Synthèse FM

Synthèse FM
Schéma de principe d'un opérateur FM

Brevetée par l'ingénieur John Chowning en 1973 au CCRMA de Stanford, la synthèse FM est un procédé de synthèse sonore qui utilise la modulation de fréquence (FM pour frequency modulation). Le brevet a été par la suite racheté par Yamaha qui l'a utilisé dans le synthétiseur DX7 et d'autres synthétiseurs qui l'ont suivi. L'intérêt principal de la synthèse FM est qu'avec seulement deux oscillateurs, elle permet de générer un son contenant un grand nombre de partiels. La synthèse FM a surtout été popularisée par Yamaha, mais est aussi utilisée d'autres constructeurs tels que Clavia avec son synthétiseur Nord Modular[1].

Sommaire

Expression mathématique

Considérons le cas d'une sinusoïde modulée en fréquence par une autre sinusoïde. Soit fp la fréquence de la porteuse, fm la fréquence de la sinusoïde modulante et Im l'indice de modulation. Le signal de sortie y(t) s'exprime sous la forme.

y(t) = sin(2πfpt + Imsin(2πfmt))

Avantages et inconvénients

Cette synthèse peut donner des sons très naturels (des sons de cloches par exemple) et extrêmement variés. Elle a cependant pour particularité d'être beaucoup plus instable que la synthèse sonore additive, dans le sens qu'une légère modification d'un paramètre de la modulation (fréquence porteuse, fréquence de modulation ou indice de modulation) peut changer complètement la répartition des harmoniques, ou le timbre du son produit. Cela peut aussi être perçu comme un avantage, car la synthèse FM peut alors être utilisée pour produire des sons de synthèse inédits.

Il convient de tempérer la présentation de la synthèse FM sous forme de formules, car dans la pratique elle se programme "à l'oreille" sur les synthétiseurs. Les plus beaux sons FM ont été conçus ainsi[réf. souhaitée], non par des formules. D'autant qu'une formule n'aboutit qu'à une forme d'onde à un moment donné, alors que l'intégralité des paramètres d'un synthétiseur concernent aussi l'évolution dans le temps (enveloppes, déphasages, cycles infra-sonores, transitoires, etc).

Sur les synthétiseurs algorithmiques, tels que les DX et leurs successeurs, il suffit de comprendre le rôle des rangs harmoniques et d'appliquer un raisonnement logique à l'architecture des sons pour les programmer efficacement (en plus de bien connaître l'organisation du synthétiseur). Une fois ces connaissance maîtrisées, la programmation FM permet de travailler quasiment à l'instinct avec une grande précision.

Algorithmes

Algorithme 1 du DX7.
Algorithme 16 du DX7.

Les synthétiseurs de la famille du DX7(DX5, TX7, ...) disposent de 6 opérateurs répartis en 32 algorithmes (c'est-à-dire 32 différentes façons de combiner les opérateurs).

Pour chaque opérateur il est possible de paramétrer séparément la fréquence et l'enveloppe. Un opérateur peut être porteur (entendu directement) ou modulateur (sa sortie est utilisée en entrée d'un autre opérateur). Par exemple, dans l'algorithme 1 du DX7, les opérateurs 1 et 2 sont les porteurs, et tous les autres opérateurs sont les modulateurs. Dans l'algorithme 16, seul l'opérateur 1 est porteur, les autres sont tous modulateurs. Dans tous les cas, l'opérateur 6 a en plus la possibilité de feedback, qui peut être utilisé comme ring modulateur (pour les sons de cloche par exemple). Un opérateur 6 peut-être modélisé comme ceci: y(t) = A1sin(ω1t + y(t))

L'algorithme 1 du DX7 peut être modélisé de la façon suivante[2]:

y(t) = A1sin(ω1t + A2sin(ω2t) + A3sin(ω3t + A4sin(ω4t + A5sin(ω5t + y6(t))))

Ces principes conduisent - suivant les algorithmes utilisés - à des sons qui peuvent être très complexes (très riches harmoniquement) avec relativement peu de paramètres.

Algorithme 8 de la synthèse à 4 opérateurs

Il existe une famille simplifiée à 4 opérateurs (DX9, DX21, DX100, TX81Z, ...) qui sont eux répartis en 8 algorithmes. Par exemple l'algorithme 8 où les 4 opérateurs sont porteurs peut être considéré comme de la synthèse additive:

y(t) = A1sin(ω1t) + A2sin(ω2t)) + A3sin(ω3t) + A4sin(ω4t)

Schémas

  • Une porteuse de 220 Hz modulée avec différents indices de modulation

  • Spectres de fréquence correspondant

Cliquez sur une vignette pour l’agrandir

Bibliographie

  • (en) J. Chowning (1973). The Synthesis of Complex Audio Spectra by Means of Frequency Modulation. Journal of the Audio Engineering Society.

