La synthèse – générer et combiner des formes d’onde pour produire des sons complexes — peut sembler une montagne à gravir pour les premiers producteurs et les nouveaux concepteurs sonores.
Termes inconnus, concepts inconnus et un éventail de boutons, commutateurs et graphiques vagues — par où commencez-vous?
Ces sentiments sont tout à fait normaux à avoir, mais la synthèse n’a pas besoin d’être si écrasante pour plonger.
En décomposant chaque concept en étapes, les nouveaux producteurs et concepteurs sonores peuvent mieux comprendre les concepts de synthèse de manière globale, s’ouvrant ainsi à des opportunités de croissance ultérieure.
Et c’est exactement ce que nous allons faire dans cet article !
Nous allons nous concentrer principalement sur les bases de la synthèse soustractive. C’est l’un des types de synthèse les plus élémentaires et consiste à enlever les fréquences avant de combiner les formes d’onde. Nous allons passer en revue les outils que nous utilisons pour ce faire et leur application.
Dans notre exploration de la synthèse soustractive, nous discuterons également des idées qui se répercutent dans toutes les branches de la synthèse. Sautons dedans!

Flux de signal en synthèse

Le concept le plus important à comprendre lors de l’approche de la synthèse (et potentiellement de la production en général) est le flux de signal.
C’est le chemin qu’un signal (son) prend de sa source à la sortie. Dans ce contexte, la compréhension du flux de signal en synthèse soustractive sera beaucoup plus facile.
La synthèse soustractive se compose de divers composants qui interagissent les uns avec les autres. Nous arriverons bientôt aux composants et à leurs fonctions, mais il est important de comprendre d’abord comment le signal se déplace d’un composant à l’autre.
Dans le cadre de la synthèse, quelque chose génère un signal initial, qui est ensuite traité par divers composants du synthétiseur. Chacun de ces composants a son propre travail et peut être utilisé pour modifier le signal à la guise du concepteur sonore.
Notez que ces composants d’un synthétiseur sont similaires aux plugins que vous insérerez sur un canal de votre DAW. Sur un canal, le son entre dans la chaîne de signaux et se déplace à travers les plugins en cours de route, étant progressivement traité jusqu’à ce qu’il atteigne la sortie.
Un signal peut généralement traverser ces composantes de synthèse de deux manières, en série ou en parallèle.
 Cymatique - Synthèse Soustractive - Organigramme 03
Dans le diagramme ci-dessus, le signal est généré dans le bloc 1 (cela pourrait être un oscillateur), puis envoyé au Bloc 2 (cela pourrait être un filtre), puis au Bloc 3 (cela pourrait être un amplificateur), puis au Bloc 4 (cela pourrait être la sortie).

Du fait que le signal se déplace linéairement du Bloc 1 au Bloc 2 en passant par le Bloc 3 et le Bloc 4, on dit que ces composantes sont disposées  » en série « .
 Cymatique - Synthèse Soustractive - Organigramme 02
Dans ce diagramme, le signal recommence à la source, Bloc 1. Il se divise ensuite et se déplace une fois vers le bloc 2 et une fois de plus séparément vers le bloc 3. Dans cet exemple, les blocs 2 et 3 peuvent être des filtres. Le signal sort de ces filtres et est à nouveau mélangé au bloc 4, la sortie.
Notez que si les blocs 2 et 3 sont configurés pour avoir des paramètres différents, cela sonnera différent par rapport à l’exemple précédent.
On dit que les blocs 2 et 3 sont disposés  » en parallèle ».

Composants de synthèse

Maintenant que nous comprenons comment un signal peut se déplacer dans un synthétiseur, jetons un coup d’œil à certains composants que nous implémentons la synthèse soustractive. Nous avons déjà mentionné les trois principaux: les oscillateurs, les filtres et les amplificateurs.

Oscillateurs

Un oscillateur agit comme une source, générant et délivrant une forme d’onde répétitive. Sur la plupart des synthétiseurs, cet oscillateur aura:

    • Une fréquence/hauteur réglable (mesurée en Hz/note de musique respectivement)

    • Une forme d’onde (sinus, triangle, carré, dent de scie, etc.)

