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Les applications industrielles
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La synthèse par modèles physiques est relativement nouvelle : il y a donc peu d'applications pour l'instant. Les synthétiseurs créés jusqu'alors sont le résultat d'une longue expérimentation et d'améliorations constantes, mais ils sont conçus pour tirer le meilleur parti de techniques travaillant sur le son lui-même. Pour l'application des modèles physiques, les producteurs ont utilisé l'ergonomie de ces synthétiseurs dont on connaît le succès commercial et auxquels les acheteurs sont habitués. On remarque aujourd'hui une évolution vers les instruments logiciels, comme les VSTi. Mais il va de soi que cette ergonomie n'est pas forcément appropriée pour exploiter au mieux les possibilités des modèles physiques. Pour une technique aussi nouvelle, les applications ne peuvent être parfaites, de plus, le public change difficilement ces habitudes : ces deux problèmes majeurs font obstacle à la réussite commerciale de la synthèse par modèles physiques. On aurait pu croire que ces problèmes se résoudraient avec le temps. Cependant, les modèles physiques induisent un retour à l'apprentissage instrumental qui a pu déplaire au grand public. Et il faut porter l'attention sur le fait que c'est le grand public, donc des amateurs en grande partie qui déterminent le marché. Evidement les musiciens constituent une clientèle importante, mais ils n'ont pas été intéressés par ces machines encore trop peu au point.
Mis à part ces problèmes, les synthétiseurs utilisant la technique des modèles physiques ont des avantages qui ont été bien vite remarqués par les utilisateurs et qui leur ont donné l'ascendant sur les synthétiseurs traditionnels. Ces synthétiseurs traditionnels utilisent les synthèses analogiques, par modulation de fréquence(FM), des échantillons préenregistrés ou d'autres techniques basées sur la création et manipulation du son lui-même. Des manipulations de plus en plus nombreuses et de plus en plus fines (portant sur l'enveloppes les effets.. . .) peuvent être effectuées pendant l'édition du son et même pendant le jeu grâce à des pédales, molettes, joystick, contrôleurs à ruban , écrans tactiles... Tous les avantages de ces synthétiseurs, nous les connaissons bien, cependant, nous connaissons aussi les sérieuses limitations inhérentes aux techniques de synthèses utilisées, elles se résument toutes sous le terme : Expressivité.
Il est difficile, voire impossible, avec un synthétiseur de ce type de donner, même à une partie soliste, toute la finesse et l'expressivité que l'instrument acoustique offre. Une trompette, par exemple, offre des nuances de timbre importantes du pianissimo au fortissimo. Le vibrato d'un instrument réel, si mal imité par les synthétiseurs, est modulé en hauteur, en vitesse et en timbre, de plus il est passablement irrégulier et c'est ce qui lui donne son aspect vivant. Les différentes attaques dues au mouvement de la langue influencent beaucoup le son sans compter les effets de "growl". Les synthétiseurs permettent des contrôles fins de l'enveloppe du son mais aucun pour l'attaque. Le son d'un instrument réel évolue dans sa masse parce que le musicien joue le son et ne se contente pas de le déclencher en appuyant sur une touche.
Le défaut le plus gênant de ces synthétiseurs est leur manque de jouabilité. Car si la manipulation des paramètres du son pendant le jeu permet en théorie, de lui donner une certaine expressivité, dans la pratique, cela reste très difficile et seuls quelques petits virtuoses en coordination des mouvements arrivent à jouer sur le clavier et à manipuler en même temps les pédales, les mollettes, les contrôleurs à rubans, et appuyer sur les boutons pour modifier la valeur des paramètres du son. Et quand bien même on arrive à produire de la musique, digne de ce nom, de cette manière, il est clair que la performance tient plus du jonglage et du cours de physique que de l'exécution musicale. Quel musicien voudrait faire de la musique de cette façon ?
Yamaha, Korg et Technics sont les premiers constructeurs à avoir tenté d'utiliser la technique de synthèse par modèles physiques. Leurs stratégies commerciales sont différentes, et leur démarches bien distinctes. Il faut préciser que tous les synthétiseurs utilisant la synthèse par modèles physiques emploient en fait exclusivement les modèles de guides d'ondes. Si les constructeurs adoptent cette synthèse en lui donnant des noms très divers( S/VA,MOSS, Acoustic Modelling...) il s'agit bien toujours de la même technique.
