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HAL Id: hal-03121715 https://hal-univ-paris8.archives-ouvertes.fr/hal-03121715 Submitted on 26 Jan 2021 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Du grain à la musique Isabel Pires, Norbert Schnell To cite this version: Isabel Pires, Norbert Schnell. Du grain à la musique : manipulations en temps réel. Journées d’Informatique Musicale, Association Française d’Informatique Musicale; Centre de recherche en In- formatique et Création Musicale, Jun 2005, Saint-Denis, France. hal-03121715 (1) DU GRAIN À LA MUSIQUE : MANIPULATIONS EN TEMPS RÉEL Isabel Pires Norbert Schnell IRCAM – 1, pl. Igor Stravinsky, 75004 Paris, France CICM - Université Paris VIII MSH Paris Nord Isabel.Pires@ircam.fr ; isabel_pires@excite.com IRCAM – 1, pl. Igor Stravinsky, 75004 Paris, France Norbert.Schnell@ircam.fr RÉSUMÉ Dans cet article, nous présenterons une étude comparative de quelques techniques de manipulation du signal comme la Transformée de Fourier à Court Terme, la Synthèse Granulaire Asynchrone et PSOLA, notamment dans le cadre de leur utilisation en temps réel. Nous présenterons succinctement le fonctionnement de ces trois méthodes dans l’environnement Max / MSP avec l’utilisation de la librairie GABOR. La manipulation des paramètres propres à chaque méthode a des conséquences sur les variables musicales, et l’utilisation de ces méthodes implique des corrélations entre les paramètres techniques du traitement du signal et des attributs musicaux spécifiques. Ainsi, nous essayerons d’explorer les espaces des paramètres et de la perception musicales entre le temps, la période et le spectre (les rythmes, les fréquences et les timbres) en comparant les différentes méthodes en vue de leur croisement dans un système de traitement commun. Mots-clés : Synthèse Granulaire Asynchrone, PSOLA, Transformés de Fourier à Court Terme, Convolution, Temps Réel. 1. INTRODUCTION Les méthodes de granulation du signal consistent à produire des textures sonores en manipulant des grains de son (échantillons plus ou moins courts), par transposition, dilatation et compression temporelle, entre autres choses. Le grain constitue une entité sonore « atomique ». Dans ce sens, beaucoup des écrits sur la synthèse granulaire font référence à Denis Gabor, qui évoque en premier l’idée d’un « quantum acoustique ». Même si la synthèse granulaire ne peut pas revendiquer une fidélité aux idées de Gabor, c’est dans les écrits de Gabor qu’on trouve pour la première fois une description à la fois mathématique et acoustique d’une « particule » sonore. Ses descriptions nous aident à comprendre et à anticiper l’effet des traitements des entités sonores très brèves, se trouvant aux bords de la perception des périodes, pour la synthèse granulaire mais aussi pour d’autres techniques de traitement comme PSOLA ou Chant. Nous voudrons aussi inclure dans ces réflexions des techniques basées sur la transformée de Fourier à court terme ainsi que d’autres techniques qui s’appuient sur la superposition de trames, grains ou formes d’ondes. Nous aborderons ces techniques à travers l’utilisation de GABOR, une librairie basée sur une notion généralisée de la synthèse granulaire. Cette librairie introduit un paradigme de traitement de signal basé sur l’idée d’un flux de particules sonores librement manipulables au niveau des durées et des vitesses de traitement. La librairie Gabor permet le traitement de n’importe quel type de particules sonores (des grains, des formes d’onde élémentaires, des fenêtres temporelles) en ajustant sa vitesse d’extraction et sa position temporelle à la fréquence, la texture, le rythme, ou encore une vitesse spéciale de traitement exigée par un algorithme particulier. Nous décrirons d’abord les techniques de Transformée de Fourier à Court Terme (STFT – Short Time Fourier Transform) [6], Synthèse Granulaire Asynchrone (AGS – Asynchronous Granular Synthesis) [6], et PSOLA (Pitch Synchronous OverLap-Add) [4], ceci dans le cadre d’une exploitation en temps réel. Ensuite, nous décrirons certaines manipulations, de paramètres temporels, fréquentiels et spectraux, relatives respectivement, à la STFT, à l’AGS et à PSOLA par rapport aux variables musicales du timbre, du rythme et de la hauteur. 