    • Une amplitude (mesurée en dB ou en pourcentage, 0% étant silencieux et 100% étant plein niveau)

Les oscillateurs des synthétiseurs – en particulier les synthétiseurs logiciels – répondront généralement à l’entrée MIDI d’un clavier ou d’un contrôleur MIDI et ajusteront la hauteur en conséquence.
De nombreux « synthétiseurs logiciels » (synthétiseurs logiciels) permettent également de transposer un oscillateur par incréments de demi-ton et de cent.
Par exemple, la hauteur d’un oscillateur pourrait être réglée sur +5 demi-tons, et l’entrée d’un Do sur un contrôleur MIDI entraînerait la lecture d’un Fa par l’oscillateur.
Vous pouvez voir que dans cet oscillateur ici, sur le Massif de l’instrument natif:
 Cymatiques - Synthèse soustractive - Massive 01
Les oscillateurs de la plupart des synthétiseurs ont la capacité de produire différentes formes d’onde.
Ces formes répètent chacune une forme d’onde différente et ont chacune leur propre contenu de timbre et de fréquence. Les formes d’ondes communes que vous trouverez probablement sont illustrées ci-dessous, tirées d’un oscillateur dans le sérum de Xfer:
 Cymatics - Synthèse soustractive - Sérum 01
De nombreux synthés logiciels incluront un paramètre d’amplitude ou de niveau pour un oscillateur. Ceci est similaire à un amplificateur, auquel nous arriverons sous peu.

Le paramètre amplitude contrôle le volume du signal sortant de la section oscillateur du synthétiseur. Notez que Massive et Serum ont tous deux un paramètre d’amplitude ou de niveau dans leurs sections d’oscillateur respectives:
 Cymatique - Synthèse soustractive - Massive 02
 Cymatique - Synthèse Soustractive - Sérum 02
L’oscillateur est le composant le plus courant au début d’un patch de synthèse soustractive. Nous verrons comment il est intégré aux autres composants plus tard.

Filtres

Du point de vue de la fréquence, la plupart des signaux audio aigus (qui pourraient être définis par une note de musique) se composent de deux composantes:

    • Une fréquence fondamentale (située à cette note de musique)

    • Et une série d’harmoniques, ou harmoniques d’accompagnement au-dessus de la fréquence fondamentale

Le son dans la nature est causé par le mouvement des molécules d’air dans un mouvement ondulatoire, et la réflexion rapide de ces ondes sur les surfaces à l’intérieur d’un instrument provoque la création de ces harmoniques supplémentaires.
Le contenu harmonique du son détermine son timbre caractéristique. Le piano et la guitare, par exemple, ont des assortiments d’harmoniques différents, donc un son différent même en jouant la même note.
La synthèse soustractive est différente des autres méthodes de synthèse en ce sens que le concepteur sonore se concentre sur la suppression du contenu harmonique d’un son, et cela se fait souvent à l’aide d’un filtre. Ces filtres viennent souvent après les oscillateurs dans une chaîne de synthèse soustractive.
Si vous connaissez le fonctionnement d’un égaliseur, un filtre n’est qu’un autre nom pour une bande sur un égaliseur. Ces bandes peuvent être utilisées pour amplifier ou atténuer (diminuer) le niveau de certaines plages de fréquences dans un son.
Amplifiant et coupant, les filtres sont le meilleur moyen de sculpter le contenu harmonique d’un son.
Les formes de filtres les plus courantes sont les filtres passe-haut / coupe-bas et passe-bas / coupe-haut (HPF / LPF), les filtres à étagère basse et haute, les filtres à cloche et les filtres à encoche.

Passe-haut /Coupe-bas

 Cymatique - Synthèse soustractive - Fabfilter 01
Un filtre passe-haut /coupe-bas est utilisé pour atténuer et découper le contenu harmonique en dessous d’une certaine fréquence. Cette fréquence est appelée fréquence de coupure, et est généralement réglable dans les filtres présents sur les synthétiseurs. Nous utilisons le Pro Q 2 de FabFilter pour une démonstration.
Ces filtres ont également tendance à avoir un paramètre Q ou de résonance. Augmenter cela amplifiera le signal à et immédiatement autour de la fréquence de coupure.

