La maîtrise de la synthese sonore

Outils pour l'élaboration et l'emploi du matériau sonore synthétique
dans la composition musicale contemporaine


Gerhard Eckel
IRCAM
Paris, France

Le point de vue de Gerhard Eckel est essentiellement axé sur les intentions des compositeurs et sur les outils à élaborer afin de réaliser ces intentions. La maîtrise de la synthèse sonore comporte plusieurs aspects liés aux procédures d'analyses, au contrôle direct de toutes les propriétés du matériau sonore, au signal, au modèle et à la représentation. Mais à quoi sert la synthèse? Le descriptif annoncé tend moins à spéculer sur les applications techniques que sur la relation qui doit s'établir entre langage formel et langage de synthèse.

Ce qui est ouvert par l'élaboration synthétique de signaux acoustiques ainsi que par les transformations techniques auxquelles on soumet un signal - ce que nous appelons ci-dessous synthèse sonore - n'a cessé d'influencer la pensée musicale du XXe siècle. Bien avant qu'on ne dispose des moyens technologiques d'une synthèse sonore, les compositeurs ont souhaité pouvoir utiliser des outils libérés des limitations de l'outillage mécanico-acoustique traditionnel. Depuis le milieu du siècle, quand on a pu examiner les premières expérimentations musicales de matériau sonore synthétique, les progrès accomplis dans le domaine de la synthèse sonore ont accompagné de près le développement des conceptions musicales et ils se sont mutuellement fécondés. La possibilité de construire le matériau sonore même a entraîné des changements considérables dans tous les domaines de la pensée musicale. Même dans des compositions où le matériau sonore synthétique n'est pas directement mis en oeuvre, on ressent l'effet des bouleversements que les techniques de synthèse ont apportés dans la "Klangvorstellung". Nombre de procédures découvertes en studio électronique ont été transférées pour la composition sur instruments traditionnels; elles ont ainsi connu un développement plus poussé.

La mise en oeuvre directe de matériau sonore synthétique se montre néanmoins, aujourd'hui encore, beaucoup plus délicate que l'assimilation dans d'autres domaines des idées suscitées par la synthèse sonore. Bien que celle-ci soit largement plus accessible, grâce au développement technologique accéléré de ces dernières années, son utilisation rencontre souvent des obstacles considérables, qui remettent constamment en cause l'économie technico-artistique de la composition musicale. Mis à part quelques exceptions notables, les applications concrètes de la synthèse sonore demeurent bien en retrait par rapport à leurs intentions artistiques, souvent trop ambitieuses. Bien qu'il ne subsiste guère de doute en théorie quant aux potentialités musicales de la synthèse sonore, on n'est pas encore parvenu à un matériau sonore synthétique suffisamment souple pour répondre aux exigences de la composition, c'est-à-dire de sa mise en oeuvre dans un contexte de langage musical. L'objet du présent texte est d'analyser plus précisément cet état, ainsi que d'émettre des idées pouvant aider à surmonter les difficultés évoquées. En outre, l'examen des conditions de construction et d'utilisation de matériau sonore par des moyens techniques devrait permettre de déterminer quelles sont les propriétés requises des outils nécessaires à cette fin. La présentation des aspects de la problématique de la synthèse sonore, que nous considérons comme essentiels dans ce contexte, relève d'une perspective où la démarche du compositeur est appréhendée comme un processus de modélisation.

La synthèse sonore, pourquoi?

Il convient d'abord d'évoquer les raisons qui conduisent à introduire du matériau sonore synthétique dans la composition musicale. L'extension constante du champ impliqué dans la composition, dont témoigne le développement de la pensée musicale au cours des deux derniers siècles, a englobé jusqu'à l'organisation du matériau sonore. Le projet d'une structuration totale de la musique, qui fut celui de l'école sérielle dans les années 50, a porté ce développement à un point qui marque en même temps la première intervention de matériau sonore synthétique dans la composition musicale. L'évolution ultérieure de la synthèse sonore a ouvert à la composition des chemins inscrits dans le nouveau médium, qui ne traduisent pas simplement l'effort pour vaincre les contraintes des instruments traditionnels. Les techniques de synthèse sonore, ainsi que l'investigation scientifique des mécanismes de la perception et de la cognition auditives ont donné naissance à une capacité imaginative nouvelle, renouvelant ainsi la conception musicale du son.

