La genèse

Contrairement à ce qu’on pourrait croire, l’électronique est venue très tôt s’immiscer dans le monde de la musique . Le Thélarmonium de Cahill est considéré comme un ancêtre du synthé, bien qu’étant plutôt celui de l’orgue Hammond. Toutefois, ce dernier est déjà une sorte de synthé en lui-même, puisqu’il utilise la technologie de l’oscillateur, même si c’est, comme pour le Thélarmonium, un oscillateur electro mécanique. Dans les années 60, par contre, les petits orgues combo qui vont fleurir un peu partout ( ils sont beaucoup moins chers et moins lourds que les Hammond) utilisent bel et bien des oscillateurs assez similaires à ceux des synthés.

l’invention de Calhill. Un petit synthé de 200 tonnes..

Si le thélarmonium était un engin plutôt imposant de 200 tonnes, c’est qu’à la fin du 19ème siècle, l’électronique n’en était encore qu’à ses balbutiements et que l’instrument était destiné avant tout à proposer de la musique.. par téléphone ! On payait en effet une communication pour entendre jouer de la musique à travers son propre combiné ou pour le faire entrer dans les lieux publics. L’affaire de Cahill ne se prolongea guère cependant, sans doute à cause de sa rapide obsolescence, la radio venant marcher sur ses plates bandes après la première guerre mondiale.

Un orgue Hammond B3, qui reprenait le principe des roues phoniques qu’on trouvait déjà sur le Thélarmonium. Le B3 est un instrument très lourd, mais à côté du Thélarmonium, c’est un nain !

Toutefois, les oscillateurs purement électroniques apparaissent d’abord en 1917 sur le Thérémin , puis un an plus tard sur les ondes Martenot.

Etats Unis : Leon Theremin. L’histoire de Theremin se finit en Russie de façon assez étrange.

Ondes Martenot

Le son :

Il convient toutefois de faire un rapide détour sur le son proprement dit pour mieux comprendre le rôle des oscillateurs, puis des synthés.
Le son est la résultante de l’air ( mais aussi d’un fluide) qui vibre en suivant une certaine fréquence.

Le LA, par exemple est la résultante d’une vibration de l’air à 440 cycles par secondes. Le cycle ici, fait référence au type d’onde. Une onde sinusoïdale se répétera donc 440 fois par seconde pour produire un la.

Les hauts parleurs de votre ensemble Hi-Fi font donc vibrer l’air pour produire le son qui vous parvient aux oreilles. Evidemment, il ne s’agit plus là d’une seule onde sinusoïdale qui vibre 440 fois par seconde, mais d’une onde beaucoup plus complexe, que vous écoutiez de la musique chiante ou pas.
Les synthés, eux, fournissent diverses forme d’ondes simples qui constituent les bases du son : sinus, triangle, carré, dent de scie. L’essence même du synthé est, théoriquement du moins, de partir du matériau le plus élémentaire pour construire ensuite tous les sons possibles. A l’image de la brique du maçon qui peut, en partant de ce seul élément basique, construire une bicoque ou un château s’il le désire. Plus proche du monde électronique du synthé, l’informatique qui ne calcule « qu’en » base deux (0 ou 1), ouvre un univers riche et étendu grâce à cette base minimale. Les exemples de la variété infinie rendue possible par une unité ridicule sont légion : les grains de sable qui forment des dunes et des plages, les atomes qui forment l’univers. Les inventeurs de synthés ne se sont pas cassé le cul finalement !

Pour en revenir à notre Thérémin et à nos ondes Martenot, qui tirent leur nom des inventeurs Léon Theremine et Maurice Martenot, ils sont tous les deux des instruments dont le son provient directement d’un oscillateur. Le premier est russe et est surtout remarquable par la façon dont le musicien contrôle l’instrument. Ce dernier se présente en effet sous la forme d’une boîte d’où sortent deux antennes : la première agit sur le volume et l’autre sur la hauteur des notes. Le théréministe se tient devant l’objet et bouge les bras dans les airs, étant lui-même, en quelque sorte, le contrôleur de l’instrument. S’il touche l’antenne de volume, ce dernier est à 0 et va augmenter de plus en plus à mesure que le musicien lâche l’antenne et en éloigne sa main. Pour la hauteur des notes, c’est le même principe : plus la main de droite est éloignée de l’antenne de pitch, et plus le son descend dans les graves ; plus elle s’approche, plus les notes deviennent aigües.

