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Music&Sound Technologie

Technologie du son

Le son est une variation de pression d'un gaz ou d'un liquide se déplaçant sous forme d'onde dans un environnement gazeux ou liquide. Le son est généré par un déplacement physique d'un objet par exemple un corde de guitare ou par une turbulence due au déplacement de l'air; par exemple la flute. L'image, la plus facile à comprendre pour un néophyte, ce sont les vagues dans l'eau car c'est la représentation visible du son dans un espace à 2 dimensions.
Prenons un étang lisse au levé du jour ce miroir est le silence , l'absence de tout son. Lançons un caillou dans l'eau et nous voyons une onde concentrique se propager. Le son fonctionne de la même manière dans un espace 3D aqueux ou gazeux.
Un son se caractérise par son timbre ou la couleur du son et son évolution dans le temps qu'on appelle son enveloppe.

  • La fréquence est la distance entre deux sommets de vagues.
  • L'amplitude est la hauteur de la vague.
  • Le timbre est la couleur acoustique et la forme d'onde.

Le son naturelle le plus simple a une forme sinusoïdale: Par exemple: le son d'une flute.
Un timbre est caractérisé par une forme d'onde, c'est en général une combinaison d'onde résultant de résonances diverses. La matière émettrice , bois, métal, minéral, organique, a chacun des caractéristiques propres. Vient ensuite le corps de résonance par exemple cavité buccale pour la voix ou le caisse de résonance d'une guitare. Vient ensuite les résonances due à l’environnent acoustique ou une forme d'onde est émise qui se caractérise par la réverbération ou l'écho, voir l’absorption du son par des matériaux isolants.

Dans un son musical naturel , le son est composer principalement d'onde d'harmoniques et inharmoniques. Une harmonique est une onde qui a un fréquence multiple paire de la fréquence d'origine. On retrouve aussi des ondes multiples musicales : tierces, quinte et d'autres multiples de fréquences dans des variations diverses. Ce que nous définissons comme sons agréables est surtout un apprentissage culturel et des particularités physiques de notre oreilles.
Les harmonies sont plus des rapports particuliers de plusieurs fréquences que les fréquences elles-mêmes. L'exemple typique est celui de 2 instruments désaccordés. Il existe une infinité d'harmonique , mais l'homme n'est capable d'en distingué qu'une infime partie entre 20Hz et 20000Hz

Un décalage très rapproché entre deux ondes créent des battements du styles vibrato ou des effets de phasing qui modifie le timbre et le spectre sonore cela enrichit les ondes de nouvelles harmoniques. Si la différence augment trop , le son tourne au vinaigre et sonne faut. Parfois la dissonance peut être voulue pour créer une certaine atmosphère.
Il y a des timbres dont la composition en harmonique et peut être très complexe comme le violon. Le bruit blanc est la somme de toute les fréquences.

Il existe souvent une partie d'un son musical qui ne soit pas harmonique. La flute est en général accompagné d'un souffle qui n'a rien d'harmonique , mais il est plus ou moins faible et sert aussi à donné un expression au son de la part du musicien pour exprimer des émotions.

L'ère électronique a permis de mettre en évidence les formes d'ondes sonores avec l'invention des oscilloscopes qui permets de visualiser une onde électrique. On a pu ainsi voire les formes d'ondes spécifiques à tout les instruments de musiques et la décomposition de celle-ci en harmonique , subharmoniques et autres composants harmoniques . Le lien suivant permet de mieux comprendre et visualiser divers spectres de sons d'instruments

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Ondes/son/analyseur.html  

Divers méthodes permettent de visualiser le spectre de fréquence et aider dans la compréhension d'un son.
d'outils open source Soundruler peut vous permettre d'analyser les sons qui vous intéressent.

http://sourceforge.net/projects/soundruler/?source=typ_redirect

La voix

La voix est un cas un peu particulier dans sa répatition de spectre harmonique. Elle se caracterise par de pic d'harmonique dans le spectre F1 F2 et F3. L'image ci-dessous simplifie la compréhension du phénomène san trop entrer dans le détails mathématique.

Fréquences typiques des formants
Voyelle (API) F_1 (Hz) F_2 (Hz)
[u] 320 800
[o] 500 1000
[ɑ] 700 1150
[a] 1000 1400
[ø] 500 1500
[y] 320 1650
[ɛ] 700 1800
[e] 500 2300
[i] 320 2500

La synthèse

La synthèse pour reproduire des ondes est venus plus tard, c'était le début des synthétiseurs. Il existe néanmoins un synthétiseur beaucoup plus vieux "la voix humaine" qui est un excellent imitateur. Les instruments de musique sont en fait aussi une manière de copier et reproduire des sons naturels.
Le fait de combiner des sons est déjà un forme de synthèse. L'orgue est le début de l'utilisation méthodique de la combinaison de son de manière totalement analogique , dont les harmoniques sont défini par des flutes et cela sans utilisation de l'électricité.