Un aspect de la synthèse sonore, essentiel pour la composition, est l'occasion d'un contrôle direct de toutes les propriétés du matériau sonore. Ce que la musique sérielle nomme paramètres - et qu'on pourrait appeler les «tendances perceptives» du matériau sonore (les virtualités de développement que comporte sa constitution) - peut être exploité dans la composition musicale grâce à la synthèse sonore. Mais la réalisation de ces dernières se heurte à une série d'obstacles. Le point central est ici la difficulté de construire un modèle sonore reposant sur un son imaginé, modèle susceptible de servir à la synthèse d'un signal acoustique dont la perception peut provoquer une image sonore proche du son projeté. Un tel modèle sonore doit en outre satisfaire, quant au langage musical, aux exigences qui résultent, pour la composition, de l'utilisation envisagée du matériau sonore réalisable à partir du modèle. Il s'agit surtout ici des évolutions et transformations propres au modèle sonore, qui constituent la souplesse indispensable du matériau sonore. La forme que retient le modèle pour la description des propriétés du matériau est en outre d'autant plus importante que le niveau de représentation formelle, distinct de celui de la représentation imaginative, est, lui aussi, une source potentielle d'invention musicale. Un modèle sonore sert par conséquent aussi bien à la représentation formelle du matériau sonore qu'à sa production. Cette représentation conditionne la manipulation du matériau sonore dans la composition, car elle seule permet d'en exploiter les différents aspects et de les soumettre aux procédures de la composition.

Image et modèle

Pour construire un modèle sonore à partir d'une représentation du son, il faut un médium adéquat. Un tel médium - que nous appellerons système de synthèse - se compose d'un ensemble de programmes et d'interfaces sur lequel reposent la formulation et la manipulation des modèles sonores et qui permet la production de matériau sonore grâce à la simulation numérique. En outre, le système de synthèse propose un certain nombre de modèles de base - appelés aussi méthodes de synthèse - que l'on peut combiner en un modèle sonore concret par le truchement des procédures de combinaison et des mécanismes d'abstraction. Les modèles de base représentent les catégories de signaux acoustiques dont on peut contrôler les manifestations concrètes par des paramètres types. L'effet de ces paramètres types sur les propriétés physiques et perceptives du signal acoustique synthétique dépend de la sorte des modèles retenus. Il faut ici distinguer deux types fondamentaux de modèles : les modèles physiques et les modèles abstraits, ou encore analytiques. Les modèles physiques décrivent un signal acoustique comme résultant de l'interaction de structures mécanico-acoustiques, tandis que les modèles abstraits représentent directement les signaux acoustiques par des formalismes mathématiques. Par modèles analytiques, on entend des modèles abstraits dont la structure s'inspire de procédures analytiques. On mentionnera par exemple la synthèse additive, qui repose sur l'inversion de l'analyse de Fourier, pour qui un signal peut être représenté comme une somme de composants sinusoïdaux.

Les paramètres types des modèles physiques déterminent les propriétés des structures mécanico-acoustiques et la nature de l'interaction de ces dernières, ils n'ont de ce fait qu'un effet indirect sur les propriétés physiques et perceptives du signal synthétisé. Lorsqu'il s'agit de modèles abstraits ou de modèles analytiques, certaines propriétés du signal peuvent être inscrites directement sur le paramètre type. Outre les deux catégories de modèles que nous venons d'opposer, il en existe également d'autres, mixtes.

