Synthétiseurs

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Sons et musiques

La naissance des sons synthétiques remonte au début du xxe siècle, lorsque les fabricants d’instruments de musique se rendirent compte que l’électricité pouvait être un outil de création extraordinaire. La première méthode de synthèse sonore utilisée alors, et qui reste aujourd’hui encore la plus intuitive, est la synthèse additive. Elle repose sur le théorème de Fourier, qui affirme :

« Tout signal périodique complexe se décompose en une somme de signaux périodiques sinusoïdaux appelés harmoniques, et dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence la plus basse (la plus grave), appelée fondamentale. »

Les valeurs de ces multiples s’expriment en rangs harmoniques. Par exemple, pour une fondamentale à 440 Hz, la fréquence de l’harmonique de rang 2 est égale à 880 Hz , celle de l’harmonique de rang 3 est de 1 320 Hz , etc.

Une forme d’onde complexe (en bleu)
et les harmoniques qui la composent (sinusoïdes en noir)

Toute la différence entre deux sonorités périodiques de même hauteur (déterminée par la fréquence de la fondamentale) dépend du rang des harmoniques présents et de leurs amplitudes. Il s’agit de la notion de timbre, qui fait la différence entre un la joué au piano et un la joué au violon.

Si les signaux apériodiques, comme les sons générés par les percussions, se décomposent également en un ensemble de signaux périodiques simples, leurs fréquences ne sont pas des multiples de la sinusoïde la plus grave. On parle alors de son inharmonique.

La richesse du son fourni par un synthétiseur à synthèse additive dépend du nombre d’oscillateurs dont il dispose, chaque oscillateur ne permettant de générer qu’un seul harmonique. Le son est également rendu plus réaliste en lui appliquant une enveloppe d’amplitude, reproduisant la façon dont l’amplitude d’un son musical évolue au cours du temps.

Si la synthèse additive est la synthèse la plus simple du point de vue théorique (il suffit d’ajouter les harmoniques souhaités à une fréquence fondamentale), elle est complexe à mettre en pratique en raison de la puissance de calcul nécessaire.

Depuis, d’autres méthodes de synthèse, moins gourmandes en ressources, ont vu le jour : synthèse soustractive, par modulation de fréquence… En plus de ces méthodes, on utilise aujourd’hui l’échantillonnage de sons réels, qui se développe depuis quelques années en raison de l’augmentation des capacités de stockage informatique.

1. On souhaite obtenir un sol2, note correspondant à une fréquence sonore de 196 Hz, à l’aide d’un synthétiseur à synthèse additive comportant 4 oscillateurs. Quelle sera la fréquence f1de la fondamentale ?

Voir le chapitre 2, partie I. 3.

2. Quelles seront les fréquences f2, f3 et f4 des 3 premiers harmoniques ?

3. Sur quels paramètres devra-t-on jouer si l’on souhaite modifier le timbre du son produit ?

4. Représenter, sans souci d’échelle, l’allure de la courbe exprimant l’amplitude en fonction du temps d’un son auquel aucune enveloppe d’amplitude n’aurait été appliquée.

5. À l’aide d’une recherche sur Internet, expliquer en quoi consiste l’« échantillonnage de sons réels » utilisée dans les instruments électroniques actuels.