2. GABOR ET LES «!PARTICULES SONORES!» La librairie Gabor offre diverses méthodes pour couper un flux sonore continu en un flux de vecteurs en utilisant divers schèmes temporels et implémente divers algorithmes d’analyse et de synthèse pour le traitement de ces vecteurs. Chaque vecteur de ce flux est la description d’une particule sonore. La reconversion des flux de vecteurs en un nouveau flux sonore continu se fait à l’aide d’une méthode générale de superposition- addition. En ce moment, Garbor offre deux modules différents de ligne à retard permettant de faire le traitement des particules du flux sonore tout en assurant la vitesse et la fluidité nécessaires au temps réel. Le module gbr.dline˜ fonctionne comme une ligne à retard qui cumule les derniers échantillons du flux sonore où l’on va extraire des particules sonores sous la forme de vecteur, tandis que le module gbr.drain˜ emmagasine les échantillons traités à faire suivre vers la sortie. Ces modules fonctionnent comme un des interfaces entre le flux sonore et le flux de vecteurs et vice-versa. (2) Gabor offre des modules spécialement conçus pour le traitement des flux sonores de façon spécifique, spécialement dirigés à des techniques particulières de traitement du signal : gbr.copy et gbr.dline˜ pour la synthèse granulaire ; gbr.slice˜ pour les méthodes STFT ; gbr.psy˜ pour des méthodes du type PSOLA. Nous retournerons à ces modules plus loin. 3. TECHNIQUES GRANULAIRES STFT, AGS et PSOLA 3.1. Transformé de Fourier à Court Terme La Transformé de Fourier à Court Terme (STFT) est une méthode qui permet le traitement du signal en le décomposant en représentations spectrales successives à travers un fenêtrage temporellement défini, mais très court. De ce fait la dénomination à court terme. La fonction de fenêtrage est une enveloppe temporelle d’une durée généralement comprise entre 1ms et 100ms. Chaque segment sonore analysé produit un ensemble de données – appelé image – contenant une description des amplitudes ainsi que des valeurs de phase des composants fréquentiels du spectre. L’analyse spectrale de chaque segment sonore permet l’obtention d’une représentation descriptive de l’évolution du contenu spectral du son au cours du temps. L’analyse / re-synthèse du signal, en utilisant des méthodes du type STFT, est habituellement réalisée à l’aide de techniques de superposition-addition de fenêtres / images. L’utilisation de techniques de superposition-adition dans les méthodes du type STFT est due à la nécessité de capter et de reconstituer le signal sans perdre trop d’information. Au niveau de l’analyse, les fenêtres utilisées pour couper le signal sont généralement du type gaussien car cette forme réduit la distorsion qui peut apparaître au moment du fenêtrage. Ainsi, la superposition de fenêtres d’analyse permet de réduire, ou même d’éliminer, la perte d’information relative au signal qui pouvait advenir à cause de la courbe de la fonction de fenêtrage. Le même se passe au moment de la re-synthèse afin reconstituer le signal dans son intégralité. Toutefois, cette méthode de superposition-adition, si utilisée de façon stricte, peut conduire à des limitations du point de vue des transformations musicales. Ainsi, le contrôle des paramètres de cette méthode est très important pour la musicalisation de la manipulation sonore. La STFT est à la base de différentes techniques de traitements temps-fréquence-spectre comme le filtrage par convolution, la synthèse croisée, la transposition ou les modifications de l’échelle temporelle. De point de vue de la synthèse granulaire, les techniques basées sur la STFT imposent souvent une contrainte particulière de cohérence des phases des composants du signal (des grains successifs) ; c’est cette cohérence qui assure une continuité perceptive du signal résultant. C’est surtout dans les fondements théoriques du Vocodeur de Phase (PV- Phase Vocoder) [6] [7] que ces contraintes sont formulées de manière stricte. Ces contraintes s’opposent en quelque sorte aux effets granulaires d’une technique de type « overlap-add ». Malgré cela, le paramétrage du vocodeur de phase nous renvoie aux préoccupations impliquées dans la granulation du son, c’est-à-dire aux paramètres de traitement des entités sonores « atomiques », aussi bien en termes de résolution temporelle que fréquentielle. Dans le sens de optimiser une interface pour les méthodes du type STFT de façon à minimiser les contraints énoncés, la librairie Gabor compte le module gbr.slice˜ qui permet la fenêtrage des flux sonores en vecteurs de taille spécifique et parfaitement synchrones au niveau de la phase. L’échantillonnage, en utilisant gbr.slice˜, engendre un flux sonore en vecteurs superposés, la superposition, définit en échantillons, remplit toutes les conditions spécifiques des techniques d’analyse / re-synthèse du type STFT. Figure 1. Exemple de convolution basé sur le méthode STFT en utilisant le module gbr.slice˜. La figure 1. montre un exemple l’application de la convolution en utilisant des modules de la librairie Gabor. La manipulation des paramètres des diverses techniques de traitement sonore basées sur la STFT permet d’obtenir des transformations au niveau du timbre et de la texture. L’ajustement de ses réglages dépend à la fois uploads/Sante/ isabel-pires-du-grain-a-la-musique.pdf