Module : Synthèse sonore

Contact : Roland Badeau (roland.badeautelecom-paristech.fr)

Descriptif
La synthèse sonore regroupe l’ensemble des procédés et algorithmes destinés à produire des sons musicaux. Ces procédés sont utiles notamment pour mettre en son des morceaux de musique décrits de manière symbolique (partition, format MIDI, format textuel). Ils peuvent être différenciés selon qu’ils sont fondés,

1-sur un modèle de signal : on construit des formes d’onde qui sont ensuite utilisées pour fabriquer le son. Exemples :

  • synthèse additive : le son est reconstruit en additionnant des composantes élémentaires comme des partiels (composantes sinusoïdales) d’un son de cloche ;
  • synthèse granulaire : c’est un cas particulier de synthèse additive mais cette fois les formes élémentaires sont localisées en temps et en fréquence (sinusoïdes modulées en amplitude par des courbes en cloche) ;
  • synthèse à table d’onde (dite également « par échantillonnage ») : le son est reconstruit par rééchellonnage en temps et/ou fréquence de formes d’onde élémentaires contenues en mémoire ;

2- sur un modèle de production : on choisit les paramètres d’un modèle mettant en relation des éléments sources et des opérateurs. Exemples :

  • synthèse par modulation de fréquence (FM) : on connecte des opérateurs élémentaires tels que oscillateurs, additionneurs, gains et tables de lecture pour produire le son. La cascade de deux oscillateurs sinusoïdaux produit une configuration élémentaire de synthèse FM;
  •  synthèse source/filtre ;

3- sur la discrétisation d’un modèle physique de fonctionnement d’un instrument. Cette synthèse, dite par modèle physique, vise à reproduire le comportement réel de l’instrument via une description mathématique en terme de source, d’équations d’évolution (ou de propagation) et de conditions aux limites.

  • synthèse par discrétisation des équations de propagation (différences finies ou éléments finis), description physique de l’interaction avec la source et simulation du rayonnement acoustique ;
  • synthèse par lignes de transmission : adaptées aux propagations mono-dimensionnelles comme les cordes (méthode de Karplus-Strong) ou les instruments à vent (tubes acoustiques).


Le composant dans le projet PACT

Parmi ces diverses méthodes, les méthodes les plus susceptibles d’être mise en œuvre dans PACT, de part leur facilité d’implémentation et leur souplesse d’utilisation sont préférentiellement (CTU=connaissances techniques utiles) :

  • la synthèse FM (ici des slides joints), CTU: Fourier, modulation de fréquence
  • la synthèse par rééchantillonnage, CTU: Echantillonnage, Interpolation, Eléments sur les gammes musicales
  • la synthèse source-filtre (ici un document joint), CTU: Fourier, Filtrage, mécanismes de production vocale
  • la synthèse additive sinusoïdale ou granulaire, CTU: Fourier, Ondelettes
  • la synthèse de Karplus-Strong (ici des slides joints), CTU : Production du son dans les instruments à cordes, filtrage

Documents pour étudier :

Bibliographie et sites web

  • Audionumérique (C. Roads), dispo en bibliothèque

Outils de prototypage
FM-dream (freeware, archive fournie) : permet de tester des configurations rapidement.

Les composants SES associés :
Usages de la synthèse et des effets sonores (influences de la généralisation des sons électroniques, pourrait rentrer dans une question plus vaste de l’influence de la technologie)
Economie et marché de la synthèse sonore.