas du spectre audible  déclenché en side gating par le son de la grosse caisse en production hip hop.

Utilisations avancées

Avant de parcourir cette partie, vous devez être à l’aise avec les LFO, les enveloppes, le routing, la modulation en anneaux, les différents types de filtres et la couleur des formes d’onde de base.

Je veux vous présenter quelques sons créés pour l’occasion avec le iMS-20, émulation pour iPad du célèbre synthétiseur de Korg. Outre les techniques habituelles, ces sons utilisent voire combinent les astuces suivantes :

  • un contrôleur (LFO, enveloppe…) vers plusieurs destinations (ex : pitch + cutoff…)
  • plusieurs contrôleurs vers une même destination
  • contrôle d’un contrôleur par un autre contrôleur (enveloppe vers LFO)
  • auto-oscillation des filtres
  • modulation en anneau
  • sample&hold
  • utilisation d’un signal audio out comme contrôleur
  • effets de bord (modulation d’amplitude, repliement spectral…)

Ex 1 : « 8bit machine »

Détail : on a ici l’exemple d’un contrôleur pour plusieurs paramètres. Le LFO contrôle la fréquence de coupure du HPF, du LPF et le pitch de l’oscillateur 2. La résonance des filtres étant élevé, ceux-ci rentrent en auto-oscillation, c’est à dire qu’ils produisent une note correspondant à la fréquence de coupure. Un effet léger de « decimator », sorte de bitcrusher (distorsion numérique) est ajouté en sortie.

Voici le patch :

Ex 2 : « Electric Water Bubbles »

Détail : on procède inversement au précédent patch : plusieurs contrôleurs viennent modifier un même paramètre. En l’occurrence, la fréquence de coupure du HPF est contrôlée simultanément par le LFO et l’enveloppe 2. Le cutoff du LPF est contrôlé par les 2 enveloppes, la première étant renversée (voir patch).

On notera également que l’enveloppe 1 est affectée à la hauteur de l’osc1, que les 2 oscillateurs sont en modulation en anneaux. Un effet de distorsion analogique est ajouté en fin de signal (« valve force »).

Voici le patch :

Ex 3 : « TakeOff Vocalizing »

Détail : le sample and hold rentre dans l’entrée CV des osc 1 et 2. La hauteur est contrôlée de multiples manières : la roue de modulation contrôle la hauteur de l’osc2, l’env1 et le LFO celles des osc 1 et 2. Le HPF est en auto-oscillation sur des fréquences proches de celles de la voix humaine.

Voici le patch :

Ex 4 : « Autonomous S&H »

Détail : le son est produit en continu, sans besoin de presser une touche du clavier. On exploite ici les effets de bord. Le signal de sortie (signal out et phones) est réinjecté comme contrôle. Le signal de sortie vient contrôler hauteurs des oscillateurs et fréquences de coupure. La sortie casque sert de déclencheur, créant une boucle de réinjection. Le sample and hold contrôle le cutoff des 2 filtres tandis que la roue de modulation contrôle la fréquence de l’oscillateur 2.

Voici le patch :

Ex 5 : « Tron motorbike »

Détail : un des exercices que je donne souvent à mes étudiants : faire un bruit de moteur synthétique. Le bruit rose contrôle aléatoirement le cutoff du LPF. Du bruit blanc est injecté dans le signal avant les filtres. La roue de modulation contrôle la hauteur des oscillateurs et les fréquences de coupure des filtres. La modulation de « vitesse »est donc interprétée sur la roue de modulation directement.

Voici le patch :

Références

Une de mes utilisations favorites de la synthèse soustractive par le génial Robert Cohen-Solal, compositeur et designer sonore des Shadoks (outre son travail de recherche injustement méconnu). La synthèse soustractive est présente dès les premiers épisodes en 1968 où elle est  utilisée avec goût et humour.

Un son mythique : la voix d’R2D2 par Ben Burtt. Montage de sifflet et coulisse et de sons issus du synthétiseur Arp2600.

Outils

L’offre en synthétiseurs matériels ou logiciels est pléthorique. Parmi les synthétiseurs analogiques vintage adaptés au design sonore, le moog modular, l’arp 2600 sont incontournables autant qu’inaccessibles ! Pour retrouver le grain vintage, on pourra se tourner vers les émulations logicielles d’Arturia. Les amateurs de synthés analogiques pourront trouver leur bonheur chez le tout nouveau Minibrute d’Arturia, même si son routing limité le destine plus à la musique qu’au design sonore. L’Andromeda d’Alesis ou les synthétiseurs de Dave Smith sont une autre alternative, coûteuse elle aussi.

Sous forme logicielle, une multitude de synthétiseurs existent, gratuits ou non. Operator livré avec Ableton Live Suite, est pour moi un modèle d’ergonomie. J’ai enseigné la synthèse à plusieurs reprises avec cet outil. La possibilité de chaîner les oscillateurs de différentes manières ouvre la voie vers la synthèse FM et des synthèses hybrides, ce qui est intéressant d’un point de vue sonique et pédagogique.

Et vous, comment utilisez vous la synthèse soustractive ? Connaissez-vous des exemples de design sonore réussi avec cet outil ? Partagez vos utilisations avancées avec nous !

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Posted in: Faire, Synthèse