4. Synthèse soustractive
Dans la pratique, la production du son est obtenue par ce que l'on appelle la synthèse soustractive, dont le concept est utilisé dans pratiquement tous les synthétiseurs basés sur le principe de Moog. Dans ce cas, l'oscillation générée par l'oscillateur (générateur de fréquence) est débarrassée des harmoniques indésirables dans le filtre (c'est pourquoi elle est soustractive) avant d'être transmise à l'amplificateur. Considérons les tâches des modules les unes après les autres.
Structure schématique simplifiée d'un synthé analogique soustractif
L'oscillateur (appelé VCO) est piloté par un contrôleur quelconque, généralement un clavier, et se charge de produire une oscillation harmoniquement riche à la hauteur désirée. Dans la plupart des synthétiseurs analogiques, quatre formes d'onde mathématiques sont générées : l'onde sinusoïdale, l'onde carrée, l'onde en dents de scie et l'onde pulsée, nommées d'après leur apparence. Selon leur type, elles offrent un assemblage différent d'harmoniques et donc une image sonore tout à fait caractéristique.
Différentes formes d'ondes : onde sinusoïdale, en dents de scie, carrée et onde pulsée (de gauche à droite). Il apparaît clairement que l'onde carrée est un parent très proche de l'onde pulsée.
Les VCO analogiques ont plusieurs défauts de intrinsèque à la nature. Ils ont tendance à se désaccorder et sont sensibles à la température. Autrefois, il fallait faire chauffer un synthétiseur avant de monter sur scène, et Dieu nous en préserve : lors d'un concert en plein air, cela pouvait être une véritable épreuve. De plus, le développement de synthétiseurs polyphoniques, d'appareils avec plusieurs VCO, VCF et VCA, a rapidement atteint les limites de la technologie. Des facteurs apparemment insignifiants comme le poids et la taille des circuits posaient problème, car ils s'influençaient mutuellement. L'onde carrée ne produit que des harmoniques impaires par rapport à la note de base et a un son doux, semblable à celui d'une clarinette. En revanche, l'oscillation en dents de scie offre toutes les harmoniques, paires et impaires, ce qui lui confère un son clair et doux qui rappelle celui des cuivres. L'onde pulsée est la seule du trio à pouvoir adapter son empreinte harmonique en modulant la largeur de l'impulsion et offre ainsi la base la plus flexible pour bricoler des sons.
Une fois la forme d'onde de base générée dans le VCO, le signal arrive dans le filtre qui ferme le passage à certaines fréquences. Il s'agit généralement d'un filtre passe-bas, qui ne supprime du spectre sonore de l'oscillateur que les fréquences supérieures à la fréquence de coupure caractéristique (cut off frequency). Lorsque ce filtre est réglé si bas qu'aucune harmonique ne peut passer, il ne reste que la fréquence fondamentale sous forme de sinusoïde.
Le graphique montre l'évolution de l'amplitude en fonction de la fréquence à la sortie d'un filtre résonnant.
Voilà pour les obligations du filtre. Mais le programme qui confère le plus de liberté est le paramètre de résonance. Il détermine la proportion du signal de sortie du filtre qui doit être réinjectée dans son entrée. Au niveau sonore, cela se traduit par une accentuation de la fréquence de coupure, ce qui permet au bidouilleur créatif de produire des sons métalliques et électroniques intéressants. Toutefois, à partir d'une certaine intensité de feedback, le filtre entre lui-même en résonance et produit ainsi une oscillation sinusoïdale à la fréquence de coupure.
Le graphique montre les quatre paramètres d'une enveloppe ADSR. Le sustain détermine un niveau, les trois autres paramètres des temps. Sur les synthétiseurs modernes, les enveloppes peuvent également contrôler d'autres cibles que l'amplificateur.
La troisième possibilité d'influencer le son d'un synthétiseur est l'amplificateur. Dans le cas le plus simple, il permet au son produit d'être perçu en augmentant le volume à sa valeur maximale dès qu'un événement du contrôleur se produit et en le réduisant à zéro lorsque l'événement disparaît. Comme cela ne se produit pratiquement jamais avec les instruments acoustiques, l'amplificateur est doté d'une fonction appelée Enveloppe, qui permet d'influencer le volume en fonction du temps. Les paramètres Attack (temps d'attaque), Decay (temps pour atteindre le niveau de maintien), Sustain (niveau de maintien) et Release (temps de relâchement) facilitent le façonnage.