Notes et références

  1. ↑ (en) http://www.clavia.se/nordmodular/Modularzone/FMsynthesis.html
  2. ↑ (en) Kehtarnavaz, Nasser, Philipos Loizou, Mohammad Rahman, Lab 4: Fourier Series and Its Applications. http://cnx.org/content/m19841/latest/

Voir aussi


Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Synthèse FM de Wikipédia en français (auteurs)

Игры ⚽ Поможем решить контрольную работу

Regardez d'autres dictionnaires:

  • synthèse — [ sɛ̃tɛz ] n. f. • 1576; gr. sunthesis « réunion, composition » I ♦ Opération qui procède du simple au composé, de l élément au tout. A ♦ Activité de l esprit sur des objets de pensée. 1 ♦ Log., philos. Suite d opérations mentales qui permettent… …   Encyclopédie Universelle

  • Synthese — Synthèse Cette page d’homonymie répertorie les différents sujets et articles partageant un même nom …   Wikipédia en Français

  • Synthese FM — Synthèse FM Brevetée par l ingénieur John Chowning en 1973 au CCRMA de Stanford, la synthèse FM est un procédé de synthèse sonore qui utilise la modulation de fréquence (FM pour frequency modulation). Le brevet a été par la suite racheté par… …   Wikipédia en Français

  • Synthese — Sf std. (18. Jh.) Entlehnung. Entlehnt aus l. synthesis, dieses aus gr. sýnthesis, zu gr. syntithénai zusammenstellen , zu gr. tithénai setzen, stellen, legen und gr. syn . Adjektiv: synthetisch.    Ebenso nndl. synthese, ne. synthesis, nfrz.… …   Etymologisches Wörterbuch der deutschen sprache

  • Synthese — Synthese, bedeutet eigentlich Zusammensetzung, Verknüpfung,. daher synthetisch: verknüpfend, verbindend. Deßhalb spricht man im Gegensatz zur Analyse (s. d.) von der Synthese eines Begriffs, wenn man die einzelnen Begriffe, aus denen er besteht,… …   Damen Conversations Lexikon

  • Synthēse — (griech. synthesis, »Zusammensetzung«), in der Logik im Gegensatz zur Analyse (s. d.) das Verfahren, ein Zusammengesetztes, sei dies ein einzelner Begriff oder der gesamte Inhalt einer Wissenschaft, durch logische Verknüpfung seiner einfachen… …   Meyers Großes Konversations-Lexikon

  • Synthese — Synthēse (Synthĕsis, grch.), Zusammensetzung, Begriffsverbindung, Verknüpfung eines Mannigfaltigen zur Einheit, im Gegensatz zur Analysis; synthētisch, zusammensetzend, verbindend; synthetische Methode, Synthetismus, Lehrart, die, von den… …   Kleines Konversations-Lexikon

  • Synthese — »Zusammenfügung, Verknüpfung einzelner Teile zu einem höheren Ganzen; Aufbau einer ‹komplizierten› chemischen Verbindung aus einfachen Stoffen«: Das seit dem 18. Jh. – zuerst als philosophischer Terminus – bezeugte Fremdwort ist eine gelehrte… …   Das Herkunftswörterbuch

  • Synthese — Als Synthese (spätlateinisch synthesis, von griechisch σύνθεσις, sýnthesis die Zusammensetzung, Zusammenfassung, Verknüpfung) bezeichnet man den Umsatz (die Vereinigung) von zwei oder mehr Elementen (Bestandteilen) zu einer neuen Einheit. Der… …   Deutsch Wikipedia

  • synthèse — (sin tè z ) s. f. 1°   Proprement, composition.    Terme de chimie. Opération par laquelle on réunit des corps simples pour former des composés, ou des corps composés pour en former d autres d une composition plus complexe.    Action de… …   Dictionnaire de la Langue Française d'Émile Littré

  • Synthèse — Cette page d’homonymie répertorie les différents sujets et articles partageant un même nom. Sur les autres projets Wikimedia : « Synthèse », sur le Wiktionnaire (dictionnaire universel) La synthèse (du grec, sunthesis,… …   Wikipédia en Français

Share the article and excerpts

Direct link
… Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”