Pour modéliser une représentation sonore, la première étape consiste à analyser le son représenté. Cette analyse a pour horizon les modèles de base disponibles pour la modélisation, ainsi que leurs combinaisons. Son objectif est de décomposer le son visé en différents aspects, descriptibles à l'aide des paramètres types d'un ou de plusieurs modèles de base. Une telle décomposition demande une connaissance précise des propriétés des modèles de base, ainsi que des mécanismes de la perception et de la cognition auditives. Compétence indispensable pour se représenter la façon dont serait perçu un signal produit en fonction d'un certain modèle sonore et par application d'un certain nombre de paramètres. La transcription du son visé sur un modèle comportant certains paramètres résulte d'une démarche empirique, par une comparaison répétée entre l'image sonore visée et l'image des sons que l'on peut obtenir à l'aide des modèles disponibles. Au cas où la transcription n'est pas réalisable directement, il faut alors avoir recours à des modèles de base pour construire un modèle dont la conversion en paramètres est plus appropriée à la transcription. Pour la construction de ce nouveau modèle, le système de synthèse propose des procédures de combinaison pour les paramètres types et pour les autres variables du modèle. Dans la plupart des cas, la mise au point d'un modèle spécialisé est indispensable, et il faut la considérer comme faisant partie du travail normal de composition musicale.Cependant, c'est le modèle qui détermine les propriétés du matériau sonore élaboré.

Cette conception de la synthèse sonore, qui place au centre de toute réflexion le problème de la modélisation des représentations, n'est pas la seule façon d'aborder le problème. Cependant, s'il s'agit d'élaborer le matériel sonore pour le faire entrer concrètement dans une composition musicale, cette solution semble être la seule adéquate. Le processus de modélisation peut paraître dépendre seulement de la représentation et ne viser qu'à la construction d'un modèle. Néanmoins, cette dernière, qui se présente normalement comme un processus itératif, agit en retour sur la représentation d'origine. Les expériences vécues lorsqu'on s'efforce d'analyser et de modéliser une représentation exercent un effet stimulant sur celle-ci, du fait qu'elles lui offrent un fondement neuf. C'est pourquoi l'invention de matériau sonore synthétique peut également être l'effet des méthodes de synthèse et est ainsi caractérisée par une approche relativement expérimentale des possibilités de la synthèse sonore. Toute application concrète de cette dernière se situe entre ces deux extrêmes.

Modèle et composition

Nous avons jusqu'ici séparé le modèle sonore et son utilisation. C'est pourquoi nous n'avons pas insisté sur la forme que prend la description du son dans la constitution du modèle, et mis l'accent plutôt sur le processus de modélisation même. La forme précise de la modélisation ne prend de l'importance que si le modèle trouve son application dans un contexte musical. La structure d'un modèle sonore utilisable est au moins autant marquée par les modalités de son intervention concrète que par l'image sonore sous-jacente au modèle. De façon générale, la mise en oeuvre du matériau sonore a été prise en considération dès sa conception. C'est pourquoi la modélisation de l'image sonore se fait toujours en tenant compte de l'utilisation musicale concrète du matériau sonore réalisable avec le modèle sonore.

En général, un modèle sonore ne décrit pas un son unique mais une catégorie de sons, et les manifestions des diverses incarnations de cette catégorie de sons - nommées objets sonores - dépendent des paramètres des types de base. L'espace multidimensionnel circonscrit par les combinaisons possibles des valeurs des paramètres représente ici le potentiel de développement encore non structuré du modèle sonore et, par suite, du matériau sonore. Permettre la mise en oeuvre de ce potentiel dans la composition, voilà encore une capacité importante que l'on attend d'un modèle sonore. Très souvent, il faut une mise en ordre du matériau sonore selon le degré de manifestation de ses différents attributs perceptifs ou de ses diverses qualités abstraites, dans la perspective de la composition. L'organisation des divers attributs sonores du matériau dans la composition se rapporte toujours à l'articulation d'une forme sonore dans le discours musical. Cette articulation exige la plus grande souplesse du matériau. Souplesse qui découle essentiellement du fait de contrôler les divers attributs sonores indépendamment les uns des autres.

