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Principes de fonctionnement d’un synthétiseur (5): Le LFO

LFO (Low Frequency Oscillator) module

Après avoir parlé des enveloppes de modulation, place maintenant à un autre type de modulateur incontournable dans un synthétiseur: le LFO (Low Frequency Oscillator). Comme son nom l’indique, il s’agit d’un oscillateur. Mais il ne faut pas le confondre avec les oscillateurs générateurs de sons vus précédemment.

Contrairement à ces derniers, Le LFO est un oscillateur agissant dans une gamme de fréquences basses (“Low Frequency”, 0 à 20 Hz en général) et donc inaudibles à notre oreille. Le LFO ne sert donc pas à la création de la source sonore. Il ne génère pas du signal audio mais du signal de modulation. Comme pour l’enveloppe, il faut l’assigner à un certain paramètre que l’on veut faire varier.

Ensuite, le LFO sert à produire ces variations du son de manière cyclique, tel que l’effet de vibrato (variation plus ou moins rapide du pitch autour de sa tonalité principale).

Modulation cyclique du LFO

A la différence de l’enveloppe, le LFO module le son de manière cyclique. C’est-à-dire que le motif choisi (voir les paramètres de régalges ci-après) du LFO se répète entièrement et de manière continue tant qu’on laisse une note enclenchée (alors que le motif de l’enveloppe ne se “lit” qu’une fois à chaque note, à moins d’y rajouter une fonction de boucle ou “Loop”).

Quand tu écoutes une performance au violon ou vocale, on remarque des variations cycliques de divers paramètres (hauteur, intensité, timbre). Cela fait parti de l’expression d’un instrument. Et c’est le LFO que l’on utilise dans un synthétiseur pour recréer cela.

Paramètres de réglage du LFO

Plusieurs réglages permettent d’en faire varier l’effet et l’intensité. Le LFO partage avec l’oscillateur classique beaucoup de paramètres importants dont la forme d’onde et la fréquence en Hertz.

Paramètres de réglage du LFO
Paramètres de réglage du LFO

La vitesse ("Rate")

Cette vitesse d’oscillation se règle donc par la fréquence en Hertz. Comme on l’a vu, un oscillateur classique de génération du son utilise des fréquences du domaine audible qui déterminent la hauteur du son.

Dans le cas du LFO, la fréquence est de l’ordre de 0 à 20 Hz. Beaucoup de synthétiseurs ont des LFO qui peuvent aller bien au-delà de 20 Hz mais c’est seulement pour des effets bien particuliers (jusqu’à 100 Hz ou plus).

Vitesse du LFO de 0 à 20 Hz puis retour à 0 Hz (variation du pitch à +/- 1 st)
Vitesse du LFO de 0 à 20 Hz puis retour à 0 Hz (variation du pitch à +/- 12 st)

La particularité la plus intéressante de ce paramètre, pour des effets plus musicaux, est sa synchronisation avec le tempo global du morceau. Sur quasiment tous les synthés, on a donc la possibilité de régler cette vitesse d’oscillation, soit en fréquence en Hertz, soit en note musicale (croche 1/8, noire 1/4, blanche 1/2 jusqu’à plusieurs mesures, etc…).

Souvent appelé le mode Sync, ce réglage de la vitesse est très utile pour créer des variations d’impulsions ou de timbre très précises avec la rythmique du morceau. Des réglages fréquents se font à la croche (1/8) ou la double-croche (1/16). Mais la fonction “triplet” pour triolet est souvent un bon compromis pour garder une sensation de synchronisation tout en “cassant” la rigidité des temps binaires.

LFO en mode “Free” (on entend que la variation de vitesse se synchronise mal avec le tempo de la batterie):
LFO en mode “Sync” (cette fois la variation de vitesse est bien synchro avec le tempo):

Le réglage de la vitesse en Hertz (Free mode) est plus approprié pour des mouvements légers ou progressifs (Pads évoluant sur plusieurs mesures…) sans rapport avec le tempo (vibrato, tremolo…).

La forme d'onde

Comme pour les oscillateurs générateurs de son, on a les mêmes choix pour le LFO. A savoir, l’onde sinus, triangle, carrée, dent de scie ou aléatoire.

Je rappelle encore ici que la forme d’onde d’un LFO ne sert pas à générer du son, mais à moduler (faire bouger en positif ou négatif en suivant la forme de l’onde) un paramètre que l’on veut faire varier pour donner vie au son.

Les exemples qui suivent montrent la différence sonore entre différentes forme de LFO appliqué au pitch (+/- 12 st, vitesse 1/4 pour 120 bpm):

Remarque: On peut aussi passer d’une dent de scie montante à descendante en appliquant au LFO une quantité positive ou négative (voir réglage suivant).

Exemple avec une forme d’onde aléatoire, ici sous la forme S&H (Sample & Hold) qui s’apparente à une succession de paliers à des pitchs aléatoires. Dans cet exemple, la vitesse du LFO augmente puis aussi le pitch de l’oscillateur, ce qui donne cet effet “R2D2”:
Dessin libre de la forme du LFO sur Serum
A part les ondes de base bien connues, il est parfois possible de dessiner librement la forme du LFO comme ici sur Serum

La quantité ("Depth" ou "Amount")

Tout comme la vitesse est déterminée par la fréquence de l’onde, la quantité de LFO est déterminée par l’amplitude de l’onde. Ce paramètre permet donc de donner plus ou moins d’ampleur à l’effet de variations cycliques du LFO.

