Synthétiseur

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Le Minimoog, synthétiseur fabriqué par la société Moog à partir de 1969.
1/4 Les 104 minutes ont pour but de faire entendre le plus de sons différents d'un synthé.

Un synthétiseur, ou trivialement synthé, est un instrument de musique capable de créer et de manipuler des sons électroniques au moyen de tables d'ondes, d'échantillons ou d'oscillateurs électroniques produisant des formes d'ondes que l'on modifie à l'aide de circuits composés de filtres, de modulateurs d'amplitude, de générateurs d'enveloppe. Parmi les techniques de base, les plus répandues sont la synthèse additive, la synthèse soustractive, la synthèse FM, la modélisation physique ou la modulation de phase.

Principes[modifier | modifier le code]

Les sons peuvent être créés soit de manière analogique à l'aide de circuits électroniques à comportement continu, soit de manière numérique à l'aide de circuits numériques ou de logiciels. L'une des méthodes consiste à répliquer les structures de synthèse d'origine en modélisant numériquement les circuits analogiques, mais toutes les ressources possibles des technologies numériques (circuits DSP ou CPU des ordinateurs) sont utilisées pour générer ou modifier des sons musicaux. De nombreuses structures de synthèse sont proposées utilisant des principes de base variés, quelquefois combinés.

Un synthétiseur nécessite habituellement l'utilisation d'un clavier pour jouer de l'instrument. Toutefois, l'interface d'un synthétiseur n'est pas forcément un clavier, elle peut se présenter sous forme d'un ruban tactile ou même être la détection de la position de la main du joueur dans l'espace. Un clavier peut être inclus avec l'instrument quand il est sous forme physique. Certains synthétiseurs vendus sous forme de modules standard sans clavier ont nécessité l'adjonction d'un clavier, notamment grâce à l'interface MIDI. Cependant, quand le synthétiseur est sous forme logicielle, on lui adjoint soit ce type de clavier, soit plus souvent un modèle au standard USB.

L'enveloppe ADSR

Un des aspects les plus caractéristiques de tout son est son enveloppe d'amplitude. Cette enveloppe détermine si le son est percussif, comme le piano ou la caisse claire d'une batterie, ou persistant, comme une corde de violon. Le plus souvent, la mise en forme du profil de l'amplitude d'un son est réalisée avec un modèle d'enveloppe "ADSR" (Attack, Decay, Sustain, Release, i.e. attaque, déclin, maintien, relâchement) appliqué pour piloter le volume des oscillateurs. À part le sustain, chacune de ces étapes est concrétisée par un changement du volume (souvent exponentiel). D'autres types d'enveloppes plus complexes sont proposés, avec des segments supplémentaires.

Les enveloppes servent aussi à piloter tous paramètres de synthèse, tels la variation de la fréquence d'un filtre, le balayage d'une forme d'onde, etc... Les variations exponentielles sont habituellement utilisées car elles modélisent plus précisément le comportement des instruments réels.

  • la durée d'attaque est la durée de la première montée du niveau
  • la durée de déclin est la durée de la baisse suivante jusqu'au niveau de maintien
  • le niveau de maintien, la troisième étape, est le niveau constant produit quand une touche est maintenue
  • la durée de relâchement est la durée de la décroissance du niveau de maintien jusqu'au niveau nul quand la touche est relâchée. Si la touche est relâchée pendant l'étape d'attaque ou de déclin, la phase de maintien est habituellement passée. De manière similaire, un niveau de maintien de zéro produira une enveloppe à durée fixe (plus ou moins percussive), sans niveau continûment maintenu, même si une touche est maintenue.

Bien que les oscillations des vrais instruments changent également de fréquence, la plupart des instruments peuvent être bien modélisés sans ce raffinement. Ce raffinement est nécessaire pour créer un vibrato.

