NOTES DE LECTURE
NOTES DE LECTURE
© INRP - TECNE
Dernière mise à jour 11/05/1998
Bien que datant de 1982, ce petit ouvrage sur la musique par ordinateur contient les
ingrédients de la problématique "musique et ordinateur". Car les éléments
historiques rappellent les interrogations des découvreurs de cette nouvelle approche
(voir aussi le Que-sais-je sur "la musique concrète" de P. Schaeffer),
mais aussi les choix effectués dans la fonction des outils informatisés (stockage,
traitement ou composition) et dans la composition elle-même.
De plus, sur le plan technique, il contient tout ce que l'on peut estimer nécessaire à une connaissance minimale du domaine : le principe de la conversion analogique-numérique et numérique-analogique, le principe des différentes synthèses par ordinateur (synthèse additive, soustractive, par fonction mathématique, FM) et leur concrétisation sous forme de programmes (MusicV et SSP, par exemple, étonnamment proches de certains logiciels commercialisés actuellement), l'étude des sons paradoxaux (dont l'exemple du son qui descend indéfiniment), la synthèse de la voix, etc.
La fin de l'ouvrage avec quelques chapitres sur l'apport du micro-ordinateur et des
processeurs spécialisés nous ramène bien à l'actualité : les potentialités
évoquées en fin d'ouvrage sont aujourd'hui des réalités technologiques et les moyens
de calcul, de traitement, de création sont à la portée de tous ; les questions sur
la perception, la nature du musical, la relation entre l'outil informatique et la
création passent alors bien au premier plan...
Éléments du sommaire
Daniel Beaufils
Ce numéro des Cahiers de l'IRCAM de 190 pages aborde la question de la synthèse
sonore. Les approches complémentaires du compositeur (avec Kaija Saariaho) et de la
recherche scientifique (textes de Jean-Claude Risset et Daniel Arfib), sont mises en
relation avec les travaux actuels sur la synthèse de la voix (texte de Philippe Depalle),
la synthèse par modèles physiques (texte de Curtis Roads). Un dernier texte esquisse les
relations avec la synthèse de l'image (Annie Luciani).
Mots clés
Sommaire
Avant-propos
1. Dossier : la synthèse sonore
2. Repères
3. Tutorial
4. Arts et sciences
Commentaire général
Cet ouvrage rassemble ce qu'il faut savoir (de façon non technique) en matière de
synthèse sonore ; quelques redondances dans les contenus des différents articles,
mais chaque contribution apporte son élément de clarification. Les textes sont tous
clairs et bien écrits.
Ce numéro des Cahiers de l'IRCAM est évidemment intéressant du point de vue de notre
recherche pour son dossier sur la synthèse sonore et les compléments sur les travaux
actuels en modélisation de voix et d'instruments.
L'article de J.C. Risset présente un bref historique sur la question de la synthèse
puis présente de façon générale les différentes voies explorées : synthèses
additive, soustractive et globale, modèles physiques, synthèse de processus. La question
du timbre est ensuite le centre d'intérêt : problème de l'évolution spectrale
dans le temps (la synthèse des sons cuivrés), problème de la représentation des
"objets sonores" par les transformées en ondelettes (Gabor) plutôt que par
celle classique de Fourier. Enfin, la question de la perception, en particulier au niveau
de la reconnaissance du son par son "origine" (bruit d'eau, son d'instrument,
etc.) est discutée. Chaque élément présenté fait référence à des compositions et,
bien évidemment, l'ordinateur est l'outil de base de ces investigations. Citons à ce
propos un extrait de la fin de l'article :
" L'ordinateur n'est pas une machine miracle qui résout les problèmes
sonores : il permet au contraire de les poser dans toute leur ampleur. Nous pouvons
choisir différents modes de représentation ou de spécification : mais l'ordinateur
ne nous oblige en rien à abdiquer notre contrôle et à déléguer les choix musicaux à
l'automation ou à la technologie. La synthèse numérique nous propose un atelier à
sculpter, à façonner, à composer le son [...]. "
Le texte de D. Arfib sur la modélisation du son est également intéressant : il est centré sur l'idée qu'il faut disposer d'outils d'analyse et de représentation qui permette de faire apparaître les paramètres intelligibles pour pouvoir contrôler le modelage du son que l'on souhaite. Le texte présente et discute les différentes analyses-représentations temps-fréquence : sonagramme, phasogramme et transformées de Gabor. Les exemples d'utilisation de l'information sont donnés en illustrant le principe des synthèses additive, soustractive et par modélisation spectrale.