Quand on considère tout ce qui manque à ces synthétiseurs, les modèles physiques semblent pouvoir se faire une belle place sur le marché.
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La particularité de ces deux séries de synthétiseurs est quelles utilisent à cent pour cent la synthèse par modèles physiques. Il existe toute une série de synthétiseurs VL, mais parmi eux, le VL1, commercialisé en 1994, est le plus abouti. Le VL70m et le VL7 ne sont qu'une simplification du VL1 et les VL1-m et VL70-m sont des expandeurs.
Le Vl1 marque une étape dans l'histoire des synthétiseurs et engage la performance musicale dans une nouvelle dimension. Apprendre à maîtriser le VL1 avec un contrôleur de souffle est plus aisé que d'apprendre à jouer d'un instrument acoustique et permet de jouer de n'importe quel instrument à vent avec un seul et même dispositif. Il est possible d'obtenir avec des instruments virtuels des effets impossibles dans la réalité : un ambitus gigantesque, une virtuosité impossible avec les contraintes de l'instrument réel, etc
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Les premières remarques de la presse étant franchement enthousiastes, Yamaha a sans doute pensé raisonnable de demander 5000$ pour ce VL1, pourtant peu de clients ont accepté de payer un tel prix. Malgré ses qualités et son aspect innovant, le VL1 n'a pas très bien marché commercialement. Les autres constructeurs ont convenu de ne pas se jeter si rapidement dans cette voie périlleuse. L'échec commercial de ce synthétiseur est du en partie à son aspect trop peu familier, mais également aux goûts des principaux acheteurs qui sont plus des amateurs que de véritables musiciens. De nombreux utilisateurs de synthétiseurs sont heureux d'avoir des sons synthétiques. avec plein de filtres ou d'autres effets. Pour ces utilisateurs, le prix était bien trop élevé pour un synthétiseur avec seulement 2 voix de polyphonie. Ces amateurs de synthétiseurs sont souvent des claviéristes et ne savent pas se servir d'un contrôleur de souffle, et utiliser un VL1 sans contrôleur de souffle est, pour la plupart des sons, un crime. Ajoutée à tout cela, la façon peu familière d'éditer les sons constitue une barrière qui explique la médiocrité des ventes. Les revendeurs n'osaient pas prendre de VL1 en stock car ils les pensaient invendables. Quel employé aurait pu faire une démonstration convaincante d'un synthétiseur avec un contrôleur de souffle qui demande un véritable apprentissage instrumental ? Ce VL1 s'adressait plutôt à des musiciens avertis jouant d'un instrument à anche simple mais ces derniers fréquentent rarement les magasins de synthétiseurs. Ils ont sur la médiocrité de leurs possibilités musicales des préjugés tenaces, ou bien ils sont effayés par l'aspect technique de leur utilisation.
Afin d'améliorer les ventes, en 1996, Yamaha propose une nouvelle version du VL1 avec une amélioration des voix et des options d'édtions, ainsi qu'une baise appréciable du prix. Plus tard, à cause du déficit des ventes, Yamaha décide d'abandonner la production de tous les synthétiseurs VL à part le VL70m et propose d'intégrer cette synthèse sous forme de cartes dans les workstations actuelles. |
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Il est très difficile de présenter correctement le Yamaha VP1 car il est extrêmement rare. A ma connaissance, trois modèles ont été vendus, l'un au magasin MusicStore de Cologne, l'autre dans un centre d'étude sonore, Isogawa au Japon, le troisième dans un centre de recherches sur la robotique(?!), Nara, au Japon aussi, le prix avoisinant les 30000€. Ce n'est pas la première fois que des constructeurs prennent l'initiative de créer des instruments qui ne se vendront pas ou peu. C'est à la fois pour eux une plateforme de recherches et une vitrine technologique (avec par exemple le Korg Oasys, le Yamaha DX1 ou dernièrement Vocaloid, logiciel de synthèse vocale Yamaha). Physiquement, il ressemble à ce qu'il est censé être, c'est-à-dire un grand frère polyphonique du VL1. Il est relativement fascinant, car il fut très proche d'une adaptation commerciale grand public. Mais vu l'accueil réservé au VL1, Yamaha jeta définitivement l'éponge.