Les ondes Martenotfonctionnent de façon plus complexe, mais l’instrument en lui-même est plus proche des claviers classiques. Il propose, en revanche, des pré-réglages d’oscillateur qui permettent d’offrir des timbres différents, une touche d’expression qui modifie notamment l’attaque et un ruban permettant de jouer en glissando. C’est principalement cet effet de glissando associé aux oscillateurs du Theremin et des ondes Martenot qui en font des timbres assez proches de la voix humaine et du violon. La voix et le violon, ( comme le trombone ou d’autres instruments) sont, par ailleurs des instruments permettant le jeu en glissando. La différence entre glissando et portamento, mérite d’être rappelée : le glissando va d’une note à une autre en passant par toutes les valeurs de hauteur existantes entre chaque note, alors que le portamento va d’une note à l’autre, en passant uniquement par les notes disponibles sur l’instrument. Les instruments à cordes NON frettés comme le violon, par exemple, permettent de jouer en glissando, au contraire des claviers, par contre exemple.

Le son du Thérémin a été beaucoup utilisé dans les films d’horreur ou de science fiction des années 50 et 60, mais certains compositeurs ont écrit pour lui également. Il existe quelques virtuoses de Thérémin qui jouent même des pièces du répertoire classique avec cet instrument. C’est une variante du Thérémin, le Tannerin, dont jouent les Beach Boys, dans Good Vibration, dans les années 60. Aujourd’hui, Moog vend des Theremin plus ou moins élaborés et Portishead, entre autres, utilise parfois ce son.
Les ondes Martenot, en revanche, ont été plus largement adoptées par les compositeurs contemporains du 20ème siècle, dont Messian, Milhaud, Varèse, pour ne citer que Wikipédia. Le luthier sortira son dernier modèle en 1975, mais jusque là, les ondes Martenot ne sont jamais sorties de la sphère très fermée de la musique dite classique.
Aujourd’hui, certains groupes cherchant un son différent des synthés actuels se rabattent sur l’ondéa qui est une récente modernisation analogique de l’onde Martenot.

Le retour de ces deux instruments antédiluviens peut paraître surprenant à l’époque du tout numérique. Un tout numérique qui a tué, un temps, les Thérémin, ondes Martenot et tous les synthés nés aux Etats-Unis dans les années 60 et 70. Dont, les fameux Mini Moog ou ARP Odyssey qu’on retrouvait à l’époque, dans bon nombre de set up de groupes allant du rock au jazz.

Robert Moog :

Sur la côte est des Etats Unis, Robert Moog s’est d’abord intéressé au Thérémin, justement. Dans un premier temps, il les répare, mais finit par également les améliorer en ajoutant d’autres possibilités de contrôle en voltage.
Le contrôle en voltage est la notion de base du synthétiseur. Chaque élément du synthétiseur est en effet contrôlé en voltage, et chaque modification d’un potentiomètre envoie plus ou moins d’électricité à un composant.
Robert Moog, donc, conçoit des Thérémin, puis commence à construire les premiers synthés modulaires. Modulaires parce que ces premiers synthés sont avant tout des assemblages de modules électroniques contrôlés en voltage qu’on câble ensemble.
Ainsi, un synthé simple peut comprendre un module oscillateur qui envoie une forme d’onde quelconque. A la sortie de cet oscillateur, on branche un câble qui va à l’entrée d’un deuxième module filtre qui, lui-même, sera relié à un module amplifier.
J’expliquerai plus tard le rôle précis de ces éléments oscillateur, filtre et amplifier, tous les trois, contrôlables en voltage.
Revenons juste à l’histoire de Moog qui, à New-York, était en train de donner naissance, sans le savoir à une marque de synthé planétaire.
Une des forces de Moog a été de comprendre qu’on pouvait faire des synthés, des claviers sophistiqués. Et pour se faire, ses premiers efforts ont été de pouvoir agir sur ses machines grâce à un clavier tempéré. Soit, de faire des synthés, dont les premiers modèles étaient uniquement destinés aux universitaires et aux chercheurs, de vrais instruments « classiques ».
Le succès des synthés Moog va venir du disque Switched-on Bach de Walter Carlos qui se fera appeler ensuite Wendy, après un passage à la clinique. Switched-on Bach n’est rien d’autre, en fait, qu’une interprétation d’œuvres de Bach avec un Moog modulaire. Mais en 1968, quand l’album sort, les musiciens comprennent que le synthé n’est pas la machine à faire des bruits bizarres qu’ils croyaient.
La suite des événements sera glorieuse, mais la fin, beaucoup moins. Au milieu des années 80, en effet, les américains se feront commercialement étouffer par les japonais et raterons le train des synthés numériques.

