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Comme je disais dans le chapitre sur les applications possibles de l'opération de convolution, les techniques employées jusqu'à maintenant ne tiennent pas compte des modifications dynamiques de la réponse fréquentielle des systèmes modélisés... Ces phénomènes dynamiques sont de plusieurs types, la réponse fréquentielle pouvant être personnalisable par l'utilisateur, les phénomènes pouvant être provoqués par des modulations, ou par un fonctionnement non linéaire du système. Je me dois d'ailleurs de préciser qu'aucun de ces phénomènes dynamiques ne peut être modélisé avec les processeurs de convolution dont j'ai parlé jusqu'à maintenant.

Systèmes à réponse fréquentielle personnalisable

La modification de la réponse fréquentielle globale du système par l'utilisateur, en tournant un potard par exemple sur une machine, ne peut être reproduite que si on enregistre des dizaines d'impulses pour différents réglages. Ce n'est pas toujours commode à mettre en place, car il faut suffisamment d'impulses pour que la simulation de l'appareil ne soit pas trop rigide. On se voit mal par exemple utiliser un seul réglage d'égaliseur sur l'ensemble d'un mixage.

On pourrait également utiliser du morphing entre différentes impulses ce qui servirait à limiter le nombre d'impulses nécessaires pour simuler l'appareil. Si on reprend l'exemple de l'égaliseur, l’enregistrement d’une dizaine d’impulses pour 10 positions du gain et le recours à du morphing pour modéliser les positions intermédiaires devrait permettre de simuler le gain sur une seule bande. Comme les égaliseurs sont en général multi-bandes, on pourrait ensuite enregistrer les impulses générées par les positions de chaque bande, les autres étant en position neutre, tandis que par morphing on pourrait simuler des combinaisons de positions sur chaque bande. Pour l'automation des paramètres dans un séquenceur, on pourrait enfin se baser sur les algorithmes de convolution non linéaire que nous allons détailler après et qui permettent de changer l'impulse au cours du temps.

D'ailleurs, j'ai une grande nouvelle à vous annoncer : il existe déjà des plug-ins de ce type ! Ceux-ci permettent de simuler des égaliseurs justement à l'aide de la convolution : Tritone Digital HydraTone & ValveTone '62, et Waves Ltd. Q-Clone. Je n'ai pas trouvé beaucoup d'informations techniques sur ces derniers. Je ne pourrais donc pas vous dire s’ils fonctionnent selon les principes que j'ai énoncés, qui sont juste issus de réflexions d'internautes de NoiseVault.com... Je sais juste que les produits de Tritone Digital sont basés sur des impulses d'égaliseurs professionnels, en partie du moins, et que Waves Q-Clone a une approche assez différente... En effet, sa fonction première est de simuler les égaliseurs professionnels que vous possédez déjà (même si il est livré avec quelques impulses "anonymes" de bonne facture), grâce à son moteur de convolution et son logiciel de capture qui vous guide pas à pas, ce qui permet d'appliquer l'effet de votre machine sur toutes les pistes nécessaires...

 

Systèmes avec modulations

Les modulations AM ou FM à basse ou haute fréquence donnent lieu à des problèmes pas du tout triviaux pour être reproduits par convolution. Pour que cela puisse fonctionner, il faudrait des changements de réponse impulsionnelle aux états extrêmes de la modulation concernée, et des courbes d'interpolation entre celles-ci qui suivent la forme d'onde modulante... De plus le changement devrait se produire à la même vitesse que la modulation, ce qui risque de complexifier les algorithmes de FFT et de faire significativement grimper la charge CPU. En plus, il faudrait ajouter un de ces éléments pour chaque oscillateur, savoir quand et à quelle vitesse les déclencher... Bref un bon gros bazar qui montre les limites de la convolution ! Pour simuler un filtre résonant, il vaudrait donc mieux programmer directement des algorithmes de modulation...

 

Systèmes à réponse non linéaire

Enfin, on a tout ce qui est fonctionnement non linéaire, c'est-à-dire agissant sur le volume global du signal en plus de sa réponse fréquentielle, comme avec les compresseurs, la distorsion, et tout ce qui fait intervenir des lampes ou la notion de "grain". Cela ne peut pas être modélisé par la convolution classique car la réponse fréquentielle du système ne sera pas unique et va dépendre de la dynamique du signal d'entrée, de son gain, de ses fréquences, et de sa phase.

Pire : quelque soit l'entité simulée, il faut savoir qu'il existe toujours un phénomène de non linéarité plus ou moins conséquent qui est occulté par la simulation utilisant la convolution... Cette non linéarité sera très peu présente voir nulle pour la réverbération, mais elle sera perceptible sur tout le reste, y compris sur les entités qui peuvent être simulées de façon acceptable avec la convolution et dont j'ai pu parler avant.

Pour les simulations de baffles d'amplis guitare par exemple, ceux-ci possèdent un caractère non linéaire qui n'est pas toujours négligeable, ce qui explique que le rendu de cette application de la convolution soit meilleur avec des sons saturés qu'avec des sons clairs. Néanmoins, un baffle n'a pas autant de non linéarité qu'un compresseur, et les résultats seront tout à fait exploitables et intéressants quelque soit le son à traiter ! On sera juste plus ou moins proche du réalisme... Donc essayez avant de juger (et rabattez-vous sur des plug-ins classiques comme Matthias Becker Cortex ou Simulanalog Guitar Suite en freeware si vous n'êtes pas convaincus par la convolution).

D'ailleurs, en parlant d'amplis, lorsque cette application de la convolution a commencé à se faire connaître, les guitaristes de tout poil et de tout horizon ont d'entrée posé la question sur la faisabilité de la simulation de leurs amplis en entier avec la convolution, et pas juste de la partie baffle... Question à laquelle on répondait par un "non" massif. Jusqu'à qu'un produit miracle commence à faire parler de lui...  

