MAO synthèse semestre 1 partie 1

1. Introduction à l'acoustique musicale et à la psycho-acoustique

A. Définitions

Acoustique : d’après Bruno Bossis, professeur à l’université de Rennes et Sorbonne 4. Fondateur de la revue Musimédiane

Etude des phénomènes vibratoires concernant les sons.

Du grec : akoustos = qui concerne l’ouïe et akouo = j’entends

Son :

Vibration d’un corps sonore se prolongeant dans l’air et atteignant le tympan.

Psycho-acoustique :

Manière dont le système auditif capte les ondes sonores et façon dont le cerveau les interprète.

à Vidéo : solfège de l’objet sonore

Onde sonore : caractéristiques physiques objectives, c’est à dire s’appuyant sur des mesures.

Mécanisme de perception : physiologique et neurophysiologique. S’appuyant sur des études statistiques : courbes isosoniques (diagramme de Fletcher)

L’imprégnation culturelle joue un rôle majeur dans la perception des sons : on doit prendre en compte le contexte culturel.

L’intérêt scientifique est totalement indépendant de la notion d’esthétique, qui est une notion subjective.

B. Le phénomène vibratoire :

Mécanisme acoustique :

cause

transduction

propagation

transduction

effet

naturelle ou artificielle -> transformation de l’énergie -> par ondes de pression -> transformation de l’énergie -> réaction du milieu

L’onde acoustique :

Propagation d’une perturbation locale. Transport d’énergie sans transport de matière.

Dans l’eau comme dans l’air, il n’y a donc aucune transmission de molécules

Il y a déplacement d’une onde de pression par une succession de pressions/décompressions de l’air ou de l’eau.

C. Le signal

forme simplifiée et modélisée de la réalité physique de la propagation d’ondes de pression.

Guillaume Loizillon, maître de conférence à Paris 8 : « Dans cette approche, le son est considéré comme l’addition de composantes pures, ou sinusoïdales, chacune dotée d'une fréquence et d'une intensité. Ces composantes sont appelés "partiels" ou "harmoniques" selon les cas »

- Signal périodique ou harmonique (son à hauteur déterminée)

Fig : décomposition des sinusoïde élémentaires d’un signal périodique.

Ici, toutes les harmoniques ont un rapport de nombre entier avec les autres :

Résultante -> signal périodique non-sinusoïdal

Harmonique de rang 3

Harmonique de rang 2

Fondamentale (rang 1)

Evidemment, entre et au-dessus de ces harmoniques, on peut trouver d’autres fréquences, mais à des niveaux de dynamiques bien plus faibles et de nature périodique ou non. L’ensemble de ces caractères définissent le « timbre harmonique » cf : Schaeffer

Dans le sonagramme suivant, on fait apparaître le spectre fréquentiel du violoncelle. On observe qu’il est constitué de plusieurs de fréquences à des hauteurs et à des intensités différentes.

Faire démo avec Spear + Auda

- Signal non-périodique ou apériodique (son à hauteur non-déterminée)

Aucune périodicité dans l’évolution temporelle de la pression : pluie, bruits de roulement à haute vitesse, cloches.

Si on ne peut pas attribuer de hauteur précise au son entendu, l’acousticien parle alors de bruit : clapet qui se ferme, air comprimé.

Si on décompose ce type de signal, souvent complexe, on découvre qu’il n’existe pas d’harmoniques paires ou impaires, mais quasiment essentiellement ce que l’on nomme des « partiels ». Cela veut dire que les différentes fréquences qui constituent le signal n’ont pas à première vue de rapports entiers entre eux. Il s’agit d’un son inharmonique.

Les deux signaux suivants sont-ils harmoniques ou inharmoniques ?

Un bruit blanc possède la même énergie sur tout le spectre de fréquence. A quoi ressemble un sonagramme de bruit blanc ?

-

Un bruit rose possède la même énergie pour n’importe quelle octave : la densité spectrale décroît de 3dB par octave. L’intensité est inversement proportionnelle à la fréquence. A quoi ressemble un sonagramme de bruit rose ?

2. Utilisation des samples

A. Travaux pratiques sur Audacity

Ouvrir « Audacity »

generate tone ou générer son

Indiquer une fréquence 

- Créer une première piste avec une sinusoïde à 440 hz pendant 10 sec à un taux

d’échantillonnage de 44,1 Khz

- Créer un nouveau track

- Modifier la fréquence d’échantillonnage en la réduisant à 8000 hz

- Générer une nouvelle sinuisoïde à 440 hz pendant 10 sec

- Ecouter successivement les deux pistes. Que remarque-t’on ?

B/ L’échantillonnage à comprendre la notion de conversion numérique à partir d’un signal analogique

Plus exactement, la fréquence ou le taux d’échantillonnage correspond au nombre d’échantillons que va produire notre appareil numérique (ici, un ordinateur mais il s’agit du même procédé pour d’autres appareils : téléphone portable, dictaphone) par seconde pour un signal entrant.