Nous reparlerons de cette révolution du numérique un autre jour..

Donald Buchla

Revenons pour le moment à Moog. Et à Don Buchla.
Cet autre ingénieur, bien moins connu du monde musical a pourtant un rôle aussi important que Moog dans l’age d’or du synthé analogique. Mais son histoire démarre différemment. Buchla est électronicien, mais également compositeur de musique concrète. C’est sa rencontre avec un confrère qui va donner le départ de l’aventure Buchla. Ce confrère en a assez de travailler avec des bouts de bandes magnétiques qui traînent dans ses studios et qu’il doit scotcher minutieusement pendant des heures pour composer 20 secondes de musique. L’idée de base est donc de réunir des composants électroniques fournissant la matière première à l’élaboration d’une machine produisant tous les sons possibles et imaginables. Ce que nous disions quelque lignes plus haut, au sujet des briques, des bits et des atomes..
Comme Moog à l’autre bout du pays, Don Buchla construit alors, assez logiquement un synthétiseur modulaire.
Mais la philosophie de Buchla est différente. Le synthétiseur, pour Buchla reste ce qu’il est, en soit : une machine à fabriquer du son. Indépendamment de la musique tonale, tempérée, et pour ce qui est du rock, j’en parle pas. Le premier synthé de Buchla n’est d’ailleurs pas doté d’un clavier classique mais d’un plateau à touche sensitives disposées dans un ordre un peu désarmant pour quiconque vient de passer 15 ans de cours de pianal !
Après ce premier synthétiseur, Buchla construira d’autres modèles, avec clavier parfois, mais sa philosophie reste celle du son avant celle de la musique.

Aujourd’hui, après quelques années noires, les marques Moog et Buchla resurgissent, mais proposent toujours des instruments dans le même esprit. Moog vend le Voyager qui est la réintroduction du mini Moog des années 70, mais cette fois, en version MIDI, avec quelques options, dont une surface tactile et aussi un ruban sur le dernier modèle XL, nanti d’une partie totalement patchable, à la façon des modulaires. Le Voyager a été fabriqué sous la direction de Robert Moog lui-même, et vendu à partir de 2002. Robert Moog est décédé en 2005.
Buchla continue a vendre des synthés complètement modulaires avec la série 200e.

Le fonctionnement du synthétiseur analogique.

Le synthétiseur analogique est sans doute un des instruments les plus intimidants aux premiers abords. La face avant d’un tel instrument, même compact, est en effet pourvue d’un grand nombre de potentiomètres linéaires ou/et rotatifs en plus de quelques switches et autres joy-sticks, molettes diverses, etc..
Néanmoins, en comprendre son fonctionnement théorique est plus simple qu’il n’y paraît.. Pour se faire, je me baserai en partie sur mon synthé Micro Moog.

Comme on l’a expliqué, le son est avant tout une histoire de vibrations. Ces vibrations sont extrêmement rapides et même pour les sons de basses ou de contrebasse, par exemple, qui permettent d’aller assez bas dans l’accordage, n’essayez pas de compter les battements de vos haut-parleurs, vous n’y arriverez pas !

