Musique et électronique

Musique et électronique
Doc 1: Numérisation d'un signal analogique
Doc 2: From digits to sound
Le son produit par un instrument de musique
traditionnel est un signal analogique: c'est une fonction
continue dans le temps. Des instruments électroniques
peuvent numériser de tels sons dans une mémoire grâce
à un convertisseur analogique numérique (CAN, Fig 1).
Digital data stored in a computer are sent to a digital-toanalog converter (DAC), which converts the numbers
into a concrete sequence of electrical impulses (Fig 2).
Fig 1: Chaîne de conversion analogique-numérique
Fig 2: A digital to analog processing
Pour numériser le signal, le CAN effectue deux
opérations distinctes :
- l'échantillonnage: il prélève des valeurs du signal
analogique à des dates régulièrement espacées.
- la quantification: il remplace ces valeurs analogiques
par des valeurs approchées prédéfinies qu'il code en
langage binaire (succession de « 0 » et de « 1 » appelés
« bits »). La fréquence d'échantillonnage standard est
de 44,1 kHz. Pour la quantification, on utilise
généralement un codage sur 16 bits, soit 216 valeurs
possibles. L'enregistrement numérique de sons est très
consommateur de mémoire. Afin de réduire la taille des
fichiers audio et faciliter leur transmission, on les
compresse souvent, en modifiant les valeurs
d'échantillonnage ou de quantification, occasionnant
alors une perte minime de qualité.
These impulses are processed by a reconstruction filter,
using some form of interpolation in order to fill in data
between the impulses and to produce a smooth analog
signal (Fig 3).
Fig 3: Digital impulses and related analog signal
Doc 3: Une attaque cuivrée
Une note jouée par une trompette ne se résume pas
simplement à sa hauteur (fréquence fondamentale).
Pour reproduire cette note, il faut retrouver le timbre
cuivré dû à la présence des nombreuses harmoniques.
La difficulté réside dans le fait que la répartition de ces
harmoniques n'est pas figée : elle évolue tout au long de
la production de la note (Fig 4).
De fait, il demeure encore problématique de synthétiser
intégralement, avec un instrument électronique une
note jouée par une trompette.
Fig 4: Evolution du spectre d'une note jouée par une trompette en
fonction du temps
Doc 4: Le synthétiseur, pionnier des instruments
électroniques
Les synthétiseurs figurent parmi les premiers
instruments électroniques. Les sons peuvent être créés
de manière analogique a l'aide de circuits électriques à
comportement continu, ou par l'intermédiaire de
circuits modélisant numériquement les formes d'ondes
analogiques. Les méthodes de synthèse sonore
évoluent depuis plusieurs décennies afin d'obtenir un
son plus riche ou plus fidèle aux instruments
traditionnels. Ainsi, à partir des années 1960, le
concept d'enveloppe ADSR Attack, Decay, Sustain,
Release - Attaque, Déclin, Maintien, Relâchement) a
été adapté sur tous les synthétiseurs. Il permet aux sons
électroniques de mieux reproduire l'évolution du timbre
des notes produites par un instrument traditionnel (Fig
5).
Les premiers synthétiseurs grand public (Fig 6)
reposaient sur le principe de la modulation de fréquence
ou synthèse FM. Un signal périodique de fréquence f
était modulé par un autre signal périodique d'une
fréquence multiple de f. Cette synthèse permettait de
produire un son dont le spectre, riche d'un nombre élevé
d'harmoniques, pouvait facilement être modifié.
Fig 6: Le Yamaha DX7, commercialisé en 1983, utilisait la
synthèse FM
Aujourd'hui, la plupart des instruments électroniques
munis d'un clavier vendus dans le commerce ne sont
plus des synthétiseurs. Ils reproduisent simplement des
sons numérisés préenregistrés et stockés en mémoire.
Fig 5: Principe de l'enveloppe ADSR d'un synthétiseur
Extraire et exploiter des informations
1)
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9)
Dans quel cas utilise-t-on un convertisseur analogique-numérique (CAN)?
Dans quel cas utilise-t-on un convertisseur numérique-analogique (CNA) ?
Quelles sont les deux étapes nécessaires à la numérisation d'un signal ?
Identifier les deux types de signaux présents sur la figure 3.
Citer deux méthodes de synthèse sonore utilisées dans les synthétiseurs.
Quel(s) type(s) de convertisseur(s) possède tout instrument électronique ?
Pourquoi le terme reconstruction filter se traduit-il par «filtre lisseur » ?
En quoi est-ce si complexe de reproduire par synthèse sonore une note jouée par une trompette ?
Comment la technique ADSR ou la synthèse FM, utilisée dans les synthétiseurs, permettent-elles de s'en
approcher ?
Pour conclure
10) Qu'est ce qui distingue un signal analogique d'un signal numérique?
11) Décrire le fonctionnement d'un instrument électronique actuel, utilisant des samples (sons préenregistrés)
intégralement depuis la source jusqu'au son produit par l'instrument.
Points de repère:
Les instruments électroniques utilisent des composants électroniques pour générer des sons.
Le signal électrique généré par les instruments électroniques peut être analogique, c'est-à-dire continu dans le
temps, ou numérique, c'est-à-dire constitué d'une succession de « 0 » et « 1 », appelés bits. Cette deuxième option
est désormais plus fréquemment rencontrée. Un signal analogique peut être numérisé grâce à un convertisseur
analogique-numérique (CAN). La numérisation du signal se décompose en deux étapes successives :
l'échantillonnage et la quantification.
Un signal numérique peut-être converti en signal analogique par l'intermédiaire d'un convertisseur numériqueanalogique (CNA) constitué d'un filtre lisseur.