Enfin, les HPF ont tendance à avoir un numéro de pôle. Ce paramètre détermine l’inclinaison du filtre à gauche de la fréquence de coupure.
Les nombres de pôles communs sont de 1 à 4 et mesurent le nombre d’incréments de 6 dB qu’un filtre atténue le signal par octave. En termes simples, un filtre à 1 pôle atténuera le signal de 6 dB au cours d’une octave, un filtre à 2 pôles atténuera 12 dB, un filtre à 3 pôles de 18 dB et un filtre à 4 pôles de 24 dB.
Il est important de noter que « passe-haut » et « coupe-bas » sont deux noms pour la même chose. Le filtre permet aux hautes fréquences de « passer » à travers, ou il coupe les basses fréquences. C’est juste une question de perspective.

Coupe passe-bas /coupe-haut

 Cymatique - Synthèse soustractive - Fabfilter 02
Les filtres passe-bas / coupe-haut sont très similaires, mais se produisent du côté opposé du spectre de fréquences. Ils peuvent atténuer et découper le contenu harmonique au-dessus d’une fréquence de coupure définie. Les nombres de Q/résonance et de pôles fonctionnent exactement de la même manière pour ces filtres que pour les HPF.

Bas-plateau & filtres haut-plateau

 Cymatics - Synthèse soustractive - Fabfilter 03
Les filtres de plateau sont similaires aux filtres passe/ coupe, mais varient de deux manières. Ils ont un paramètre similaire à une fréquence de coupure appelée fréquence de rotation, qui fonctionne plus ou moins de la même manière. Q et le nombre de pôles affectent les filtres d’étagère de la même manière que les filtres passe / coupe.
Cependant, les filtres d’étagère ont également un paramètre de gain réglable. Ainsi, ils peuvent être utilisés pour amplifier ou atténuer les fréquences, créant une forme en S dans laquelle le filtre se situe (contrairement à un filtre passe / coupe). L’utilisation de filtres en étagère pour atténuer les fréquences est donc un peu plus douce que les filtres HPF ou LPF complets.

Filtres à cloche

 Cymatiques - Synthèse soustractive - Fabfilter 04
Ce sont le type de filtre le plus courant, capable d’amplifier ou d’atténuer une plage de fréquences définie dans un signal. Similaires aux fréquences de coupure et de rotation, les filtres à cloche ont une fréquence centrale placée au centre de la plage.
Cette plage peut être définie par le paramètre Q ou resonance, avec des valeurs inférieures comprenant une plage de fréquences plus large et des valeurs supérieures comprenant une plage plus étroite. La plage est amplifiée ou atténuée avec un paramètre de gain.
Les filtres en cloche peuvent également avoir des numéros de pôles, mais tous les filtres n’offrent pas cette flexibilité. L’égaliseur Pro Q 2 de FabFilter permet de définir le nombre de pôles sur tous les filtres, l’égaliseur natif d’Ableton n’autorise que les paramètres de nombre de pôles 2 sur les LPF et les HPF (1 et 4 pôles). Encore une fois, les nombres de pôles sur les filtres de cloche fonctionnent de la même manière qu’avec les exemples précédents.

Filtres à encoche

 Cymatics - Synthèse soustractive - Fabfilter 05
La dernière forme de filtre de base est un filtre à encoche. Ces filtres peuvent découper une gamme de fréquences n’importe où dans le spectre de fréquences. Encore une fois, les filtres à encoche utilisent une fréquence centrale. Q et numéro de pôle ont à nouveau les mêmes fonctions. Notez qu’un filtre en cloche avec une valeur Q plus élevée et un gain très faible agira de la même manière qu’un filtre à encoche.