Le texte sur le point de vue de I. Xénakis montre la voie "alternative" choisie par le compositeur : indépendamment des questions de préférences mathématiques, l'opposition aux modèles fondés sur l'analyse spectrale mérite d'être connue. Par ailleurs, les techniques simples (voire simplistes) d'effet miroir, de déformation non linéaire temporelle, de déformation non linéaire en amplitude et d'organisation temporelle globale peuvent être la source d'idées pour notre recherche.
L'article de P. Depalle rappelle les questions posées au niveau de la synthèse de la voix et notamment la naissance du vocodeur de phase, du programme "chant" de l'IRCAM, des synthétiseurs par filtres résonants, etc.
L'article de C. Roads détaille la question de la modélisation des instruments et de la synthèse par modèles physiques. L'exemple de la modélisation des vibrations des cordes ou des plaques est un peu détaillé, et le logiciel Mosaïc de l'IRCAM (boîte à outils logiciels modulaires, écrit en Scheme, pour la synthèse modale) est présenté. Ensuite, les autres recherches sur cette question sont présentées : le modèle de vibrations masses+ressorts (synthèse MSW, sigle du nom des auteurs) et le modèle des guides d'ondes, notamment. La question de la modélisation physique est posée à la fois en terme de synthèse pure, mais également en termes d'outils d'analyse de son.
Daniel Beaufils
Ce livre est le premier d'une série de trois ouvrages traitant des techniques du son. Ce premier tome est consacré aux connaissances fondamentales. Le tome 2 est consacré à la technologie des équipements audio, le tome 3 traite de l'utilisation de ces équipements.
Ce pavé de 350 pages peut être considéré comme l'ouvrage indispensable à toute personne désireuse de faire un travail approfondi sur le son : enseignant, étudiant en STS audiovisuel, etc. Il répond de manière efficace à des gens soucieux de s'initier et (ou) d'approfondir les domaines cités plus haut. La lecture de cet ouvrage est aisée : chaque chapitre peut être abordé indépendamment des autres, et renvoie à une bibliographie détaillée. Ce tome 1 est divisé en 9 chapitres indépendants placés sous la responsabilité de spécialistes.
Nature du son - Aspects objectifs et subjectifs du phénomène sonore - Oscillateurs à un degré, oscillateurs à n degrés - Oscillations forcées - Modes vibratoires - Propagation d'ondes - Cordes, barres, plaques et membranes vibrantes - Échelles logarithmiques - Puissance et intensité sonore.
Les instruments de musique mécanique (fonctionnement) - Classes acoustiques des sons instrumentaux - Dynamique des sources - Rayonnement des sources acoustiques - Timbre et sonorité (problèmes de l'étude du timbre) - Tessiture et contenu spectral - Voix parlée, voix chantée.
Longueur d'onde et propagation - Réflexion, diffraction, diffusion d'une onde sonore - Coefficient d'absorption et impédance acoustique d'une paroi - Acoustique ondulatoire (dénombrement et espacement des fréquences propres d'une salle) - Acoustique géométrique (source image, front d'onde et réflexion) - Acoustique statistique (loi de Sabine, RT 60) - Traitement acoustique (matériaux absorbants, résonateurs, diffuseurs) - Acoustique des studios (le concept LEDE) - acoustique des lieux d'écoute (recherche de la forme optimale, du RT 60 optimal, disposition et répartition des matériaux, couplage de volumes) - Critères d'appréciations d'une salle - Isolement: propagation aérienne et solidienne - Loi des masses, loi des fréquences et comportement d'une paroi simple.
Propriétés de l'ouïe (champ auditif, bande passante, loi de Fechner) - Perception de l'intensité, de la hauteur - Effet de masque - Localisation dans l'espace - Effet de précédence et effet "cocktail party" - Structure de l'oreille - Mécanisme de l'audition.