L’oscillateur :

L’oscillateur du synthétiseur oscille, comme son nom l’indique. Pour ce qui nous concerne, on sait surtout qu’en oscillant, il crée des formes d’ondes qui sont la base de travail du synthésiste.
Dès à présent, on doit comprendre aussi, pour éviter de revenir là-dessus par la suite, que les synthés produisent deux phénomènes physiques différents qui sont justement l’essence même de leur nature, mais qu’on peut être amenés parfois à confondre dans nos pauvres têtes malades.
Les synthés produisent en effet des signaux électriques et des signaux audio. Ces derniers sont faciles à déceler par nature, alors que les signaux électriques sont le moteur du synthé. On les appelle des signaux contrôlés en voltage. Chaque bouton d’un synthé agit sur la machine en rajoutant ou en retirant une quantité de voltage ( c’est pas de l’ampli à lampe, rassurez vous. En général, il s’agit de + ou – 5 volts !). Cette différence entre les signaux contrôlables en voltage et les signaux audio est patente sur les Buchla, car le câblage entre éléments de différente nature ne se fait pas de la même manière.
Ceci étant dit, revenons donc à notre forme d’onde fournite par notre oscillateur.
Même si à l’oreille, la différence n’est pas toujours très flagrante, différentes formes d’ondes seront plutôt la base d’un son cuivré ou d’un son frotté ou d’un instrument à corde, etc.
Une onde en triangle, par exemple, servira de base pour créer un son flûté alors qu’on choisira plutôt une onde en dent de scie pour se rapprocher du timbre du violon. Toutefois, tant que nous en restons à l’oscillateur, cette parenté n’a rien d’évident !!
Mais gardons à l’esprit cette analogie avec un instrument déjà existant. Le violon, par exemple. Notre oscillateur qui, admettons le, à la capacité d’aller d’une sinusoïdale à une onde carrée, grâce au potentiomètre qui lui est dédié, comme c’est le cas dans une majorité de synthés, sera donc réglé sur une onde en dent de scie. Cette onde est la traduction synthétique du son du violon, note tenue.
Pour finir sur l’oscillateur, ajoutons que si l’onde sinusoïdale est dite pure, car ne présentant pratiquement pas d’harmoniques, les autres formes d’ondes courantes sont, au contraire, riches en harmoniques. Les harmoniques sont les notes qu’on retrouve à des intervalles mathématiques précis, en haut ou en bas de la note fondamentale. C’est également une des caractéristiques des orgues électroniques : sur un Hammond, les fameuses tirettes que les organistes tirent plus ou moins en fonction du son qu’ils recherchent correspondent à des harmoniques ou des divisions d’harmoniques qu’on peut ajouter ou soustraire. Sur un orgue Hammond, lorsque toutes les tirettes sont poussées, l’instrument ne produit aucun son. Une tirette correspond à la fondamentale ( la note dans l’octave choisi) et on ajoute ensuite des harmoniques ( dans ce cas, on peut aller en dessous de la fondamentale).
Le réglage essentiel de l’oscillateur, outre la forme d’onde choisie, reste le choix de l’octave. Ceci parce que les claviers de synthé sont parfois limités, mais aussi parce que ce genre d’instrument va facilement des infrasons aux ultrasons. ( d’ailleurs, si vous n’entendez rien en jouant sur votre synthé mais que votre chien se sauve soudainement de la pièce, c’est que vous avez réglé vos octaves trop haut ! Si vous avez un éléphant comme animal de compagnie, ça se passera plutôt si vous jouez trop bas..)

Le filtre

Le filtre qui va travailler sur l’étendue harmonique du son, va, comme son nom l’indique, filtrer en enlevant certaines harmoniques de l’onde engendrée par l’oscillateur. Il peut être passe bas, passe haut ou passe bande. Dans le premier cas, il laisse passer les basses, dans le deuxième les aigus et dans le troisième, il choisit une bande précise dans l’étendue harmonique de l’oscillateur.
Vous avez sans doute déjà vu un equalizer qui est une machine avec plusieurs potentiomètres linéaires. Chaque rang de potard agit sur une fréquence. Sur votre chaîne, si vous ajoutez un equalizer, cela vous permet de sculpter le son en fonction des fréquences.