 

Le Sintefex FX8000 Replicator et la Convolution Dynamique

Le Sintefex FX8000 Replicator se fit connaître en 2001, et fut le premier appareil à fonctionner grâce à une technologie brevetée appelée la Convolution DynamiqueTM... Cet appareil en rack permet de simuler le fonctionnement d'égaliseurs et de compresseurs haut de gamme, samplés dans la mémoire de l'appareil au moyen d'impulses, et surtout qui tient compte de la non linéarité de ces appareils.

Le principe de la Convolution Dynamique est le suivant : au lieu d'enregistrer une seule impulse pour avoir une réponse fréquentielle unique, on va en enregistrer une grosse quantité avec pour chacune un niveau de signal source utilisé pour procéder à la capture qui soit différent... Ensuite, pour procéder à la convolution dynamique sur un signal quelconque, une fonction dépendante du niveau du signal va déterminer l'impulse utilisée pour chaque convolution, qui va varier en fonction du temps... Par exemple, une certaine impulse serait utilisée pour un signal d'entrée de niveau –6 dB, une autre impulse pour –5 dB, encore une autre pour –4 dB etc.

Tous les détails techniques sur cette technologie peuvent être trouvés sur le site de Sintefex, au format PDF sous forme de publications, accessibles à n'importe quel public, ce qui n'engage pas à grand chose étant donné que la technologie est brevetée ! Cela signifie qu'il faut obtenir des autorisations pour l'utiliser dans un produit commercial ou même en licence libre... En plus, le texte déposé dans le brevet est suffisamment vague pour interdire toute utilisation d'un algorithme qui se rapproche du principe de fonctionnement du Replicator, en particulier concernant le principe de la capture d'impulses à différents niveaux...

 

Plus loin dans la convolution non linéaire...

D'ailleurs, les techniques utilisées par Sintefex pour tenir compte de la non linéarité sont assez perfectibles... J'ai parlé de morphing précédemment et je pense que cette technique pourrait donner un rendu sonore beaucoup plus convainquant que la technique qui consiste à prendre les impulses telles quelles si le niveau d'entrée du signal est compris dans un intervalle précis. En plus, cette même technique a un gros défaut, qui est qu'elle ne tient pas compte des niveaux d'entrée précédant un changement de la réponse impulsionnelle à un instant donné. En clair, elle ne tient pas compte de la dynamique du signal d'entrée mais uniquement de son amplitude aux instants de calcul, ce qui est plutôt embêtant pour la modélisation de la distorsion d'un ampli. Ce défaut pourrait être en partie réglé par l'usage des séries de Volterra, un outil mathématique qui peut se définir comme une version complexifiée de la simple opération de convolution, et qui a déjà fait ses preuves théoriquement pour la modélisation de non linéarités, mais qui n'est pas triviale à mettre en oeuvre. Cette technique trouverait une application directe dans la gestion des enveloppes que l'on trouve dans les compresseurs, le passage du régime linéaire à un régime limité ne se faisant pas brutalement...

En tout cas, j'attends avec impatience que certains développeurs sortent des logiciels basés sur la Convolution Dynamique ou sur d'autres techniques pour les mêmes applications. Je ne suis pas arrivé à savoir si le fait qu'aucun logiciel de ce type ne soit déjà sorti soit du aux problèmes liés au brevetage (surtout que Focusrite a déjà sorti un produit basé sur la Convolution Dynamique de Sintefex via un accord, le Liquid Channel, même s’ils sont les seuls) ou si c'est du à des difficultés technologiques concernant la récupération des impulses et le moteur de convolution non linéaire, qui demande beaucoup plus de puissance que la convolution classique.

Surtout que les applications de cette technologie pourraient vraiment phénoménales, selon l'algorithme de convolution non linéaire utilisé, outre la simulation des compresseurs haut de gamme qui existe déjà, elle permettrait de simuler à peu près n'importe quoi, comme par exemple des amplis ou préamplis guitare à lampe, avec un réalisme enterrant tous les autres types de simulation, les heureux possesseurs du Replicator ayant l'air heureux du réalisme de leur machine, malgré les limitations du principe de fonctionnement... De quoi faire rêver à peu près tous les home-studistes !

Et maintenant, un exemple assez intéressant de ce que permettrait la démocratisation de la convolution non linéaire, proposé par JoneSmice : imaginez une salle de répétitions pas forcément grande dans laquelle on doit faire rentrer un groupe et enregistrer les sessions avec une bonne qualité. Avec la convolution non linéaire, il serait possible de remplacer tout le matériel du guitariste par des petites boîtes, ou alors mieux de proposer du matériel hybride où chaque élément d'un ampli guitare (le préampli, la partie amplification de puissance, et le baffle) pourraient être remplacés séparément par de la convolution en utilisant un reamp (pour convertir un signal ligne en signal haute impédance), des boîtes de DI (pour envoyer le signal en sortie de l'instrument sur une table de mixage ou dans une carte son), des Load Box (pour récupérer le signal en sortie de l'amplificateur de puissance et l'atténuer à un niveau ligne)...

On pourrait en plus "déconvoluer" le matériel présent, en procédant à la capture d'impulses permettant de le modéliser à l'aide de combinaisons de reamp / DI / Load Box, et ainsi il serait possible en enregistrant l'ampli avec un micro de changer l'ampli utilisé sur l'enregistrement de la session ! Cela pourrait même être fait en temps réel pour proposer des retours aux musiciens par casque, ce qui serait intéressant pour réduire le volume sonore des répétitions, en utilisant par exemple une batterie acoustique la plus silencieuse possible avec des triggers et des samples...