Caractéristiques fondamentales du son

Si vous êtes passionné par la création sonore et souhaitez y consacrer votre temps, créer divers environnements audio sous forme de musique, d'effets sonores, de contenu audiovisuel et toutes les applications possibles de l'audio dans la vie, si vous souhaitez devenir un professionnel de la conception sonore ou ingénieur du son, revoyons la définition fondamentale de ce qu'est le son. Ces connaissances sont importantes pour comprendre les bases et apprendre les techniques de travail avec l'audio. En tant que sculpteur de cet environnement particulier, vous devez connaître votre matériau et être capable de le manipuler au mieux afin de donner à votre idée la forme souhaitée.

Au sens large, le son est une onde de pression créée par un objet vibrant et qui se propage dans un milieu.

Les ondes vibratoires se propagent dans l'air ou dans n'importe quel milieu (solide, liquide ou gazeux), créant une vibration mécanique de ses particules.

Dans un sens plus subjectif, le son est la perception de ces vibrations par les sens spéciaux des animaux ou des humains. La variété des sons que nous entendons est due aux différentes caractéristiques de l'onde sonore dans laquelle ils se propagent et à la combinaison de ces paramètres.

Illustrez ces caractéristiques fondamentales du son ci-dessous à l'aide d'un exemple de simple onde sinusoïdale :

1. La fréquence, qui apparaît à l'oreille humaine comme un son grave ou aigu

Basse fréquence (graves)

Haute fréquence (aigu)

Une onde peut produire plusieurs cycles en une seconde, le nombre de ces cycles est appelé la fréquence de l'onde. Comme l'onde est produite par un corps vibrant, ce corps vibrant a une caractéristique identique : la fréquence. La fréquence de l'onde sonore est mesurée en hertz.

Il en va de même pour un corps vibrant. Une vibration complète produit un cycle complet d'onde. Si 50 vibrations sont produites par seconde, on peut dire que la fréquence d'une onde est de 50 Hz, soit 50 cycles par seconde. Cela signifie que 1 Hz équivaut à 1 vibration par seconde.

Il est intéressant de noter que le passage d'une onde à travers différentes substances n'affecte ni ne modifie la fréquence de l'onde, qui reste fixe.

La fréquence d'une onde est la même que la fréquence du corps vibrant qui produit l'onde. Lorsque les vibrations sont rapides, on utilise une unité de fréquence plus grande appelée kilohertz (kHz), soit 1 kHz = 1000 Hz. En matière d'audio, nous traitons principalement une gamme de fréquences et de variations qui sonnent simultanément, créant ainsi la nature du son, différents tons et harmoniques.

Une oreille humaine en bonne santé peut percevoir un son dans une gamme allant de 16 Hz à 20 kHz. Les sons dont la fréquence est inférieure à 20 Hz sont appelés infrasons, et ceux dont la fréquence est supérieure à 20 kHz, que l'oreille humaine normale peut percevoir, sont appelés ultrasons.

2. L'amplitude est une autre caractéristique d'une onde sonore, qui se traduit pour l'oreille humaine par le volume sonore. Alors que la fréquence reflète la vitesse des ondes, l'amplitude correspond à leur hauteur (ou leur bassesse). Dans la vie quotidienne, le volume d'un son est mesuré en décibels (dB). Plus le niveau en décibels est élevé, plus le bruit est fort.

Faible amplitude (faible volume)

Amplitude élevée (volume élevé)

La durée d'un son est le temps pendant lequel il dure entre un certain niveau de volume initial et 0 dB. Il s'agit donc en fait d'une séquence d'amplitudes de n'importe quel son entre le point de départ et 0.

4. Le timbre est une particularité du son lui-même, c'est une qualité du son. C'est ce qui fait que deux instruments de musique différents ont un son différent l'un de l'autre, même lorsqu'ils jouent la même note musicale, au même volume. Par « jouer la même note », nous entendons que les instruments ont la même hauteur (fréquence) et le même volume. En mentionnant à nouveau la fréquence, il faut ajouter que celle-ci détermine la tonalité (hauteur), la note sur laquelle le son est joué.

