Définition
La synthèse par modélisation physique (physical modeling) ne reproduit pas la forme d'onde d'un instrument mais simule son fonctionnement physique : un excitateur (médiator, marteau, archet, souffle) met en vibration un résonateur (corde, tube, membrane, plaque, table d'harmonie), décrit par des équations ou par des modèles numériques. Le résultat réagit naturellement au toucher : jouer plus fort n'augmente pas seulement le volume, cela change le timbre comme dans un vrai instrument.
Histoire essentielle
- Karplus-Strong (Kevin Karplus et Alex Strong, 1983) : un bref burst de bruit entre dans une ligne à retard de la longueur de la période de la note ; à chaque tour, le signal passe dans un filtre passe-bas (une moyenne entre échantillons). Résultat : une corde pincée étonnamment réaliste avec très peu de calcul.
- Guides d'onde numériques (digital waveguide, Julius O. Smith III, Stanford CCRMA) : généralisation avec des lignes à retard bidirectionnelles qui modélisent cordes et tubes.
- Yamaha VL1 (1994) : premier synthé commercial à modélisation physique pour vents et cordes, très expressif mais coûteux.
- Aujourd'hui : Modartt Pianoteq, AAS Chromaphone et String Studio, Ableton Collision, Tension et Electric, Arturia Piano V (modèle physique, dans la V Collection 9), Native Instruments Reaktor Prism, les modèles de corde/résonateur de Pigments et Vital.
Composants d'un modèle
- Excitateur : type (impulsion, bruit, archet continu, souffle), dureté, position (pincer près du chevalet = plus d'harmoniques aigus), force.
- Résonateur : type (corde, tube ouvert/fermé, membrane, barre, plaque), accordage, amortissement (decay), rigidité (inharmonicité : les cordes de piano ont des partiels légèrement croissants), matériau (bois, métal, verre).
- Couplage et corps : la table d'harmonie et les résonateurs sympathiques (cordes du piano avec la pédale enfoncée).
- Non-linéarités : battements, bruits de mécanique, saturations.
Pourquoi l'utiliser
- Expressivité : vélocité, aftertouch, MPE et molette de modulation changent le comportement physique ; idéal avec des contrôleurs MPE (Roli, Linnstrument, Osmose).
- Légèreté : pas de gigaoctets d'échantillons (Pianoteq pèse quelques dizaines de Mo).
- Hybrides impossibles : une corde excitée par un archet avec un corps de verre ; percussions « métalliques » accordées pour des pads et plucks futuristes.
Recettes de base
- Pluck Karplus-Strong : bruit bref (5 ms) → delay accordé → passe-bas. Plus le filtre est sombre, plus le son est court et mat ; feedback plus élevé = sustain plus long.
- Mallet / marimba : excitateur impulsif doux sur barre de bois, decay 0,5–1 s, inharmonicité modérée.
- Corde frottée (pad) : archet avec pression modulée par un LFO lent, corps de violoncelle, réverb.
- Percussion métallique : barre ou plaque métallique, inharmonicité élevée, decay long : cloches et gongs synthétiques.
Dans FL Studio
FL Studio n'a pas de vrai modélisateur physique natif dédié comme Collision, mais tu peux obtenir un Karplus-Strong « maison » : un burst de bruit bref (3x Osc avec enveloppe courte) envoyé à Fruity Delay 3 ou à un comb filter avec un delay de quelques ms et un feedback élevé : en accordant le temps de retard sur la note (1000 ÷ fréquence ms : A3 = 220 Hz → 4,55 ms), tu obtiens une corde. Pour des instruments complets, utilise Piano V, Pianoteq, Chromaphone.
Exemple en la mineur
Pluck métallique pour un morceau ambient à 90 BPM : dans Chromaphone (ou similaire), excitateur à mailloche dure, résonateur « beam » avec inharmonicité moyenne, decay 1,2 s ; arpège A3 – C4 – E4 – B4 sur Am(add9) et F – A – C – E sur Fmaj7 en croches ; delay à 1/4 pointé, réverb 3 s. Piano V avec micros proches pour les accords.
Erreurs courantes
- S'attendre à un réalisme absolu : les modèles sont convaincants dans le mix, moins en solo sur les vents et les voix.
- Ignorer la vélocité : c'est justement le point fort.
- Valeurs de feedback et de résonance excessives : auto-oscillations et pics (mets un limiter de sécurité pendant que tu expérimentes).
Exercice
- Construis un Karplus-Strong avec bruit + delay accordé + filtre dans FL Studio et joue C4 (3,82 ms de delay) et A3.
- Avec Piano V, compare les vélocités 40 et 110 sur la même note : note ce qui change dans le spectre avec un analyseur.
Liens
« Sampling et échantillonneurs », « Synthèse additive », « Design de plucks », « Filtres », « La série des harmoniques et le timbre ».