Sur ce petit equaliser Behringer, on a 9 curseurs qui vont des basses aux hautes fréquences, de gauche à droite.

Le filtre du synthé n’agit pas du tout de la même façon.

Ha!ha !ha !
Et en plus, il est doté de deux caractéristiques qui lui sont propres : le Cut Off et la résonance. Le Cut Off est l’endroit où le filtre s’arrête d’agir, et la résonnance donne de l’emphase à cette portion précise où le filtre cesse d’agir. Moog utilisait d’ailleurs le terme « emphasis ».

Ces trois schémas montrent trois types de filtres. La verticale, à gauche symbolise l’amplitude
( le volume du son, pour simplifier) et la ligne horizontale, la fréquence. Plus on va à gauche, plus on est dans les basses et plus on va à droite, plus on va vers… Mais oui !! bravo !! les aigus.
Le schéma du haut montre donc un filtre passe bas : il laisse passer les basses fréquences et interdit les hautes de passer ( à partir de la fréquence choisie par le musicien, bien sûr). En bas, à gauche, un filtre passe haut fait l’inverse et à droite, nous avons un filtre passe bande qui est, en fait, un filtre passe bas ET un filtre passe haut.
Le Cut Off est un concept du synthé plus complexe à comprendre. C’est l’endroit précis où le filtre commence à agir et le réglage de résonance du cut off est encore plus difficile à comprendre !

Ce schéma montre une résonance de cut off proéminente qui définit en quelque sorte la couleur du filtre ! Je vous avais dit qu’on allait en chier pour définir ce fumier de cut off !!

Mais on peut encore compliquer la sauce en ajoutant qu’en poussant la résonance du cut off d’un filtre performant, celui ci devient auto oscillant !!! Ce qui revient à dire qu’il devient lui-même un.. oscillateur.
Mes compétences s’arrêtant là, je reviendrai juste sur notre exemple du violon. Si l’oscillateur donne la nature du son de l’archet frottant sur les cordes, le filtre, quand à lui, servirait à définir la construction du violon elle-même.

L’enveloppe du son

Un avant dernier élément contrôlable en voltage est le générateur d’enveloppe qui définit le comportement de l’oscillateur filtré dans le temps.
Les deux types d’enveloppes les plus couramment utilisées sont l’enveloppe du filtre et celle de l’amplifier. C’est cette dernière qui va faire la différence entre un amplificateur (ou un préaampli) et ce que j’appelle l’amplifier qui est le terme anglais du VCA (amplifier contrôlé en voltage). Ici, en effet, on peut créer une enveloppe de la façon dont le son va se comporter dans le temps. Pour se faire, on utilise souvent une enveloppe de type ADSR qui comporte un réglage d’attaque (A pour attack), de Déclin (D pour Decay), de soutien (sustain) et de relâchement (release). Voici le schéma d’une enveloppe de ce type :

En haut, nous visualisons une forme d’onde de forme trianglo-sinusoïdale. En dessous se trouve l’enveloppe ADSR et en dessous, en correspondance, le signal gate du clavier, soit le moment précis qui part de l’instant où nous appuyons sur une touche jusqu’au moment où nous relâchons cette touche.

En premier lieu, la touche appuyée déclenche l’enveloppe dans sa première partie de l’attaque. Sur le schéma, l’attaque n’est pas complétement franche mais met un certain temps avant d’atteindre le volume maximum. C’est, par exemple, une attaque qu’on peut apparenter au violon qui, contrairement à un coup de caisse claire, par exemple, est moins rapide à produire la note.
Après que cette attaque ait atteint la puissance maximum, le son arrive à sa phase de déclin qui va se stabiliser à un volume légèrement inférieur à l’attaque, puis reste sur la zone de sustain qui dure le temps que le musicien tient la note. Lorsque ce dernier arrête de jouer, ce qui correspond à la fin du signal de Gate du clavier sur le dessin du bas, le son s’éteint le temps du release.