Lorsque la note est jouée sur un instrument, nous pouvons entendre la tonalité principale et d'autres tonalités subtiles qui jouent sur d'autres hauteurs, ce sont les harmoniques. Celles dont la hauteur est inférieure à la tonalité principale sont appelées sous-tonalités, et celles dont la hauteur est supérieure sont appelées tonalités supérieures. La somme de toutes ces fréquences est perçue par nos oreilles comme le son d'un instrument particulier.

En matière de synthèse sonore, qui consiste à générer à partir de zéro le son souhaité, il est nécessaire de se familiariser avec les formes d'ondes les plus courantes. En effet, les ondes sonores peuvent prendre différentes formes et, le son étant le produit d'une onde, la forme de l'onde détermine la couleur, la texture et l'harmonique du son produit. Le processus de synthèse audio consiste à donner à une onde des formes particulières, à la mélanger ou à la faire passer par des enveloppes, des filtres et des effets. Il peut s'agir d'un son complètement nouveau imaginé par le concepteur ou le producteur de musique, ou de n'importe quel son qu'il souhaite reproduire. À cette fin, il est possible d'utiliser du matériel électronique ou des logiciels. Dans Amped Studio, vous avez le choix entre plusieurs synthétiseurs en ligne pour expérimenter, jouer et créer vos propres sons uniques.

1. Onde sinusoïdale

La Sin est la forme d'onde la plus simple, la plus basique et la plus pure, elle n'occupe qu'une seule fréquence. Toutes les formes d'onde sont construites à partir d'elle.

Il arrive parfois que certains synthétiseurs soustractifs ne la contiennent pas comme forme d'onde de base, car elle n'occupe qu'une seule fréquence et ne répond pas à une condition soustractive, puisqu'elle n'a rien à soustraire. Le type d'onde sinusoïdale peut être facilement créé en passant une onde triangulaire par un filtre passe-bas.

2. Onde triangulaire

Elle est très similaire à une onde sinusoïdale, sauf qu'elle comporte quelques fréquences supplémentaires au-dessus. Les fréquences ne contiennent que des harmoniques impaires, les mêmes que celles que l'on trouve dans l'onde carrée. Cela signifie qu'elles ont la note fondamentale, la 3e harmonique, la 5e harmonique, la 7e harmonique, et ainsi de suite. Ces harmoniques « s'atténuent » à mesure que l'on s'éloigne de la fréquence fondamentale. Mais la différence entre une onde triangulaire et une onde carrée est que les harmoniques diminuent plus rapidement que celles d'une onde carrée.

3. Onde carrée

Également appelée forme d'onde pulsée, car elle peut être contrôlée par un système appelé modulation de largeur d'impulsion. La modulation de largeur d'impulsion (ou PWM) contrôle l'espacement des « carrés ».

Elles sont similaires à une onde triangulaire. Elles sont créées et ne contiennent que les harmoniques impaires (3e, 5e, 7e, etc.), mais avec des harmoniques plus élevées qui durent beaucoup plus longtemps que celles d'une onde triangulaire.

4. Onde en dents de scie

Comme vous pouvez le voir sur l'image, elle ressemble en partie à une onde carrée, mais elle est composée à la fois d'harmoniques paires et impaires. En raison de sa richesse en harmoniques, l'onde en dents de scie est la forme d'onde la plus couramment utilisée. De nombreux sons sont créés à partir de cette forme d'onde.

1. Onde de bruit

Tout le monde a déjà entendu le bruit d'une télévision ou d'une radio qui n'a pas été réglée, qui ressemble à « Shshshsh ». C'est exactement le son produit par la forme d'onde bruit. Cela s'explique par le fait qu'elle est composée de nombreuses fréquences complètement aléatoires réparties sur toute la longueur. Le bruit est largement utilisé par les concepteurs sonores pour créer toutes sortes de sons, tels que des applaudissements, des balayages, des charlestons, pour ajouter des aigus aux synthétiseurs, et bien d'autres encore.

Comme nous le mentionnons toujours, il est important d'expérimenter. Vous pouvez utiliser n'importe quelle forme d'onde pour créer n'importe quel type de son, en fonction de votre idée et de votre image audio. L'utilisation générale peut être la suivante :

• Lead : carré, scie ;
• Pad : carrée, en dents de scie ;
• Basses : triangle, carré, scie ;
• Sub-basses : sinusoïdale, triangulaire.