Le problème de la modélisation des attributs sonores est celui de la transcription des attributs en paramètres. L'idéal serait que chaque attribut sonore puisse être gouverné selon un paramètre type et à l'aide d'une métrique adéquate. La réalisation d'une conversion en paramètres du modèle, adaptée à l'utilisation du matériau dans la composition, peut exiger l'intervention d'un système compliqué de fonctions, système qui transcrit le paramètre de contrôle souhaité sur le paramètre type de la configuration modèle de base. Cette tâche est remplie à l'aide des dispositifs de combinaison de paramètres que propose le système de synthèse. Ces dispositifs de liaison doivent permettre une définition souple du système de fonctions. Un léger écart, toujours possible, par rapport à l'utilisation prévue d'un modèle ne devrait entraîner qu'une modification limitée, et facile à réaliser, de ce dernier et non pas une restructuration complexe ; c'est à cette condition que se trouve préservée l'économie technico-artistique dont il était question.

L'organisation du son par la composition dans le cadre du langage musical est déterminée par les relations établies entre chacun des objets sonores. Quelles sont les relations qui peuvent être considérées comme pertinentes pour la composition? Cela dépend essentiellement des conventions en matière de langage musical. Celles-ci conditionnent, dans une large mesure, la décision du compositeur, mais elles sont également marquées par l'évolution musicale et culturelle, et sont déterminées par les mécanismes de la perception. Une autre propriété importante exigée d'un modèle sonore, c'est de permettre la mise en oeuvre des aspects du matériau sonore offrant des possibilités de combinaison fructueuses. Les questions soulevées sont souvent indépendantes des caractéristiques du matériau sonore synthétique et renvoient aux problèmes généraux de la composition assistée par ordinateur, lesquels sortent du cadre des présentes réflexions. On entrevoit ici la nécessité d'intégrer les outils de synthèse sonore dans un système général de composition assistée par ordinateur. Signalons encore que la mise en ordre du matériau sonore en fonction des attributs sonores, évoquée plus haut, représente sous cet angle une condition essentielle de l'organisation des relations musicales entre les objets sonores.

Outils pouvant servir à la construction des modèles

En présentant la construction de modèles sonores à partir des représentations sonores, on a supposé l'existence d'un système d'outils pour la construction des modèles - système de synthèse. Il convient maintenant d'examiner les autres propriétés importantes que l'on exige d'un système de synthèse, en fonction des précisions apportées sur les divers aspects de la constitution de modèles. Les difficultés dans la mise en oeuvre de matériau sonore synthétique se ramenant surtout à l'absence d'outils adéquats, il est d'autant plus important de clarifier les exigences auxquelles ils doivent répondre. Les problèmes d'application de la synthèse sonore sont souvent dus aussi à une trop faible compétence, mais l'acquisition de cette dernière dépend aussi pour beaucoup de l'existence des outils adéquats.

Il y a au coeur de tout système de synthèse un langage formel - langage de synthèse - qui sert à décrire le modèle sonore. Un langage de synthèse doit satisfaire aux exigences générales d'un langage de programmation pour pouvoir être mis en oeuvre à tous les niveaux de la construction de modèles. Il doit en outre offrir des formulations et des mécanismes d'abstraction qui permettent de décrire les composants du modèle et leur mise en relation de façon efficace et naturelle. L'utilisation cohérente d'un seul langage formel dans un système de synthèse est d'importance pour permettre une communication directe et efficace entre les divers outils, dont le rôle essentiel est de contribuer à la formulation du modèle sonore. Tous les aspects d'un modèle sonore trouvent leur description par le truchement du modèle de synthèse. Le modèle sonore est représenté dans le système de synthèse sous la forme d'un programme. Ce programme est généralement établi, géré et utilisé par des outils spécialisés de programmation, ce qui n'exclut pourtant pas la programmation directe (telle celle offerte par PostScript). Divers outils de programmation servent à la description et à la manipulation d'aspects déterminés du modèle sonore. Mentionnons à titre d'exemple les instruments servant à mettre en relation les modèles de base - l'établissement de «patches», par exemple, dans le logiciel Max -, à planifier les dépendances entre les paramètres types - transcription des attributs sonores -, à décrire le développement temporel de paramètres types, ou bien à organiser les relations entre divers objets sonores au sein d'une situation musicale concrète.