Dimension d'un signal - Multiplexage temporel et fréquentiel - Echantillonnage - Modélisation des systèmes - Convolution - Filtrage défauts linéaires et non linéaires introduits par les canaux de transmission - Modulation d'amplitude, de fréquence et de phase - Traitements numériques.
Champ électrique, différence de potentiel, intensité - Condensateurs, piles, microphones électrostatiques - Effet Joule - Effet magnétique (hystérésis, solénoïde, loi de Lenz) - Moteur à courant continu, machine synchrone - Le bruit - Fonctions de l'électronique (générateurs de Thévenin et Norton, théorème de Millman) - Courants alternatifs - Loi d'Ohm - Fonctions de transfert - Filtres (1° et 2° ordre).
Principes fondamentaux de magnétisme et d'électromagnétisme - Loi d'Ampère - Induction magnétique - Etude du processus d'enregistrement magnétique (courbes de transferts, polarisation, azimut).
Représentation d'un signal numérique - Conversion analogique/numérique et numérique/analogique - Phénomène de repliement - Résolution et quantification - Synoptique d'un système audionumérique - Détection et correction d'erreurs - Traitement d'un signal numérique.
Rappels de notions de mathématiques, physique et mécanique.
Alain Trioulaire
Dans cet ouvrage Barbara Hubbard décrit la construction progressive d'un nouvel outil mathématique qui a supplanté la méthode de Fourier dans l'analyse des sons, le traitement des images, la compression de l'information, etc. : la transformée en ondelettes.
Comme l'indique l'auteur dans l'introduction, ce livre est à la fois modeste et ambitieux. Modeste parce qu'il vise d'abord - ainsi que le sous-titre "la saga d'un outil mathématique" le précise - la présentation historique de l'évolution des idées, de l'émergence des concepts et de l'élaboration d'un outil, ceci à travers le jeu des circonstances, les échanges entre scientifiques, les idées géniales et les doutes des chercheurs. Ambitieux, car il vise également à faire comprendre le concept d'ondelette, le principe du calcul de la transformée correspondante et la puissance de celle-ci par rapport à celle de Fourier.
L'ouvrage propose pour cela trois niveaux de lecture.
Le niveau principal, centré sur l'évolution des idées et la progression de la recherche, ne contient aucune formule mais illustre les résultats scientifiques par de nombreuses représentations graphiques. Le lecteur parcourra ainsi le chemin qui part des premières astuces de Fourier jusqu'au applications actuelles de la transformée en ondelettes, en passant par la question mathématique de la convergence, les idées de Gabor ou de Morlet, la question d'une base orthogonale d'ondelettes, l'avènement des méthodes numériques, les techniques de glissement de fenêtre et de multirésolution, (point essentiel dans la recherche d'informations à la fois sur le temps et en fréquence), etc.
Le second, constitué de compléments insérés dans les chapitres, donne des détails en explicitant les relations mathématiques. Le lecteur y trouvera les informations précises sur des sujets variés tels que le calcul des coefficients de Fourier à l'aide d'intégrales, la transformée de Fourier rapide, la transformation en ondelette continue, l'orthogonalité dans les espaces fonctionnels, la multirésolution et la fonction d'échelle, le principe d'incertitude d'Heisenberg et la mécanique quantique, par exemple.
Le troisième niveau de lecture est celui de l'appendice "technique" d'une vingtaine de pages qui achève l'ouvrage et qui aborde des niveaux très divers allant de la définition des fonctions trigonométriques au théorème d'échantillonnage en passant par l'intégration au sens de Lebesgue.
Cette structure en trois niveaux ne favorise toutefois pas nécessairement la lecture. Le premier niveau dont la rédaction est construite autour de citations de chercheurs interviewés peut paraître rapidement trop narratif et anecdotique ; le second niveau, qui constitue en fait l'essentiel en nombre de pages et en information scientifique s'avère ardu, d'une part parce que le contenu même nécessite quelques connaissances de mathématiques (pour le calcul d'intégrales de fonctions complexes) et d'autre part, parce qu'il se trouve découpé en encarts très courts, donnant tout à la fois l'impression de passages insuffisamment détaillés et sans articulation ni progression. Enfin, l'appendice surprend un peu, par son hétérogénéité de niveau, et par son existence même en regard des encarts cités précédemment.
