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La synthèse sonore est un ensemble de techniques permettant la génération de signaux sonores.

Applications

Au niveau musical, elle permet des sons intéressants ou agréables à l'oreille. Cela peut se faire en essayant de reproduire des instruments de musique existants, mais aussi en inventant de nouvelles sonorités électroniques. L'exemple le plus évident est le synthétiseur, dont l'histoire est fortement corrélée avec celle de la synthèse sonore.

Au niveau des télécommunications, elle permet de réduire la quantité d’informations lors de la transmission d’un message audio : celui-ci est alors décrit par ses paramètres de synthèse qui sont les seules données transmises, par exemple en synthèse vocale.

Au niveau de la réalité virtuelle et des jeux vidéo, la synthèse sonore permet d’augmenter l'immersion de l’auditeur-acteur en développant les interactions entre l’acteur et son environnement sonore. L'acteur agit de façon directe ou indirecte sur les paramètres de synthèse.

Classification

L’ensemble des synthèses sonores peut se classer en quatre catégories^[1] :

la synthèse par algorithmes abstraits. Cette catégorie comporte les synthèses basées sur l’utilisation de divers algorithmes pour la génération des objets sonores. Elle comprend la synthèse par modulation de fréquence, la synthèse soustractive, la synthèse par modulation en anneau, la synthèse par distorsion non linéaire (waveshaping), la synthèse par distorsion de phase, la synthèse par modulation de largeur d'impulsion (PWM), etc. L’avantage des synthèses par algorithmes abstraits réside dans les coûts de calculs faibles, dans la possibilité d'utiliser des circuits analogiques simples, et dans le faible nombre de paramètres de synthèse. En changeant quelques paramètres de synthèse, il est possible d’obtenir des sonorités très différentes. L’inconvénient majeur réside dans l’aspect peu réaliste des sonorités générées (par rapport aux sons d’origines physiques) ;
la synthèse basée sur des échantillons. Cette catégorie comporte les synthèses basées sur le traitement d’enregistrements sonores afin d'en tirer de nouveaux sons. Historiquement, la première forme de synthèse par modification d’enregistrements sonores date des expérimentations de la musique concrète (Pierre Schaeffer) : des bandes sonores magnétiques étaient découpées puis ré-assemblées. Aujourd’hui cette catégorie comprend la synthèse sonore par échantillonnage, la synthèse granulaire, la synthèse par tables d'ondes, ou même le turntablism. L’avantage de ce type de synthèse réside dans l’étendue et la richesse des sonorités qu’il est possible de générer ;
la synthèse par modèles de signaux. Cette catégorie comporte les synthèses basées sur la reproduction des caractéristiques d'une source sonore afin de la reproduire, par exemple en analysant sa décomposition de Fourier afin de la recréer en synthèse sonore additive. Elle présente l’inconvénient de générer un grand nombre de paramètres de synthèse. Toutefois les algorithmes du traitement du signal permettent d’obtenir automatiquement les paramètres de synthèse à partir de sons enregistrés ou en temps réel (algorithmes d’analyse-resynthèse) ;
la synthèse par modélisation physique. Cette catégorie comporte les synthèses basées sur la simulation du comportement physique des sources sonores. Elle comprend la synthèse par guide d'ondes, la synthèse modale, la synthèse par résolutions d'équations physiques, la synthèse par assemblage d'éléments physiques élémentaires (masse-ressort du système Cordis Anima). L’avantage de cette catégorie de synthèse réside dans le lien direct entre les paramètres de synthèse et la physique de la source sonore. Toutefois l’implémentation de modèles physiques est souvent gourmande en calculs.

Outils

Dans les années 1980, les synthétiseurs matériels mettaient le plus souvent en œuvre un seul type de synthèse sonore (le Yamaha DX7 pour la synthèse algorithmique FM, le Kawaï K5 pour la synthèse additive, le Roland Jupiter-8 pour la synthèse soustractive, etc.), ceux combinant plusieurs types de synthèse étant plus rares (Korg DSS-1 avec synthèse soustractive, additive et échantillonnage) et même particulièrement onéreux (NED Synclavier). Actuellement, grâce aux progrès de l'informatique, une grande majorité des synthèses sonores peut être simulée ou reproduite au sein même d'un ordinateur, à prix abordable. Il existe des logiciels « modulaires» qui permettent de combiner librement différents types de synthèse (Max/MSP, Pure Data, Synthedit, Reaktor, Absynth, Csound, SynthMaker, VCV-Rack, etc.).