La qualité exigée de tout outil de synthèse est de se conformer à la nature itérative du processus de construction du modèle. La transcription du son visé dans un modèle est obtenue en comparant à plusieurs reprises l'image sonore et les résultats provisoires que permet d'atteindre un modèle de travail. Pour s'en rapprocher, les différences entre les résultats obtenus et ceux recherchés doivent être identifiées. A cette fin, outre l'écoute analytique, il faut une série d'outils d'analyse qui permettent de montrer par des représentations graphiques les trajectoires suivies par le paramètre type et les aspects du son synthétisé. Il est important de rapporter les attributs de perception à leurs corrélats physiques. Cela seul permet d'évaluer la nature et la force de l'influence exercée par les variations du paramètre type sur les propriétés du matériau sonore. Cette évaluation commande une modification intentionnelle du modèle sonore permettant de se rapprocher de l'image sonore visée. L'écoute du matériau sonore et la lecture simultanée des représentations graphiques correspondantes aident à la compréhension et à saisir comment les diverses variables du modèle sont reliées aux propriétés du matériau sonore. Il importe que les représentations de signaux soient éditées. On peut alors modifier directement des caractères du son visibles dans la présentation (SpecDraw). On teste directement, de façon visuelle et auditive, les hypothèses élaborées ad hoc concernant le rapport entre la nature physique et les propriétés perceptives du son analysé.

En outre, les outils de synthèse devraient permettre des variations rapides des grandeurs du modèle, ainsi qu'une comparaison dirigée des variantes. Il faut gérer des versions du modèle et recourir rapidement à des modèles fournis par les banques de données. Tout ce qui peut nourrir l'information concernant un processus de modélisation est digne d'intérêt, car ce dernier comporte fréquemment des étapes dont le sens ne peut être reconnue que grâce à des explications complémentaires. La reproductibilité du processus de modélisation est une condition nécessaire pour acquérir et pour développer une compétence dans la construction et l'usage familier des modèles sonores.

Un système de synthèse doit également offrir des outils d'exploration de développement que comporte un modèle sonore sur un plan musical. La formulation concrète d'un modèle est fonction de la nature du matériau sonore à produire, ainsi que de la mise en oeuvre musicale concrète de ce dernier. La mise à l'épreuve des propriétés du modèle dans un contexte musical déterminé suppose des outils de test permettant une esquisse rapide des situations musicales. C'est sur l'expérience des tests musicaux que reposent les modifications intentionnelles du modèle, visant à un développement plus fécond des potentialités de celui-ci pour la composition. La formulation d'un modèle utilisable pour un travail concret de composition se distingue en général fondamentalement d'un modèle qui ne repose que sur une représentation sonore. La différence consiste dans la flexibilité et l'efficacité du contrôle des divers attributs du matériau sonore - ce qui en fait la souplesse.

Partant de l'examen des raisons qui motivent l'utilisation de matériau sonore synthétique, on a tenté, à partir d'une présentation des éléments fondamentaux de la construction d'un modèle sonore, d'énoncer quelques propositions de base pour l'obtention d'outils utiles à cette tâche de construction. Ce qui milite en faveur d'une réorientation dans le développement de systèmes de synthèse, c'est que nombre des outils de synthèse sonore disponibles sont obsolètes. Quant aux outils les plus modernes (Max, CLM), ils ne répondent qu'à une part des attentes relatives à la construction et à l'utilisation de modèles sonores. La combinaison de différents outils pose souvent des problèmes de compatibilité. On ne dispose pour le moment d'aucun système d'outils prenant en charge tous les aspects fondamentaux de la construction et de l'utilisation de modèles sonores. Compte tenu de la rapidité des progrès technologiques, l'élaboration d'un tel système rencontre de moins en moins d'obstacles techniques. Mais cette réalisation suppose une définition claire des exigences auxquelles doit répondre chacun des outils, dans la mesure où la problématique globale de la construction et de l'utilisation du matériau sonore synthétique est à la base de la composition musicale contemporaine.