L'objectif de l'auteur tenait à mon avis de la gageure mais cela dit, cet ouvrage est à recommander à tous ceux qui sont intéressés par des questions qui relèvent de près ou de loin de l'analyse du signal : étude des spectres sonores, analyse des signaux complexes et transport d'information, traitement de l'image, etc. De plus, à chaque niveau, de très nombreuses références bibliographiques d'ouvrages ou d'articles permettent au lecteur qui le désire d'approfondir tel ou tel aspect.
Daniel Beaufils
Bernard Caillaud, CRDP de Basse Normandie : livre + CD "Création numérique image", 300 F.
Ecrit par Bernard CAILLAUD et une équipe d'enseignants, préfacé par Michèle CASTELLENGO, cet ouvrage (accompagné d'un CD-ROM) est consacré à une méthode essentielle pour l'analyse temps-fréquence des sons : l'analyse sonagraphique.
Après une description "technico-historique" des différents procédés analogiques (les premières réalisations datent des années 1940), une présentation des différentes fonctionnalités informatiques actuelles est faite à travers l'exemple du logiciel SoundScope (logiciel utilisé par les ingénieurs et médecins spécialistes, notamment) : oscillogramme, enveloppe, spectre moyen (global), sonagramme (plan temps-fréquence), profil dans le temps d'une composante spectrale, etc.
Ces outils aujourd'hui facilement accessibles trouvent naturellement leur place dans le cadre de l'acoustique musicale du programme de physique de la classe de seconde générale (et a fortiori pour les sections F11). L'auteur s'étonne d'ailleurs de ne pas voir apparaître ce type d'analyse alors que, portée à la connaissance d'un large public depuis plus de vingt ans (voir l'ouvrage d'E. LEIPP "acoustique et musique", 1971), elle trouve parfaitement sa place dans la panoplie des méthodes d'imagerie scientifique si souvent citée par ailleurs.
C'est pour montrer la puissance de cette méthode (la possibilité d'étudier le spectre de sons évoluant dans le temps), l'étendue de ses utilisations et la facilité de lecture des représentations, que l'auteur a consacré une large partie de son ouvrage à différents exemples d'études :
Pour chaque étude (en particulier celles sur le diapason et le haut-parleur) les indications techniques sont données et les représentations sonagraphiques sont reproduites (en noir et blanc) en grand format. De plus, le CD-ROM qui accompagne l'ouvrage contient non seulement les sonagrammes en couleurs, mais bien évidemment les objets sonores eux-mêmes, essentiels pour l'analyse de la parole, des sons instruments, etc.
Différents compléments font l'objet d'annexes : à côté d'éléments relatifs à la numérisation et à l'analyse de Fourier, il faut signaler la présence d'un lexique de définitions et d'unités des grandeurs physiques (pression, puissance, puissance surfacique, intensités, niveau acoustique) et psychoacoustiques (intensité physiologique, phone, sone) particulièrement bienvenu dans ce domaine propice à la confusion...
Enfin, une impressionnante bibliographie permet au lecteur de trouver les références d'articles et ouvrages publiés sur plus de 50 ans !
Du côté des "critiques", on pourra peut-être regretter que seul le logiciel SoundScope (difficilement accessible aux enseignants) ait servi de support, et qu'aucune référence à d'autres logiciels (sans doute moins performants mais disposant de représentations sonagraphiques) ne soit donnée. De plus, les éléments relatifs à l'analyse de Fourier sont les habituelles connaissances de base et n'apportent pas les éléments de réponse aux questions fondamentales de l'analyse temps-fréquence, en particulier sur la technique de glissement de fenêtre, la résolution en fréquence, etc.
Mais ceci ne constitue qu'un bémol, sans doute mineur (!) en regard du travail effectué et de la richesse de l'ouvrage ; il est clair qu'il est à conseiller à tous ceux qui sont intéressés par l'analyse sonore et qui désirent aller au-delà du modèle très réducteur des "spectres-bâtons" de signaux élémentaires ou abusivement tronqués.
Daniel Beaufils