Amplificateurs

Bien que vous puissiez être habitué à l’idée qu’un amplificateur fasse quelque chose de plus fort (comme un ampli guitare / micro), un amplificateur dans ce contexte détermine simplement le niveau du signal.
Il peut souvent simplement fonctionner comme un paramètre de gain, et peut également être utilisé pour sculpter la durée d’un son en utilisant la modulation…

Modulation

Dans le monde du design sonore, l’ennui est le pire résultat possible. Plus un son peut varier dans le temps en timbre, amplitude, hauteur, etc. plus il attirera l’attention.
Tous les sons ne nécessitent pas une tonne de variations temporelles, mais au moins certains peuvent aider à rendre un son plus organique et plus vivant.
La modulation est le moyen le plus courant d’appliquer ces types de variation. Nous sommes en mesure d’automatiser le mouvement d’un paramètre dans un synthétiseur en utilisant quelques « signaux de contrôle » différents, dont les plus courants sont les générateurs de LFO et d’enveloppe.
Ces signaux de commande peuvent être appliqués à un paramètre et déplacer ce paramètre dans une plage de positions (la plage peut être réglée). Le paramètre suivra la forme du générateur de LFO ou d’enveloppe.

Les oscillateurs basse fréquence (LFO)

Les LFO sont exactement ce à quoi ils ressemblent: des oscillateurs générant des ondes de très basse fréquence.
Souvent, ces ondes tombent en dessous de 20 Hz – la limite inférieure de l’audition humaine – et entrent dans la gamme subsonique. Les LFO peuvent être réglés pour produire une variété de formes d’ondes répétitives, similaires aux oscillateurs normaux disponibles dans de nombreux synthétiseurs.
Ces LFO peuvent être utilisés pour moduler d’autres paramètres dans un synthétiseur. Ils auront généralement des paramètres de forme d’onde et de débit (fréquence) réglables. Le LFO du sérum, illustré ci-dessous, a une forme totalement personnalisable. Comme la plupart des LFO, il offre également des taux synchronisés à une valeur rythmique, liée au tempo.
Ce LFO est synchronisé à un quart de note, de sorte que les valeurs de sortie du LFO à travers la forme d’onde de gauche à droite sur la durée d’un quart de note.

 Cymatique - Synthèse soustractive - LFO
Par exemple, un LFO peut être réglé pour avoir une onde sinusoïdale de base comme forme d’onde et une fréquence de 2 Hz. Ceci pourrait être appliqué à l’amplificateur, provoquant une augmentation et une baisse de l’amplitude du signal avec le mouvement de l’onde sinusoïdale lente.
L’amplitude augmente à mesure que l’onde sinusoïdale monte, diminue à mesure qu’elle tombe et revient à la position de départ. Puisque le LFO est réglé sur une fréquence de 2 Hz, cette montée et cette chute se produiront deux fois par seconde.
Un LFO pourrait également être appliqué à la hauteur d’un oscillateur pour créer un vibrato. Dans ce scénario, le LFO ne modulerait la hauteur qu’une petite quantité (moins d’un demi-ton au-dessus et au-dessous de la hauteur jouée) et oscillerait quelque part entre 4 et 7 Hz.
Parce que les LFO créent un signal répété qui module un paramètre, ils sont mieux utilisés pour créer un motif de modulation répétitif. Pensez aux synthés d’accords oscillants communs aux futures basses. Ceux-ci sont créés avec un LFO modulant l’amplificateur, et peut-être aussi une fréquence de coupure du filtre.

Générateurs d’enveloppe

Mais parfois, un signal de modulation répétitif n’est pas nécessaire. Parfois, nous voulons juste un mouvement unique d’un certain paramètre. Ceci est possible avec un générateur d’enveloppe.
Ceux-ci créent ce qu’on appelle une enveloppe, un signal unique qui peut être utilisé pour moduler un autre paramètre.
Une enveloppe est composée de plusieurs sections au fil du temps, chacune pouvant généralement être ajustée. Ces sections sont représentées par l’acronyme « ADSR », signifiant temps d’attaque, temps de désintégration, niveau de maintien et temps de libération.
 Cymatique - Synthèse soustractive - Enveloppe

Temps d’attaque

Dans le temps d’attaque défini, le signal passe du silence à la pleine amplitude, généralement mesurée en millisecondes (ms).
Des valeurs de temps d’attaque plus faibles feront que l’enveloppe atteindra rapidement sa pleine amplitude, tandis que des valeurs plus élevées provoqueront une rampe progressive d’amplitude faible à élevée.