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| Le Yamaha utilise la synthèse F/VA(Free Oscillating Virtual Acoustic), c'est-à-dire une approche des modèles physiques adaptée aux cordes (à l'inverse de la synthèse S/VA, plus adaptée aux vents). Toujours basé sur les modèles à guide d'ondes, ce système comporte un driver simulant l'action d'une frappe sur une corde (analogue au doigt ou au médiator attaquant la corde), et string le comportement de cette même corde. Pour produire un son, le Yamaha VP1 calcule la force appliquée par l'action sur la corde. Ce calcul prend en compte la rigidité du matériau de frappe, la manière d'attaquer la corde, etc. La qualité du son émis dépend des diverses propriétés de la corde, c'est-à-dire sa longueur, sa largeur, sa souplesse. |
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Ce schéma illustre le système "struck-string" d'un intrument comme la guitare:
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Celui-ci le comportement de la corde dans le temps après son attaque:
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C'est une machine tout à fait particulière. Elle n'a jamais été commercialisée sous la forme d'un synthétiseur, comme présenté au Namm en 1995. Sa date de sortie fut sans cesse repoussée jusqu'à devenir inexistante. La forme la plus proche physiquement de ce clavier fut le Trinity, avec son écran tactile. Et à la surprise générale, sous la pression peut-être des développeurs de Korg qui y travaillait dessus depuis début 1990, la plateforme Oasys fut disponible sous la forme d'une carte PCI, en 2000.
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La grande nouveauté de ce synthétiseur, c'est son fonctionnement interne. Là où les synthétiseurs traditionnels sont basés sur une architecture plus ou moins figée, l'Achitecture Ouverte d'Oasys ne possède rien de prédéfini. Au lieu d'avoir une mémoire Rom où sont stockés les algorithmes de synthèse, ceux-ci sont stockés dans une mémoire Ram reprogrammable à souhait. Chaque voix ou effets provient d'un assemblage de fonctions DSP, des blocs connectés entre eux formant un algorithme. De ce fait, Oasys peut créer des sons utilisant n'importe quelle forme de synthèse, modélisation physique, analogique, FM, additive, vectorielle, etc, grâce au logiciel SynthKit Algorithm Design Tool.
La technologie Oasys a été réutilisée pour concevoir les algorithmes du synthétiseur monophonique Prophecy, mais également du Trinity qui a hérité de son interface tactile, du Z1, du Wavedrum, et du MS2000. Ils ne permettant pas d'en produire des nouveaux.
On retrouve seulement aujourd'hui ce système d'architecture modulable au sein de logiciels (Reaktor, Tasman) et tout récemment dans la Clavia G2.
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Commercialisé en novembre 1995, le Prophecy peut être acquis pour lui-même ou comme option pour le Trinity ou le Triton. Conçue sur le modèle du VL1, ce fut le premier susceptible de lui avoir fait de la concurrence. Il propose au sein de sa synthèse Moss (Multiple Oscillator Synthesis System) une synthèse physique complète de sons acoustiques, mais il n'est pas aussi performant car Korg n'a pas investi véritablement dans le développement des modèles physiques. On peut noter l'absence complète de PCM.
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| Il propose en tout 5 types de synthèse : analogique soustractive classique, VPM (Variable Phase Modulation, équivalent FM) , modulation (Cross/Sync/Ring), Comb Filter Oscillator et modèles physiques (reed, brass et pluck). Malheureusement, il n'est pas conçu pour tirer avantage d'un contrôleur de souffle, il n'est pas orienté non plus vers une imitation fidèle des sons acoustiques. Et malgré le soin apporté à l'ergonomie de ce synthétiseur (aftertouch, roues, contrôleur à ruban, agréable écran...), l'interface de réglage et la programmation pose problème, car difficilement compréhensible. Les sons d'usine ont sans aucun doute été réalisés avec un éditeur externe. L'appareil n'est pas vraiment au point pour les modèles physiques, et la modification des sons et leurs contrôles nécessaires à une exécution expressive sont peu maniables. Les démonstrateurs des magasins ne savent même pas s'en servir. Dans ces conditions, il est difficile de convaincre un acheteur potentiel. |
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Paru en 1997, le Z1 est une extension du Prophecy avec plus de polyphonie (12 voix extensibles à 18), plus de modèles physiques, plus d'options, plus de contrôleurs, plus de... Korg s'adapte au marché grand public : un arpégiateur fait son apparition, ainsi que des potentiomètres rotatifs, signe du revival analogique actuel.