- à 44100 hz, la machine crée 44100 points pour une seconde de signal

- à 8000 hz, la machine crée 8000 points pour une seconde de signal

à A l’aide de la loupe, grossissez au maximum dans Audacity et vous verrez la différence de distance entre les points (on parle d’interpolation) suivant qu’il s’agit de 44,1 ou du 8 Khz !

Ceci nous permet de visualiser ce que nous entendions, à savoir : une fréquence pure d’un coté (une courbe presque parfaite), une fréquence « sale » de l’autre. Pourtant, la hauteur demandée était identique dans les deux cas.

Cet exemple vous prouve quel point la notion de fréquence d’échantillonnage est importante lorsque vous enregistrez à l’aide d’un micro ou lorsque vous importez ou créez un sample.

Les cartes son (ou interfaces audio-numérique) internes de nos PC ne nous permettent pas de faire la même expérience à des fréquences beaucoup plus élevées mais n’hésitez à le faire avec votre matériel.

En attendant, voici une vue graphique qui permet de comparer un taux fixé à 44,1 Khz et 96 Khz.

En conclusion, cela nous permet aussi d’affirmer que la forme d’onde a un lien direct avec des caractéristiques sonores facilement audibles.

On pourrait dire que moins une forme d’onde est arrondie, plus elle est « agressive ».

Nous reviendrons et développerons ces notions dans la dernière partie consacrée à la synthèse.

C. Résolution : les bits

Un autre aspect de la numérisation d’un signal concerne le niveau de dynamique. Dans son processus de codification, l’ordinateur va devoir exprimer un crescendo de la manière la plus progressive possible (par exemple, le volume d’une flûte qui augmente dans le temps). En 8 bits (c’est à dire un octet), il disposera de 256 valeurs différentes pour exprimer ces valeurs de dynamiques (2⁸ = 256). En 24 bits, il pourra générer 16 777 216 valeurs différentes (2¹⁶ = 16 777 216). Mécaniquement, du niveau de résolution va aussi dépendre la qualité et la fidélité des dynamiques des harmoniques et des partiels d’un signal donné.

Mieux vaut donc travailler avec une résolution la plus élevée possible. De cette façon, vous obtiendrez un enregistrement proche des caractéristiques su son original.

3. Bases du mixage (tp)

1. La correction :

- Ouvrez Cubase LE (par exemple)

- ctrl+N = nouveau projet

- Cliquez sur « vide »

- Dans la fenêtre « sélectionner un répertoire », cliquez sur « bureau » puis « créer ».

- tapez un nom de dossier puis « ok » puis encore « ok »

une fenêtre vient d’apparaître, il s’agit de l’espace de travail de Cubase, qui ressemble à beaucoup d’autres.

- Cherchez la fonction « configuration du projet » dans la barre de menu.

Lorsque vous l’avez trouvée, vérifiez que votre projet possède les réglages suivant :

- Fréquence d’échantillonage à 44 100 Hz

- Format d’enregistrement à 16 bits

nb : si vous possédez du matériel informatique plus puissant et avec des caractéristiques supérieures à la machine que nous utilisons pour les besoins du stage, n’hésitez pas à augmenter la valeur de ces réglages.

- Faites « ok ».

A présent, nous allons importez les pistes pour préparer la séance de mixage :

- Allez dans « fichier » « importer » « fichier audio »

- Sur le bureau, double-cliquez sur « tp_mix »

- double cliquez sur « groove_piano44 »

- en laissant le bouton gauche de la souris enfoncé, sélectionnez tous les fichiers (il y en a 5).

- Lorsque tous les fichiers sont surlignés, relâchez le bouton et cliquez sur « ouvrir »

- les pistes apparaîssent dans l’espace de travail.

- trouvez l’égaliseur de Cubase (présent dans chaque piste). Vous devez pour cela trouver le petit bouton « e ».

a/ Quel est le but du mix :

Définition collective.

Définition de Bruno Bossis :

Dans une définition simple, le mixage est l’art de d’équilibrer et de nuancer les niveaux relatifs de plusieurs pistes audio dans le but d’obtenir un résultat esthétique. Dans le domaine de la musique électroacoustique, le terme puise son origine dans le vocabulaire de l’enregistrement sonore. Ceci dit, il est très difficile, voire impossible, de séparer le mixage des autres aspects du processus créatif. En effet, le terme est aussi souvent utilisé pour désigner l’assemblage global des matériaux sonores et plus particulièrement leur organisation temporelle, leur contrepoint et leur articulation, ce qui contribue évidement d’une manière significative à l’argument musical. Une analogie peut être faite avec la difficulté dans la composition de beaucoup d’œuvres instrumentales de distinguer clairement la part des décisions concernant la “composition” du matériau de celles concernant l’”orchestration”.

b/ Quels sont les outils dont nous disposons ?