C’est aussi ce paramètre qui est souvent contrôlé par la molette de modulation du synthétiseur.

LFO depth de 0% à 100% puis retour à 0% (avec un LFO Sinus, vitesse 1/4):

Réglages additionnels du LFO

LFO "Retrigger" ou "Free"

Le LFO avec le mode “Retrigger” activé commence toujours depuis le début de sa forme d’onde à chaque note jouée (MIDI event ON). C’est parfait pour garder de la consistance entre les notes.

Avec le retrigger OFF (aussi appelé “Free mode”), le LFO continue son cycle d’oscillation indépendamment des notes jouées. Ainsi, chaque note commence à un point différent de la forme d’onde du LFO. Cela ajoute de la variation de note à note et un caractère sonore imprévisible.

Mode Retrigger LFO sur Ableton
Option du mode Retrigger sur Ableton (Operator synth)
Remarque sur le LFO monophonique VS. polyphonique

Une considération importante sur le mode “free” est dans le jeu d’accords (plusieurs notes en même temps). Avec le retrigger OFF, toutes les notes jouées simultanément auront des mouvements de LFO parfaitement synchronisés.

Cette propriété est possible avec un LFO dit “monophonique”. Car c’est un seul et même LFO qui contrôle toutes les voies du synthétiseur en parfait unison (voir plus en détail ce qu’est la polyphonie). La fonction est utile pour des vitesses de LFO en mode “Sync” car ils seront toujours dans le temps du tempo global.

Avec le mode retrigger ON, le LFO recommence à chaque note. Donc en jouant un accord avec différentes attaques sur les notes de l’accord, ces dernières auront également des mouvements différents de LFO. Le vibrato dans un groupe de musiciens jouant en chœurs n’est jamais en parfaite synchronisation. Cela fait donc sens d’avoir un LFO individuel pour émuler chaque vibrato.

C’est comme avoir un LFO individuel pour chaque voie du synthétiseur. Il s’agit alors d’un LFO polyphonique.

LFO Attack ou "Rise"

Souvent, le vibrato n’est pas en action pendant l’attaque de la note. L’effet prend forme pleinement au moment du sustain. Afin de simuler cet effet progressif, on peut appliquer une enveloppe, sous la forme d’une rampe montante, sur la quantité du LFO.

Mais au lieu d’utiliser une enveloppe pour cela, le LFO intègre souvent cette fonction dans ses réglages. Ce paramètre est parfois appelé “Attack” ou “Rise” et se règle en % du temps mis par le LFO pour atteindre son niveau maximum.

On peut carrément trouver parfois un paramètre de delay: celui-ci permet de laisser un temps (qui peut être régler en note musicale) avant que le LFO entre en action.

LFO Phase ou "Offset"

C’est un paramètre qui permet de faire démarrer le cycle d’onde du LFO à un  autre endroit de l’onde que celui par défaut.

Utilisations courantes du LFO

Le LFO a des applications très variées. Un synthétiseur analogique monophonique dispose d’au moins un LFO qui agit simultanément sur un ou plusieurs modules. Ainsi, les trois applications classiques du LFO reposent sur son assignation à l’un des trois modules du synthétiseur: le VCO, le VCF ou le VCA.

Si le synthé possède plusieurs LFO, ils peuvent agir de façon indépendante bien sûr (LFO1 sur le filtre, LFO2 sur le VCA par exemple).

LFO sur le pitch de l'oscillateur (VCO)

Sur le VCO, donc sur le pitch de l’oscillateur, c’est pour obtenir l’effet de vibrato.

Cet effet de vibrato est tellement utilisé que beaucoup de synthés possèdent un LFO spécifiquement dédié à cela.

Sinon, pour simuler un vibrato typique de la voix d’un chanteur ou d’un violon, il faut régler le LFO avec une vitesse entre 2 et 8 Hz et une quantité qui couvre moins d’un demi-ton.

Ça c’est la définition de base du vibrato. Mais le vrai vibrato d’une voix chantée est aussi accompagné de variations de volume et de timbre. Donc sur un synthétiseur plus complexe, il est possible d’assigner le LFO, non seulement sur le pitch de l’oscillateur mais aussi sur le volume de sortie et le cut-off du filtre pour une meilleure émulation du son.

LFO sur le cut-off du filtre (VCF)

Sur le VCF (cut-off du filtre), on obtient l’effet wah-wah. C’est aussi une utilisation du LFO très fréquente pour ajouter du mouvement et de l’intérêt à des notes maintenues.

LFO sur le volume de sortie (VCA)

Et sur le VCA (volume de sortie), on obtient l’effet de tremolo. L’assignation du LFO au volume est aussi très courant pour des effets de “side-chaining” (atténuation forte d’un élément pendant un temps, typiquement quand le Kick “tape” pour faire de la place à un autre élément, en l’occurrence le Kick).

Le LFO peut être assigné à bien d’autres paramètres. D’autres exemples sont le fameux effet d’autopan (variation du son de gauche à droite) en appliquant un LFO sur le panning du volume de sortie; ou encore sur la modulation d’amplitude d’impulsion d’une onde carrée (PWM).

Les possibilités du LFO sont illimitées. A toi d’expérimenter!

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