Méthodes de synthèse[modifier | modifier le code]

Trois types de synthèse sonore ont prédominé dans l'histoire des synthétiseurs. Les plus courantes sont les synthèses analogiques soustractive et additive (l'additive fut utilisée dès le début du XXe siècle sur un instrument appelé le Telharmonium. Ce fut la première). Elles ont connu leurs heures de gloire dans les années 1970 puis leur retour en grâce dans les années 1990 à 2000 à cause de leur usage très répandu dans les musiques actuelles, et cela continue aujourd'hui grâce à leur facilité d'accès sous forme de logiciel informatique. Toutefois il ne s'agit plus d'un traitement analogique du son mais d'un traitement numérique qui simule le comportement analogique des synthétiseurs de cette époque.

Le DX7 utilise la synthèse FM.

Dans les années 1980, un autre type de synthèse a remporté un large succès, il s'agit de la synthèse FM. Le principe est radicalement différent, il s'appuie sur la modulation de fréquence.

Attention, les instruments de musique électroniques munis d'un clavier ne sont pas forcément des synthétiseurs : la plupart du temps il s'agit d'appareils qui reproduisent des sons préenregistrés plutôt que de fabriquer des sons de toutes pièces-(instruments numériques). Ces sons proviennent de la numérisation (échantillonnage, quantification) du signal provenant d'un microphone. Ces sons numérisés existent sous forme de fichiers qui sont stockés sur un support magnétique/optique ou flashés dans une mémoire. Ces fichiers sont facilement modifiés par des logiciels de MAO (DAW en anglais). Les séquenceurs et les echantillonneurs permettent d'alimenter en son les synthétiseurs et les expandeurs avant restitution sur des haut-parleurs.

Composants[modifier | modifier le code]

Principaux composant d'un synthétiseur

Les synthétiseurs génèrent des sons par des techniques analogiques ou numériques. Les synthétiseurs les plus anciens sont basés sur des composants électroniques, alors que les synthétiseurs récents sont le plus souvent une combinaison de générateurs numériques logiciel et matériel. Parmi les composants utilisés figurent:

  • Les oscillateurs (ou VCO : Voltage-Controlled Oscillator), qui créent les sons de base avec un timbre qui dépend de la forme d'onde (sinusoïdale, triangulaire ou carrée le plus souvent). La synthèse additive combine différentes ondes sinusoïdales (comme un orgue par exemple), alors que la modulation de fréquence ou la distorsion de phase utilise un générateur pour en moduler un autre. La synthèse soustractive utilise des filtres pour ajuster le timbre.
  • Les enveloppes (ADSR ou autres) permettent de gérer la puissance de l'oscillateur dans le temps (attaque, sustain, release)
  • Le ou les filtres (VCF : Voltage Controlled Filter), pouvant eux-mêmes être modulés par une enveloppe, ou par un LFO
  • le ou les contrôleurs LFO (Low Frequency Oscillator), pouvant être utilisé pour moduler le son, par exemple un vibrato ou un tremolo.
  • Un ou plusieurs VCA (Voltage-Controled Amplifier), ayant pour rôle d'amplifier le signal (préamplificateur) avant la sortie vers le système d'amplification externe.

Tous ces composants peuvent être combinés entre eux de façon plus ou moins complexe.

Histoire[modifier | modifier le code]

L'histoire de la synthèse sonore et celle du synthétiseur étant intimement liées, elles sont toutes deux regroupées ici.

Ancêtres[modifier | modifier le code]

Le premier synthétiseur Moog commercalisé (1964)

En 1874, après avoir déposé infructueusement le brevet du téléphone (une heure après Alexandre Graham Bell), Elisha Gray invente le télégraphe musical. Celui-ci comporte un clavier de deux octaves et exploite via des électro-aimants les vibrations de lamelles métalliques. La diffusion est assurée par le réseau téléphonique. En 1897, l'américain Thaddeus Cahill invente le Telharmonium, appelé aussi Dynamophone car il fonctionne à l'aide de 408 dynamos. Il inspirera la conception de l'orgue Hammond 40 ans plus tard et utilise lui aussi le réseau téléphonique. En 1907, Lee De Forest invente le tube à vide (la « lampe » électronique, la triode) qui va permettre de réaliser des circuits électroniques. En 1917, le Russe Léon Theremine invente le Theremin, instrument peu courant mais encore joué et construit aujourd'hui. Il ne comporte pas de clavier mais deux antennes qui sont influencées par les positions des mains, l'une servant à piloter la hauteur et l'autre le volume du son ; ce son est le résultat de la différence entre deux oscillateurs travaillant à très hautes fréquences. C'est lui qui fait les "chœurs" dans le morceau Good Vibrations de Brian Wilson (Beach Boys) et que l'on entend aussi comme l'instrument principal du thème du générique de la série TV britannique Inspecteur Barnaby.