C'est le début de la synthèse additive avant même que les mathématiques avec la transformée de Fourrier ne modélise les formes d'ondes.

Chaque forme d'onde est une composition d'harmonique. Et le procédé mathématique et technique peut être différent pour les créés.

Le synthétiseur crée par procédé mathématique et électronique divers formes d'ondes.
Le sampler par contre se content d'enregistrer et reproduire et modifier une forme d'onde. Le mellotron est un précurseurs du sampler qui utilise des bandes ou disque magnétique ou son enregistres des sons continu, chœurs, violons etc.

L'enveloppe

Lorsqu'on écoute un son attentivement, on s'aperçoit que le son d'un instrument varie d'intensité dans le temps et que cette variation est spécifique à chaque instrument et groupe d'instrument. On appelle cela l'enveloppe du son. L'enveloppe varie non seulement selon l'instrument mais aussi selon comment il est jouer. L'instrument avec le plus d'enveloppe est probablement le violon. L'enveloppe de celle-ci va d'un son continu au pizzicato son très court. L’enveloppe de son varie aussi en fonction de la fréquence . Et si on analyse le son on s'aperçoit qu'il peut y avoir divers enveloppe au sein des divers harmoniques d'un son. L'enveloppe peut aussi varier la fréquence du son. Avant les synthétiseurs électronique l'enveloppe était surtout un résultats mécanique de l'instrument et l’habileté du musiciens comme pour le Theremine. La position on off ou l'action déclencheur d'un son ne pouvait être modifier que par la force de frappe pour les instrument qui actionnaient un corps vibrant comme une corde ou une lame métallique. L'orgue étant un instrument avec un clapet mécanique qui laisse passer ou non de l'air, était modèle de son relativement facile à reproduire. La rechercher a permis de trouver un moyen de contrôler le volume du son au moyen de courant électrique et de composant électronique, tube et transistors c'était le début du synthétiseur. Nous retrouvons encore des souvenirs sur nos synthé virtuel sous les dénomination CV , VCO, VCF , VCA. Le courant était le moyen de contrôler volume et fréquence et ensuite les filtres. L'enveloppe est le moyen de faire varier le sont dans le temps et permet d'imiter des instruments et des son naturel. Dans les sons de synthétiseurs actuels il n'y plus de limite aux variations possible. La complexité des enveloppes a son prix ce qui explique que les instrument simples ne sont capables de créer des approximations simplistes .

Les modulateurs

La modulation la plus connu et la plus simple est le vibrato. On utile pour ça un onde lente sinusoïdale d'un générateur lent appelé aussi LFO . L'enveloppe est aussi un modulateur, il faut pas l'oublier. La modulation manuel c'est le bouton rotatif ou la tirette. Un modulateur a pour but de faire varier un paramètre entre un état minimum et maximum. La modulation est le coeur des anciens synthétiseurs modulaires , ceux avec des dizaines de câbles. C'est en combinant divers modulateurs qu'on obtient une complexité sonore. Les séquenceurs n'est en fait au début qu'un modulateur très complexes avant de devenir un outils pour écrire de la musique. Si on réfléchit bien on comprend bien qu'un morceau de musique n'est en fait qu'un nombre de son modulé dans le temps.

Les filtres

Théoriquement on aurait pas besoin de filtre puis tout les formes d'onde sont une composition de divers onde. Les filtres existent parce qu'ils sont facile à faire et à comprendre. Ils permettent de faire un travaille facilement . Un filtre atténue ou enlève des fréquences ce qui est plus facile que de chercher quels ondes utiliser pour avoir le même résultat. Le filtre est la différence entre synthèse additive et synthèse soustractive. Le filtre est universel et peut s'utiliser avec n'importe que type de son. Depuis le micro au plus perfectionner des synthés. L’évolution du filtre c'est le DPS (Digital Signal Processor) . D'un système plutôt passif on passe à un système actif qui modifie le timbre d'un son.

Le problème actuel est que les son synthétiques son devenu si omniprésent que les générations poste 68 ne font plus vraiment la différence entre son synthétique et naturel. Il me semble d'ailleurs qu'à cause de la surenchère de son divers et mélangé, ces nouvelles générations soit devenu stérile au sens musical. Il ne font que de répéter ce qu'ils entendent au lieu de cherche des sons nouveaux des rythmes nouveaux. Le copier coller est devenu la norme. La musique est devenu produit industriel pour assouvir une culture nivelé et réduit à la consommation de produit standardisé et sans saveur.

 

Pour permettre de tester le principe de timbre et les formes d'onde:
Pour analyser des sons:

 http://sourceforge.net/projects/soundruler/?source=typ_redirect


Pour dessiner des formes d'ondes un plugin VSTi Anawave:

http://www.vst4free.com/free_vst.php?id=712