Une forme d’onde est la forme d’un cycle d’un son. Une sinusoïde est une seule fréquence pure ; les autres ondes de base y ajoutent des harmoniques, des multiples de cette fréquence. Le triangle a quelques harmoniques faibles, le carré a des harmoniques impairs forts, et la dent de scie les a tous : c’est pourquoi elle sonne le plus brillant. Un synthétiseur part de l’une de ces ondes et la façonne avec un filtre et une enveloppe.
En bref
En résumé :
- Sinusoïde : aucun harmonique ; pure et douce.
- Triangle : des harmoniques impairs qui s’effacent vite ; rond.
- Carré : des harmoniques impairs qui s’effacent lentement ; creux.
- Dent de scie : tous les harmoniques ; brillante et bourdonnante.
- Un filtre retire des harmoniques ; une enveloppe façonne le volume dans le temps.
Pourquoi les formes d’onde sonnent différemment : les harmoniques
Jouez la même note à la flûte et au violon : la hauteur est la même, le son ne l’est pas. La différence tient aux harmoniques. Presque tous les sons musicaux se composent d’une fondamentale, la fréquence que nous percevons comme la hauteur, et d’une série de sons plus faibles à deux, trois, quatre fois cette fréquence et au-delà. La présence de ces harmoniques, et la force de chacun, donnent au son sa couleur.
Le mathématicien Joseph Fourier a montré que toute forme d’onde périodique peut se construire en additionnant des sinusoïdes à ces multiples. Pour les formes classiques des synthétiseurs, les recettes sont simples, comme le résument les notes de travaux pratiques d’un cours d’électronique du MIT : une onde carrée ne contient que les harmoniques impairs, chacun à une force de un sur son rang ; une onde triangulaire contient les mêmes harmoniques impairs, mais ils décroissent avec le carré du rang ; une dent de scie contient tous les harmoniques, pairs et impairs.
Les quatre formes d’onde de base
Sinusoïde
La sinusoïde est une seule fréquence, sans aucun harmonique. Elle sonne pure, ronde et douce, comme un sifflement ou un diapason. Seule, elle sert aux infra-basses, qui doivent apporter du poids sans couleur, et de brique de base : tout autre son est une somme de sinusoïdes.
Triangle
L’onde triangulaire ressemble à une sinusoïde aux bords droits, et elle sonne comme une sinusoïde un peu plus brillante. Ses harmoniques impairs existent mais sont faibles : le troisième vaut un neuvième de la fondamentale, le cinquième un vingt-cinquième. Elle convient aux leads doux, aux sons flûtés et aux basses rondes.
Carré
L’onde carrée saute entre deux niveaux et passe autant de temps sur chacun. Elle contient les mêmes harmoniques impairs que le triangle, mais bien plus forts : un tiers, un cinquième, un septième. L’absence d’harmoniques pairs lui donne un timbre creux et boisé, proche de la clarinette, et c’est le son des premiers jeux vidéo. Si les deux moitiés du cycle deviennent inégales, elle se transforme en onde à impulsion, et le timbre devient plus mince et plus nasillard.
Dent de scie
La dent de scie monte en rampe puis retombe d’un coup. Elle contient tous les harmoniques, chacun à une force de un sur son rang, ce qui en fait la plus riche et la plus brillante des quatre. C’est pourquoi elle sert de point de départ habituel pour les cordes, les cuivres, les nappes et les leads : avec tous les harmoniques présents, un filtre a le plus de matière à travailler.
| Forme d’onde | Harmoniques | Son | Usage courant |
|---|---|---|---|
| Sinusoïde | Aucun | Pur, doux | Infra-basses, sons simples |
| Triangle | Impairs, décroissance rapide (1/n²) | Rond, flûté | Leads doux, basses rondes |
| Carré | Impairs, décroissance lente (1/n) | Creux, boisé | Leads rétro, sons de clarinette, basses |
| Dent de scie | Tous (1/n) | Brillant, bourdonnant | Cordes, cuivres, nappes, leads |
De l’onde brute à l’instrument
Une dent de scie brute est un bourdonnement agressif. Ce qui en fait un instrument, c’est la suite. En synthèse soustractive, la méthode la plus répandue, l’onde traverse un filtre passe-bas qui retire les harmoniques situés au-dessus d’une fréquence choisie, la coupure. Baissez la coupure, et le son devient plus sombre et plus rond ; montez la résonance, et les harmoniques autour de la coupure sont accentués, ce qui donne au filtre un tranchant vocal et sifflant.
Le deuxième outil est l’enveloppe, généralement notée ADSR : attaque, déclin, maintien, relâchement. Elle règle la façon dont le volume de chaque note évolue dans le temps. Une attaque rapide et un déclin court donnent un son pincé ; une attaque lente et un long relâchement donnent une nappe. La même dent de scie peut devenir une basse, une section de cordes ou un son pincé cristallin, selon le filtre et l’enveloppe.
Une troisième astuce est le désaccord : deux oscillateurs jouant la même onde à quelques cents d’écart se décalent et se recalent sans cesse, et le résultat est un son plus large et plus vivant que celui de chacun pris seul.
Écoutez par vous-même
Le moyen le plus rapide d’apprendre les formes d’onde est de passer de l’une à l’autre en tenant une note.
Étape 1 : Ouvrez le synthétiseur
Ouvrez le Synthétiseur web et maintenez une touche enfoncée. L’affichage situé au-dessus du clavier montre la forme de l’onde.
Étape 2 : Changez de forme d’onde
Passez de la sinusoïde au triangle, au carré et à la dent de scie, et écoutez le son gagner en brillance à mesure que des harmoniques s’ajoutent.
Étape 3 : Balayez le filtre
Avec la dent de scie sélectionnée, descendez la coupure de haut en bas et regardez l’onde s’adoucir à mesure que les harmoniques disparaissent.
Étape 4 : Modifiez l’enveloppe
Réglez une attaque et un relâchement longs pour une nappe, puis un déclin court sans maintien pour un son pincé.
Pour voir le lien entre la hauteur d’une note et sa fréquence, le Convertisseur de fréquence en note affiche les deux.
Jouez avec les formes d’onde
Passez de la sinusoïde au triangle, au carré et à la dent de scie, et regardez l’onde pendant que vous jouez.
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