Réponses du groupe.

1. L’égaliseur :

- Vous avez trouvé l’égaliseur

On peut agir sur la dynamique d’une fréquence, ou plus exactement d’une bande de fréquence.

Pour les besoins de l’exposé, nous utiliserons l’égaliseur incorporé de Cubase LE mais toutes les applications utilisent la même architecture, dictée par l’immuabilité des paramètres

modifiables par un tel outil…à savoir :

La fenêtre du haut vous permet de visualliser la forme des corrections que l’on apporte.

Sur l’axe des abcisses, on peut lire les fréquences.

Sur l’axe des ordonnées, la dynamique en dB

Cet écran indique la valeur numérique en dB.

Le bouton rotatif extérieur permet de sélectionner la fréquence sur laquelle on désire intervenir tandis que le bouton central permet de sélectionner la dynamique voulue (positive ou négative)

On peut également rentrer la fréquence à l’aide du pavé numérique en cliquant dans la fenêtre.

Sur les deux tranches situées aux extrémités (low et high) vous pourrez sélectionner le type de filtre que vous désirez utiliser : à plateau ou à coupure. (?)

Le reste du temps et sur les autres tranches, le bouton rotatif sert à régler la largeur de bande (ou pente) sur laquelle le filtre agit. On utilise aussi le terme « Q ».

à Quels sont les 4 facteurs modifiable par l’égaliseur ? réponse collective.

à A partir de ces quelques connaissances mais surtout en fonction de votre goût, et de vos oreilles, proposez un mix final rapidement.

à Ecoute collective

à Bilan, généralités, singularités

à Consignes simples

2/ spatialisation : le panoramique

- Dans les réglages de tranches, souvent au-dessus du fader de la piste, on trouve le bouton « panoramique ». Pour un signal monophonique, il permet de répartir le son entre le haut-parleur gauche et le droit. Suivant la qualité de l’installation ou du casque, un réglage très infime peut modifier considérablement la perception du signal ou de l’instrument par l’auditeur.

3/ La compression et le compresseur

a : la compression en mode « peak » :

D’après Gilles Blais, maoiste :

La compression atténue le signal qui dépasse un certain seuil. C'est d'une certaine manière une sorte de contrôle automatique du niveau. Parce qu'il est souvent difficile de régler le volume d'une voix ou d'un instrument dont le niveau fluctue sans cesse et de le rendre parfaitement audible tout au long d'une pièce, l'utilisation de la compression peut jouer, jusqu'à un certain point, ce rôle de contrôle automatique de volume.

Pour avoir une meilleure idée, prenons comme exemple un enregistrement de voix ou, sur une échelle de 1 à 10, le niveau le plus faible serait à 1 et le niveau le plus fort à 10. En compressant tout ce qui se trouve en haut du niveau 6 de 50% (donc entre 6 et 10), le niveau le plus faible sera encore à 1 mais le niveau le plus fort sera dorénavant à 8. Donc la fluctuation de niveau de l'enregistrement se situera désormais entre 1 et 8 au lieu de 1 à 10. On peut alors augmenter le niveau global de l'enregistrement de 2, résultant en une fluctuation de niveau entre 3 et 10. Il sera alors plus facile d'entendre les parties les plus faibles de l'enregistrement. En réduisant la fluctuation de niveau, il devient beaucoup plus facile de régler le niveau approprié de volume. Appliquer de la compression directement à l'enregistrement permet d'atteindre un niveau d'enregistrement plus fort. Mais celà peut aussi altérer de façon irréversible la qualité originale de la prise de son. Donc, à utiliser avec prudence à l'enregistrement.

Fonctionnement :

Petit rappel : le son se mesure en décibel (dB), 0 dB étant le niveau maximum. Donc -1 dB est plus fort que -2 dB.

THRESHOLD : Ce bouton sert à régler à partir de quel niveau le son sera compressé. Ce réglage est relatif au niveau de l'enregistrement. Il faut garder à l'esprit que la compression est là pour atténuer les crêtes (peaks). Le rôle du threshold est principalement de déterminer la ligne de démarcation entre les crêtes trop fortes et le reste.

Comme une image vaut mille mots, regardons la figure 1. On y aperçoit une portion d'enregistrement dont le niveau maximum est de 0 dB. Le threshold (ligne pointillée) étant ajusté à -4 dB, seule la portion de son située au dessus de -4 dB sera traitée.

RATIO : C'est avec ce bouton que l'on règle le taux de compression. Un réglage de 2:1 signifie qu'un signal entrant dépassant de 2 décibels le "threshold" (-12 dB dans notre exemple) sera compressé de (2dB de dépassement/Ratio de 2) 1 dB en sortie.

