Synthèse granulaire

La synthèse granulaire se trouve plus fréquemment employée en

temps-réel dans la sonorisation d'environnements virtuels que les

syn-thèses FM et par table d'ondes. La synthèse granulaire recouvre

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verses méthodes complexes de lecture de chiers sonores pré-enregistrés.

Contrairement aux méthodes décrites dans les paragraphes précédents,

elle ne consiste pas, initialement, à produire un signal à l'aide de

para-mètres descriptifs mais à exploiter les possibilités d'édition en

temps-réel et de lecture d'un chier sonore préexistant.

Principe général

La granulation d'un signal consiste à produire des textures sonores

en manipulant des grains de son (échantillons plus ou moins courts)

[PS05]. On peut trouver les prémices modernes de la synthèse

granu-laire dans un article du physicien Denis Gabor, publié en 1947 par

Na-ture, dont l'anticipation de l'application de la théorie quantique aux

si-gnaux acoustiques [Gab47] fut ensuite développée par Wiener [Wie64].

Iannis Xenakis a théorisé une méthode de composition reposant sur

l'utilisation de grains sonores [Xen63]. Barry Truax [Tru90] développe

ensuite cette méthode pour la composition d'environnements sonores

[Tru92]. Aujourd'hui, l'ouvrage Microsounds [Roa04] de Curtis Roads

ore un panel très complet des possibilités de la synthèse granulaire,

cette lecture peut être complétée par le document de thèse Les

tech-niques granulaires dans la synthèse sonore de Manuel Rocha Iturbide

[Roc99].

Il n'existe donc pas une méthode de synthèse granulaire mais

da-vantage un principe de granulation sonore décliné en une variété

d'ap-plications. Le choix des paramètres de la méthode est le plus souvent

inuencé par l'anticipation du résultat sonore souhaité. La synthèse

granulaire permet d'obtenir des sonorités proches (des variations) du

chier d'origine ou bien, à l'opposé, de créer des textures entièrement

nouvelles et souvent complexes de par l'entrelacement des grains lus

selon des paramètres variant en temps-réel.

Ce principe général se décline en deux sous-ensembles couvrant

des nalités distinctes fréquentielle et temporelle [Roc99]. Le premier

sous-ensemble concerne les méthode d'analyse-resynthèse tandis que

le second se concentre sur le contrôle total des grains. Les méthodes

d'analyse-resynthèse sont plus adaptées à la création de micro-structures

, soit de timbres, tandis que les méthodes ne reposant pas sur une

ana-lyse sont plus adaptées à la création de macro-structures sonores

[Roc99].

Le principe est de segmenter le chier sonore en grains et de lire

ces grains en les mélangeant entre eux. La taille des grains varie le

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plus souvent entre 50 et 100 millisecondes, elle peut être moindre mais

peut parfois aussi atteindre plusieurs secondes [KT98]. À chaque grain

est appliquée une enveloppe d'amplitude (ou fenêtre) an d'éviter les

artefacts liés à la rupture de la forme d'onde aux extrémités des grains.

La forme de cette enveloppe est variable (Hanning, rectangulaire,

li-néaire, exponentielle,...) et contribue grandement au rendu sonore dans

la mesure où elle donne la forme dynamique des grains dans le temps

et dénie le type de recouvrement entre les grains. La constitution des

grains (position dans le chier d'origine et taille), l'ordre et la vitesse

à laquelle ils sont joués, la fenêtre d'amplitude qui leur est appliquée,

leurs relations temporelles, leur mélange ou encore leur position

spa-tiale sont autant de paramètres prédénis et/ou éditables [Roa04] dans

une méthode de synthèse granulaire.

Nous reprenons la distinction entre les re-synthèses granulaires dites

synchrone, asynchrone et quasi-synchrone. La synthèse granulaire

syn-chrone se caractérise par la régularité des intervalles entre chacun des

grains ([Roa04] p.93). Les applications musicales de la re-synthèse

gra-nulaire bénécient de cette régularité tant pour l'élaboration de

struc-tures rythmiques que pour la génération de timbres. La synthèse

gra-nulaire asynchrone se caractérise par une grande liberté dans la

ma-nipulation des paramètres du grain [PS05] en temps réel. Ces

para-mètres incluent la taille de la fenêtre (soit la durée du grain), le type de

la fenêtre (soit la forme d'onde de l'enveloppe dynamique appliquée à

chaque grain), les caractéristiques temporelles du fenêtrage, la densité

de la granulation. La forme asynchrone convient plus particulièrement

à la génération de nuages de sons basés sur des algorithmes

stochas-tiques ou chaostochas-tiques ([Roa04] p.96). La synthèse granulaire dite

quasi-synchrone inclue des déviations aléatoires plus ou moins importantes

pouvant évoquer les deux formes précédemment présentées, selon la

quantité de déviation appliquée ([Roa04] p.93).