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| Il conserve tous les modèles physiques du Prophecy, avec en tout 13 algorithmes : Analogique, Filtrage en peigne, VPM, Modulation (anneau, sync et croisée), Résonance, Orgue, Pianos électriques, modélisation physique de cuivre, anche, cordes pincées et attaque d'archet. On peu utiliser jusqu'à 6 timbres simultanés répartis sur 6 canaux midi. Le Z1 est finalement le premier synthétiseur multitimbral polyphonique par modèles physiques. Par contre, aucune entrée n'est prévue pour un contrôleur de souffle, ce qui est dommage vu le nombre de voix d'instruments à vent proposés. Il excelle dans l'émulation des pianos électriques. Aucune construction intégrale de l'instrument n'est proposée. |
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Le nom de la firme Technics est normalement associé à l'électronique de consommation. C'est d'ailleurs une des raisons principales pour laquelle ce synthétiseur a été un désastre pour la société Matsushita, avec seulement 300 claviers vendus, et 100 racks. Commercialisé en 1995, il constitue la première entrée de Technics dans le domaine des instruments professionnels, début remarquable en vérité. Le WSA1 offre 64 voix de polyphonie et possède 3 molettes de modulation, deux balles rotatives (rappelant le joystick du Wavestation), un énorme écran avec une charte graphique intuitive, et un excellent clavier.
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| Ici la synthèse employée porte le joli nom d'Acoustic Modeling Synthesis. Il s'agit en fait d'un système mixte utilisant des échantillons enregistrés (transitoires d'attaques, bruits) qui, ensuite, sont envoyés vers des modèles de résonateurs simulés par des guides d'ondes. Ce principe est similaire au concept basique du Korg WaveDrum et du Roland VG8 qui démarrent avec des formes d'ondes préexistantes alors que le VL1 modélise absolument tout, y compris la forme d'onde initiale. Cependant, le VG8 et le WaveDrum commencent avec des formes d'ondes acoustiques, captées par des micros qui ne peuvent être enregistrées par un séquenceur. Le WSA1, lui, commence avec des formes d'ondes échantillonnées qui peuvent être enregistrée. Dommage qu'il n'y ait pas d'option sampling. |
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| Les résonateurs (cordes, tubes cylindriques ou coniques, cloches, plaques, membranes) sont modélisés par 4 guides d'ondes qui produisent le corps du son, la partie résonante. Des hybrides, entre attaques et résonateurs non assortis (attaque de trompette / résonateur cloche) sont possibles, et peuvent créer des sons inouïs et intéressants. Mais certaines associations ne donnent rien. La position d'attaque, le mouvement de l'excitateur, l'amplitude d'attaque, les modes de résonance, l'amortissement et les enveloppes sont éditables et programmables de manière agréable, instinctive, et étonnamment simple. Des variations de brillance, de matériaux et de taille des instruments sont également possibles mais limitées par Technics car il est difficile de prévoir le résultat, parfois horrible, de ces manipulations. Des paramètres permettent de changer la position et les connexions des parties du modèle. Les contrôleurs balles permettent de nombreux contrôles en temps réel. Ce synthétiseur est le seul qui permet d'expérimenter directement l'association de diverses attaques associées à divers résonateurs, rendant possible la manipulation des caractéristiques de base du modèle. Les structures peuvent être associées pour, par exemple, simuler les résonances sympathiques. Chaque paramètre peut-être associé à un message Midi particulier pour adapter le contrôle à ses besoins personnels. Le contrôle par l'intermédiaire de périphériques Midi est simple et très efficace. |
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Malgré toutes ces possibilités, ce synthétiseur est loin d'égaler un VL1 ou même en Z1 du point de vue qualité sonore, imitation et expressivité. Les sons acoustiques sont ternes, les pianos métalliques, un aliasing important existe, les effets nombreux mais peu efficaces.