Une vérité fondamentale concernant le son est qu'il n'existe que deux variables : le temps et le déplacement des particules. Nous pouvons créer n'importe quel son imaginable en déplaçant simplement les molécules d'air dans la bonne mesure et au bon moment. Les logiciels de synthétiseur utilisent des méthodes mathématiques appropriées pour produire le bon déplacement au bon moment afin de nous donner à la fois les harmoniques associées à certaines formes d'onde et les ondes supplémentaires nécessaires pour former des accords.

Pour décrire un son et traiter la synthèse, il est également essentiel d'examiner les propriétés de la forme d'onde telles que l'enveloppe de phase (ADSR).

Phase

Comme mentionné ci-dessus, les formes d'onde audio sont cycliques, c'est-à-dire qu'elles se déroulent selon des cycles ou des répétitions réguliers. La phase est la quantité de décalage appliquée à une onde, mesurée en degrés, et est définie comme la distance parcourue par une forme d'onde donnée au cours de son cycle.

Lors du mixage de deux formes d'onde, si celles-ci sont « déphasées » ou retardées l'une par rapport à l'autre, il y aura une certaine annulation dans le son résultant. L'ampleur de cette annulation et les fréquences auxquelles elle se produit dépendent des formes d'onde concernées et de leur déphasage (deux formes d'onde identiques, déphasées de 180 degrés, s'annuleront complètement).

Pour des formes d'onde de même forme sinusoïdale déphasées de 90 degrés, le volume résultant sera annulé à 50 %.

Ondes de même forme sinusoïdale déphasées de 180 degrés : nous n'entendrons aucun son, le volume sera complètement annulé.

L'enveloppe définit le comportement d'un son dans le temps. Elle comprend 4 caractéristiques distinctes d'un son (ADSR).

ADSR signifie Attack, Decay, Sustain et Release. Ces paramètres de l'enveloppe (ADSR) nous permettent de contrôler l'amplitude de notre forme d'onde au fil du temps.

Si vous utilisez un synthétiseur VOLT d'Amped Studio, vous pouvez voir une section Envelope qui vous permet de manipuler les paramètres ADSR et de synthétiser votre son personnalisé. Jetons-y un coup d'œil.

A – Attaque

Lorsque vous appuyez sur une note du synthétiseur, la première étape déclenchée est l'attaque. La section Attack nous permet de visualiser le temps nécessaire à un son pour atteindre son volume maximal lorsqu'une touche est enfoncée.

Voici un exemple de réglage d'un son avec une attaque courte. Lorsque vous appuyez sur la touche, vous entendez instantanément le son, ce qui signifie que l'attaque est à 0.

Voici maintenant un exemple d'attaque longue. Lorsque vous appuyez sur une touche, le son met 33 ms pour atteindre son volume maximal. L'attaque est réglée sur 33 ms.

Les trois propriétés suivantes, Decay, Sustain et Release, sont déclenchées de la même manière et marquées respectivement D, S et R sur l'interface du synthétiseur.

D-Decay

Une fois la phase d'attaque terminée, vient la phase de Decay. Dans la section Decay, le volume sonore diminue jusqu'au niveau de Sustain pendant un certain temps. En fait, le Decay détermine la durée de la diminution.

S-Sustain

Niveau auquel le son restera pendant que vous maintenez une touche enfoncée après avoir passé la phase de Decay.

R-Release

Le Release correspond au temps nécessaire pour que le volume sonore diminue jusqu'à atteindre le silence complet. Il s'agit de la dernière étape de l'enveloppe. Cette étape est activée lorsque nous relâchons la touche.

Le Release découle du Sustain ; s'il n'y a pas de Sustain, il n'y a pas de Release. En contrôlant l'attaque, le Decay, le Sustain et le Release d'une forme d'onde, vous pouvez véritablement modifier sa sonorité.

Voici une présentation plus détaillée du synthétiseur en ligne VOLT, pratique et efficace pour concrétiser vos idées audio.

En conclusion

Un son est une forme d'énergie et d'information. Travailler avec le son, c'est travailler subtilement avec une énergie subtile. Ces vibrations sont essentielles chez les êtres humains. Le bon son, adressé à la bonne personne au bon moment, peut être un outil de communication très puissant, et la communication audio est parfois plus efficace que la communication visuelle. La connaissance du son est fondamentale pour les musiciens, les concepteurs sonores et les ingénieurs du son.