Temps de désintégration

Une fois qu’une enveloppe atteint son amplitude maximale, elle peut alors se désintégrer à un niveau inférieur sur une période de temps. Le paramètre de temps de décroissance d’une enveloppe déterminera combien de temps (en ms) le signal prend pour descendre à ce niveau inférieur.

Sustain

Le paramètre de niveau de sustain détermine ce qu’est ce niveau inférieur et est généralement mesuré en dB négatifs.

À une valeur de maintien de -4 dB par exemple, l’enveloppe va passer de rien à pleine amplitude en fonction du temps d’attaque puis chuter de 4 dB en fonction du temps de décroissance.
Notez qu’une valeur de maintien de 0 dB (aucun changement par rapport à l’amplitude maximale de l’enveloppe) n’entraîne effectivement aucun stade de décroissance.

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Temps de libération

À un moment donné, l’enveloppe est déclenchée pour « libérer », et le signal tombe du niveau de maintien à plus rien. Le temps que cela prend (encore une fois en ms) est déterminé par le temps de libération.
L’utilisation la plus courante des générateurs d’enveloppe est de déterminer l’amplitude d’un son dans le temps, et donc on l’appliquerait à un amplificateur.
Lorsqu’une note est jouée, l’enveloppe est déclenchée et augmente l’amplitude au maximum en fonction du temps d’attaque.
Après avoir atteint sa pleine force, il se désintègre au niveau de maintien en fonction du temps de désintégration.
Une fois la note relâchée, le signal diminue à néant en fonction du temps de relâchement.
Notez que les valeurs que vous choisissez ont un impact énorme sur le caractère d’un son. Les valeurs d’attaque courtes, les valeurs de décroissance courtes et un niveau de maintien de -inf dB entraîneront des sons courts et courageux.
Les attaques longues et les valeurs de sustain plus élevées entraînent des sons gonflants ressemblant à des coussinets. Approchez vos valeurs ADSR avec intention et composez ce son dans votre tête!

Configuration la plus courante en synthèse soustractive

La configuration de synthèse soustractive la plus basique consisterait en un oscillateur entrant dans un filtre puis un amplificateur, le tout en série. Deux instances ou plus de cette chaîne pourraient fonctionner en parallèle, puis être mélangées après les filtres ou les amplificateurs.Les modulateurs
peuvent ensuite être utilisés pour fournir un mouvement à n’importe quoi, du pas de l’oscillateur à la fréquence de coupure du filtre en passant par le gain de l’amplificateur.
 Cymatique - Synthèse soustractive - Graphique 04
Le diagramme ci-dessus montre deux oscillateurs se heurtant à leurs propres filtres. Les sorties de ces filtres sont mélangées à l’amplificateur. Des LFO ou des générateurs d’enveloppe peuvent être appliqués aux paramètres des oscillateurs (p. ex. pas) ou des filtres (p. ex. fréquence de coupure).
Un générateur d’enveloppe est appliqué au niveau de l’amplificateur pour contrôler la forme du son dans le temps.

Conclusion

De toute évidence, il existe des moyens plus compliqués d’utiliser la synthèse soustractive. Il existe également d’autres méthodes de synthèse telles que la synthèse additive, la synthèse FM, la synthèse granulaire, etc. qui produisent des résultats différents.
Mais une grande majorité de la synthèse se résume au contenu fréquentiel, à l’amplitude et à la modulation, qui peuvent tous être abordés avec ces méthodes soustractives simples. Avoir une bonne maîtrise de ces concepts et développer la capacité de les utiliser à dessein est une étape énorme pour améliorer vos compétences en tant que concepteur sonore.
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