Ce synthétiseur est prévu pour être joué au clavier et le jeu d'un instrument avec le contrôleur de souffle est impossible. Le grand nombre de résonateurs, d'excitations et de paramètres ouvre un immense champ d'exploration. Le WSA1 aurait pu être un bon compromis entre échantillonnage et modèles physiques, si la qualité d'enregistrement avait été meilleure. L'utilisation d'attaques échantillonnées réduit considérablement le coût en calcul, ce qui permet 64 voix de polyphonie et une grande variété de résonateur. En comparaison, le VL1 qui modélise tout, y compris l'attaque, donne des sons de meilleure qualité mais limite sérieusement le nombre d'instruments, principalement des vents, et reste monophonique.
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En 1995, Korg présente le Wavedrum, le premier synthétiseur pour les percussionistes. C'est un bon exemple d'interface appropriée pour des modèles physiques. Les critiques furent enthousiastes: un concept novateur, une belle présentation (avec une vraie peau et non un pad en plastique). Malgré ses qualités, cet appareil s'est mal vendu à cause de son prix élevé (2750€) et de la mentalité des batteurs. Il demande une approche fine et à passer du temps à explorer ses possibilités.
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| Des micros placés sous la peau de la membrane permettent de capter les nuances des différentes techniques de jeu, y compris l'utilisation des balais. Comme les entrées (gestes déclenchant le son) sont acoustiques, le Wavedrum ne permet pas la communication en langage midi. Il permet de sélectionner, modifier et créer ses propres sons grâce aux 62 algorithmes. |
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En 1995, Roland apporte sa pierre à l'édifice de la modélisation physique, mais à la surprise générale, ce n'est pas avec un clavier, mais un avec produit orienté guitariste. A la manière du Wavedrum, il nécessite une véritable guitare en entrée, équipée d'un capteur GK2A. La corde devient le générateur du son. Attention, ce n'est pas un "synthé guitare", dans le sens où il n'y a pas de déclenchement de sample ni de delai. Le VG8 "synthétise" des guitares, des amplis.
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La transformation du son capté est effectué en temps reél, ce qui permet de conserver une finesse de jeu. Le VG8 utilise la technologie COSM (Composite Object Sound Modeling), méthode associant deux types de modélisation pour façonner le son : la technique VGM et HRM. VGM (Variable Guitar Modeling) permet, à partir du son classique de la guitare, de remodeler les différentes composantes du son (imitation de n'importe quelle guitare, associée à n'importe quel amplificateur, haut-parleur, microphone...). La technique HRM (Harmonic Restructure Modeling) permet de créer des sons totalement nouveaux en isolant la forme d'onde, puis en augmentant ou diminuant les harmoniques ou partiels de manière à changer complétement le timbre.
Le VG8 a fait l'objet de critiques élogieuses de la part des guitaristes qui l'utilisent. Il semble qu'il se soit fait une belle place sur le marché, et ceci en dépit de son prix élevé. Ainsi, Roland a proposé un enrichissement de la série (VG8ex, VG88, VGA7, VGA3).
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La dernière adaptation hardware de la modélisation physique vient en 2003 d'un constructeur italien, GEM, avec la série Promega. 320 voix de polyphonie, des propriétés de clavier-maître, il cible les musiciens cherchant une émulation parfaite de claviers acoustiques et électriques. Il offre une combinaison de d'excellents samples mêlés à plusieurs algorithmes de modèles physiques:
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- Natural String Resonance, modélise la résonance sympathique des cordes et de la table harmonique.
- Damper Physical Model,modélise la sourdine du piano, ce n'est pas juste un filtre passe-bas.
- Advanced Release Technology, modélise le relachement des touches et l'atténuation du son, ce n'est pas qu'une enveloppe.
- FADE (Filter Algorithm Dynamic Emulation), reproduisant la dynamique et le changement harmonique du son, plutôt que d'utiliser plusieurs couches de déclenchement.
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©2003-2005VirtualAcoustic-David Dupuy. Tous droits réservés.
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