Maurice Martenot invente en 1928 « les ondes Martenot », instrument qui utilise le même principe de différence entre deux fréquences élevées mais dispose d'un clavier et d'un moyen de faire des glissandos. Cet instrument au son fascinant a été réédité en 2001 sous le nom d'Ondéa et est exploité notamment en concert par Yann Tiersen. Bien avant, des artistes comme Olivier Messiaen, Edgar Varèse ou Darius Milhaud ont composé pour lui un véritable répertoire. Deux ans plus tard, le Trautonium de l'allemand Friedrich Trautwein est le premier synthétiseur à synthèse soustractive. La bande-son du film Les Oiseaux d'Alfred Hitchcock a été entièrement réalisée avec cet instrument, par Oskar Sala, notamment les cris des oiseaux. En 1935, c'est la naissance de l'orgue Hammond, conçu par Laurens Hammond qui travaillait à l'origine à la mise au point d'un moteur destiné à une horloge. Les sons de l'orgue Hammond sont créés par un grand nombre de roues phoniques (sortes de dynamos) et selon un procédé de synthèse additive. Cet instrument est totalement polyphonique. Destiné initialement aux églises, il sera popularisé par le gospel puis le blues, le jazz et le rock. Il est encore très populaire aujourd'hui[Quand ?][réf. nécessaire]. En 1947, l'électronicien français Constant Martin invente le Clavioline, instrument à clavier (une octave et demi) n'ayant qu'un seul oscillateur.

2/4
3/4
4/4

En 1950, le chef d'orchestre Raymond Scott crée le Clavivox pour produire des jingles publicitaires, puis l'Electronium, un instrument très avant-gardiste puisqu'il est à la fois un synthétiseur et un séquenceur, permettant donc de programmer des mélodies. Sept ans plus tard, en 1957, Max Mathews, ingénieur aux Bell Laboratories écrit le premier programme de synthèse numérique, appelé MUSIC-I, pour l'IBM 704. En 1964, Moog commercialise son premier synthétiseur[1], et Paul Ketoff présente son « Synket »[2]. 1969, le guitariste des Beatles, George Harrison utilise un Moog sur leur album Abbey Road. Pete Townshend, du groupe Who crée l'année suivante des boucles avec un synthétiseur ARP sur Who's Next. Le synthétiseur deviendra alors un instrument de rock. En 1972 sort le premier synthétiseur duophonique, l'ARP Odyssey conçu par Alan R. Pearlman. En 1974, les premiers synthétiseurs polyphoniques apparaissent, avec le SEM[3] à deux voies puis quatre et huit voies, introduits par Tom Oberheim. Dès 1983, première démonstration publique du Musical Instrument Digital Interface ou interface MIDI, raccordant un Jupiter-6 (Roland) et un Prophet-600 (Sequential Circuits), par Dave Smith[4]. La même année, commercialisation du Yamaha DX7[5].

Synthétiseurs notables[modifier | modifier le code]

Voici une liste des instruments qui ont représenté une étape importante au niveau du son ou d'un style musical et qui méritent un article dédié. Pour chaque instrument, des musiciens ou des styles étroitement liés sont indiqués. Pour davantage de modèles de synthétiseurs, voir Catégorie:Synthétiseur.

Principaux fabricants[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Annexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) Modulations: a history of electronic music, Peter Shapiro, Iara Lee 1999 (ISBN 189102406X)
  • (fr) Modulations: une histoire de la musique électronique, Pauline Bruchet, 2004 (ISBN 2844851479)

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]