Principales applications

Il serait dicile de dresser une liste exhaustive des applications de

la synthèse granulaire tant celles-ci sont diverses. Nous pouvons en

revanche mettre en avant des eets possibles que nous croyons

parti-culièrement pertinents dans le contexte de cette thèse. Rocha [Roc99]

distingue dans les travaux de Roads trois approches que nous détaillons

dans les paragraphes suivants.

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Tout d'abord, les eets changeants de temps/taux qui

per-mettent de faire varier la durée d'un son sans en changer la hauteur

musicale perçue et inversement. Ces techniques sont aujourd'hui

com-munément rassemblées sous le terme time warping et font référence,

respectivement, au time-stretching et pitch-shifting. La mise en place

de ces méthodes repose sur le choix des grains d'un son à lire et/ou

leur étirement compensé par une variation du taux d'échantillonnage.

Ensuite, la granulation temporelle asynchrone qui est appliquée

à un chier sonore stocké en mémoire et dont les grains sont extraits de

diverses manières : séquences continues ou discontinues, dans le sens

de lecture du chier ou dans le sens inverse, de manière aléatoire...

Plusieurs chiers sonores peuvent ainsi servir de source pour créer des

nuages de texture hybride . Les caractéristiques du nuage ainsi créé

dépendent essentiellement des chiers source utilisés et des relations

fréquentielles, musicales, sémantiques, ou encore morphologiques qui

pré-existent entre eux. La transposition harmonique du chier source

est également possible en changeant son taux d'échantillonnage. La

thèse de Rocha présente un panel des larges applications de la

gra-nulation temporelle asynchrone [Roc99]. Nous avons mentionné plus

haut la variabilité de la taille des grains. Si cette variation peut avoir

lieu d'un grain à un autre, par exemple, il convient de respecter une

durée minimale ([Roc99] p.100) an de préserver les caractéristiques

intrinsèques de la sources sonore :

Par exemple, pour des chiers sonores de voix parlée,

il faut avoir des durées de grain assez longues (entre 30 et

50 msecs) pour pouvoir identier la source (Roads, 1991).

Autrement, si on utilise des petits grains de 10 msecs ou

moins, la source devient de moins en moins perceptible,

et les eets sonores de modulation vont prédominer sur

l'échantillon originel.

Enn, le troisième aspect principal que nous retiendrons ici concerne

la spatialisation, soit la distribution dans plusieurs canaux audio des

grains audio. Plusieurs manières de procéder sont possibles (voir la

thèse de Rocha [Roc99] p.87) et souvent relatives à la densité du

nuage de grains créé par la resynthèse. Nous noterons principalement

ici l'exemple d'application avec le le synthétiseur AmbiGrainer

déve-loppé par Mariette [Mar09] donne un aperçu des possibilités eectives

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de la synthèse granulaire, notamment en ce qui concerne la

spatialisa-tion des grains en ambisonie.

Granulation et médias interactifs temps-réel

Dans le cadre des médias interactifs, la synthèse granulaire ore un

compromis. Dans un premier temps, l'enregistrement de matériaux

so-nores bruts est un point de départ valable pour disposer de timbres

riches et uniques. Dans un deuxième temps, la nature même de la

lecture d'échantillons de la synthèse granulaire est une manière de

contourner le recours aux chiers mis en boucle. Enn, une série de

traitements appliqués sur les grains permet un apport conséquent en

terme de de design sonore. Ces traitements peuvent concerner le timbre

des textures et la spatialisation des grains. Le concept de granulation a

connu, ces dernières années, une évolution vers la synthèse dite

conca-ténative par corpus [Sch06] dont le principe est de trier les grains

se-lon diverses propriétés extraites par des descripteurs. Il devient donc

théoriquement possible d'organiser automatiquement le contenu d'un

chier audio et de naviguer à l'intérieur de celui-ci selon des paramètres

haut-niveau. Ce plus grand contrôle sur les détails du rendu

apporte-rait des possibilités supplémentaires de sonication pour les

environne-ments interactifs [Pau11], notamment pour les environneenvironne-ments urbains

[FJ10].

Dans le document Synthèse sonore d'ambiances urbaines pour les applications vidéoludiques (Page 78-82)