ATTACK : Avec l'attaque (attack), on définit le temps que met le compresseur pour être totalement effectif. Ce réglage est important car certains sons ont une attaque beaucoup plus rapide que d'autre. Par exemple, l'attaque d'une baguette sur une caisse claire est beaucoup plus rapide que celle d'un archet sur un violon. Il ne faut pas prendre ce paramètre à la légère car l'attaque est la composante la plus déterminante d'un son dans la perception de celui-ci par l'oreille. Nous avons parlé de cette notion importante de psycho-acoustique au début de la séance.

Prenons un son dont l'attaque dure 15 millisecondes (ms). Si on règle "Attack" à 5 ms, la compression sera complètement effective avant que l'attaque du son ne soit terminée et le résultat risque de ne pas sonner naturel. Par contre, si nous réglons "Attack" à 20 ms, le compresseur sera graduellement effectif jusqu'à 20 ms de sorte que l'attaque ne sera pas entièrement compressée lorsqu'elle se terminera. Le résultat sera beaucoup plus naturel. La partie du son qui suit 20 ms sera quant à elle graduellement "décompressée" durant la durée du "Release" une fois qu'elle sera passée sous le "threshold".

RELEASE : C'est ici que l'on règle le temps de relâchement du compresseur jusqu’au seuil défini (threshold).Si ce temps est trop court, le son reviendra rapidement au niveau original ce qui pourra causer un effet de "pompage". Par contre, si ce temps est trop long, le compresseur peut ne pas avoir le temps de revenir au niveau original du son avant qu'un autre son ne dépasse le "threshold".

KNEE : On peut régler par ce contrôle la façon dont se comportera la compression. "Soft Knee" apporte une compression graduelle tandis que "Hard Knee" apporte une compression immédiate.

OUTPUT : Le signal étant compressé, se dynamique dans le mix se trouve diminuée. Pour palier à ce manque, on amplifie la sortie du compresseur pour retrouver un niveau satisfaisant. Attention, lorsque vous utilisez le compresseur, votre réglage dans le mix ne peut se faire qu’à partir du réglage « output ». Si vous utilisez le fader de tranche, vous modifierez uniquement le niveau d’entrée dans le compresseur, et selon toute logique, altérerez les réglages précédents.

En mode RMS, le compresseur va faire une moyenne des valeurs à modifier sur l’ensemble du signal, et pas uniquement sur les « pics ». Son fonctionnement sera perçu de façon plus douce. Essayez les deux réglages.

à Conclusion : La compression peut nous faire gagner de la dynamique mais engendre aussi une perte de « plage de dynamique » ou « d’amplitude dynamique ». Que cela vous évoque-t-il ?

à Qu’en est il du bruit de fond ?

d/ reverb :

4.introduction à la synthèse

1/Qu’est ce qu’un synthétiseur : ex du TAL

Appareil physique ou logiciel qui combine 3 fonctions :

- un générateur de fréquence ( ou oscillateur ) périodique à nous connaissons

- un modificateur de fréquence (ou filtre) à nous connaissons

- un amplificateur à nous connaissons

Appareils ou fonctions supplémentaires :

Générateur de bruit blanc (noise) à nous connaissons

Un ou plusieurs générateurs d’enveloppe (cf ADSR) à nous allons développer

Un ou plusieurs LFO (Low Frequence Oscillator) à nous allons développer

a/ Le générateur d’enveloppe ou ADSR

Avec la compression, nous avons abordé la notion du comportement du signal dans le temps. Le principe de l’ADSR repose sur la même approche du signal.

Définition de l’enveloppe d’amplitude ou ADSR :

Attack : temps que met le paramètre pour atteindre sa valeur maximum.

Decay : temps que met le paramètre, une fois la phase d’attaque terminée, à redescendre à la valeur du paramètre suivant.

Sustain : niveau auquel le paramètre se stabilise une fois les phases d’attack et de decay terminées.

Release : temps que met le paramètre à revenir à une valeur nulle (silence) un fois la touche relâchée dans le cas d’une utilisation d’un générateur avec un clavier midi par exemple.

TP

Nous allons maintenant générer un signal à partir du TAL et observer le comportement du signal en manipulant son ADSR.

- Tout d’abord, installons le TAL

- Dans la partie « mixer » située en haut à droite de l’appareil, baissez au maximum les niveaux de : OSC2, OSC3, NOISE

Les formes d’ondes : Nous avons vu précédemment que suivant la forme d’onde, les caractéristiques sonores étaient différentes.

Le générateur de fréquence (souvennt appelé oscilloscope sur les synthétiseurs) possède dans ses réglages les quatre premieres formes d’onde utilisées pour la synthèse :

générateur de perturbation cyclique