Récapitulationnons :

Un oscillateur envoie une forme d’onde qu’on peut envoyer à un filtre afin de choisir les harmoniques qu’on veut garder et donner une importance plus ou moins élevée à la fréquence de coupure (Cut Off). Le tout passera ensuite dans l’amplifier (VCA), qui, grâce à son enveloppe, sculptera le son dans le temps. On note que ces trois éléments de base agissent sur trois champs différents : le premier fournit l’onde sonore, le deuxième travaille sur la bande passante et le troisième sur le temps.
Voici le schéma de notre synthé basique : 

Nous voyons qu’effectivement, une sortie vers un système d’amplification sort du dernier élément (le VCA) mais pour être plus précis, c’est ici une sortie audio alors que le reste du patchage concerne les réglages de CV.
Quoiqu’il en soit, en dessous des modules, on voit que l’onde de départ ( ici, une onde carrée), subit des transformations sensibles avec uniquement deux modules qui traitent l’onde du premier module.

Le clavier

Cet exemple est bien sûr très succinct et ne s’est pas préoccupé du clavier qui est un contrôleur de base.
Par contrôleur, on entend interface entre la machine et l’utilisateur. Dans une automobile, les contrôleurs seraient le volant, le levier de vitesse et les pédales, par exemple.
Le synthé est pratiquement toujours contrôlé par un clavier tempéré de type piano et peut être nanti d’une pédale de sustain. Mais il est également agrémenté de deux molettes : la molette de pitch bend et la molette de modulation. La première permet de monter et descendre la hauteur de note et correspond à un guitariste qui tord sa corde ( pour monter la note en legato) ou qui appuie sur son vibrato (descendre la note en légato).
La molette de modulation permet d’agir sur les éléments des modules disponibles. Une des utilisations les plus répandues est de régler cette molette pour qu’elle agisse sur la fréquence de coupure du filtre ou sur son emphase. On peut obtenir, par exemple, un type de pédale wha wha.
La modulation est un concept qui se définit grâce à deux paramètres indispensables : la source et la destination. Pour reprendre l’exemple dont nous venons de parler, la source pourra être une forme d’onde sinusoïdale ( générée par le LFO dont nous parlons rapidement plus bas) qui ira à la destination Cut Off du filtre : nous obtiendrons alors une auto wah plus ou moins douce. Avec une onde carrée, l’effet sera plus radical.

Conclusion :

Nous avons fait le tour d’un synthé basique avec un oscillateur, un filtre avec une capacité de résonance, un amplifier avec son enveloppe et un clavier doté de deux molettes de modulation du son. Sur le papier, ce synthétiseur paraît bien minable, mais pourtant, la qualité des oscillateurs et celle du filtre peuvent déjà donner beaucoup de sons différents.
Deux autres éléments, le LFO et le Noise génerator, ont été mis de côté mais on en dira quelques mots tout de même. Le LFO est un oscillateur qui fournit aussi des formes d’ondes, mais il oscille à de si basses fréquences que l’oreille humaine ne l’entend pas. De ce fait, on utilise uniquement son signal contrôlé en voltage de façon acoustiquement transparente (voir l’exemple cité quelques lignes plus haut) en modulation.
Le noise est un oscillateur dédié à une forme d’onde particulière, celle du bruit, la plus riche en harmonique. Cet oscillateur sert bien sûr aux sons d’ambiance à la con ( la mer, le vent etc.), mais sa forme d’onde chaotique est très utilisée également avec le Sample and Hold afin de générer des suites de notes aléatoires ( c’est le fameux tip dong tuc pong ship dang clonk que le néophyte s’amuse à faire jouer avec sa machine qui tourne toute seule).
Le sample and hold est une fonction qui prélève et joue un échantillon du son généré par le synthé au rythme du LFO ( LFO rate).

Comme promis, voici donc la fin de ce long et pénible exposé !!
Nous avons parlé de synthés analogiques parce que ce sont les ancêtres des synthés numériques qui envahissent le marché aujourd’hui, et ces derniers s’inspirent donc plus ou moins de ces machines des années 60.
Nous aurons l’occasion de revenir sur les différences et les points communs de ces deux types de synthés un autre jour. Ou un autre mois. Ou une autre année.
Bon aspirine.