Les LFO - caractéristiques et applications avec les synthétiseurs

À l'instar des enveloppes, les LFO sont des modules communs à l'ensemble des générateurs de son, synthétiseurs et échantillonneurs. Tout le monde croit les connaître, alors que la plupart d'entre eux recèlent nombre de fonctions bien souvent inexploitées...

On ne le répétera jamais assez, LFO sont les initiales de Low Frequency Oscillator, ou en français, oscillateur à basse fréquence. Peu importe que notre oreille ne perçoive pas les fréquences inférieures à 20 Hertz, puisque le rôle du LFO, contrairement à celui de l'oscillateur, n'est pas de produire une forme d'onde audible, mais de moduler de manière périodique tel ou tel paramètre d'un son (hauteur, fréquence de coupure, amplitude, largeur d'impulsion d'un signal carré, panoramique...). Avant d'étudier concrètement la manière dont certains synthétiseurs exploitent le LFO, je vous propose d'énumérer les principales caractéristiques qui lui sont liées.

Les paramètres du LFO

• Nombre : un instrument possède plus ou moins de LFO (deux par programme sur le Korg M1, six par patch sur le D-50 Roland, huit par voice sur le Yamaha SY77, etc).
  
  
• Forme d'onde : généralement sinusoïdale, triangulaire, carrée, en dents de scie ou aléatoire. Plus rarement, on rencontre le bruit blanc, voire un signal quelconque, (délivré par un oscillateur, un contrôleur continu, une enveloppe...), échantillonné à la fréquence du LFO. C'est le cas du Matrix 6, que nous commenterons dans la partie 2 de ce dossier.
  
  
• Plage de fréquence : s'échelonne entre quelques centièmes et quelques dizaines, ou quelques centaines de Hertz (0,1 Hz correspond à une période toutes les dix secondes, 20 Hz à vingt périodes par seconde, etc). Plus la fréquence est élevée (elle atteint carrément les 250 Hz sur les Bit 01/99), plus l'effet du LFO, lorsqu'il agit sur la hauteur, se rapproche de la synthèse par modulation de fréquence.
  
  
• Réglage de la fréquence : exprimé par une valeur numérique, et plus rarement, en Hertz (de 0.08 Hz à 21 Hz sur les SQ-1/SQ-2 Ensoniq, de 0,08 Hz à 18,14 Hz sur l'E-mu III...). Parfois, la fréquence peut être influencée par un paramètre tel que la hauteur de la note ou sa vélocité.
  
  
• Humanisation : la fréquence du LFO est soumise à des fluctuations aléatoires (Micro-Wave...). Une variante consiste à induire de légères modifications de fréquence pour chaque voie de polyphonie de l'instrument (S1000, E-mu III...). Dans ce cas, pour un accord de trois notes soumises à un LFO d'une fréquence de 5 Hz, les première, seconde et troisième notes seront par exemple modulées à 4,9 Hz, 5,1 Hz et 4,96 Hz.
  
  
• Synchronisation : à priori, le LFO émet une forme d'onde en permanence, pour être déclenché dès l'instant où un message de note-on est détecté, et ceci jusqu'à l'extinction du son. La synchronisation permet de faire repartir le LFO en début de cycle chaque fois qu'une note est enfoncée.
  
  
• Polarité : inverse la phase du LFO. Il arrive même que cette phase soit réglable en degrés, comme sur le SY77.
  
  
• Délai : suite à l'appui sur une touche du clavier, le LFO n'entre en action qu'une fois la période de délai écoulée (parfois exprimée en temps, de 0 à 21,69 secondes sur l'E mu III...). Il s'agit le plus souvent non pas d'une brusque apparition, mais d'une montée progressive (fade-in), bien que le LFO ne démarre pas pour autant à l'enfoncement de la touche. Sur certaines machines, il existe à la fois un réglage de délai et un réglage de fade-in. Parfois, le temps de délai peut être influencé par un paramètre tel que la hauteur de la note ou sa vélocité.
  Enveloppe : plus évoluée que le délai, l'enveloppe contrôle avec précision l'évolution du taux de modulation du LFO dans le temps. Tout comme le délai, elle concerne le niveau de sortie global du LFO, ou éventuellement, le taux de modulation d'un seul paramètre.
  
  
• Nombre de paramètres susceptibles d'être modulés : hauteur d'un oscillateur, largeur d'impulsion (PWM), fréquence de coupure d'un filtre, résonance, amplitude, panoramique, fréquence d'un autre LFO, etc.
  
  
• Taux de modulation direct : profondeur avec laquelle le LFO agit sur tel ou tel paramètre. Selon les instruments, le taux de modulation se règle en sortie du LFO et/ou à l'entrée du paramètre modulé.
  
  
• Taux de modulation indirect : profondeur avec laquelle un contrôleur (molette de modulation, aftertouch...) commande en temps réel l'action du LFO sur tel ou tel paramètre. Le taux de modulation indirect peut soit se cumuler avec le taux de modulation direct, soit en déterminer le pourcentage (taux de modulation indirect à zéro: pas de modulation directe, taux de modulation indirect au maximum: modulation directe maximum). Sauf exception, la modulation indirecte est insensible au délai et autres enveloppes, puisque le LFO est censé agir immédiatement sous contrôle du musicien.

Sans avoir la prétention d'être exhaustive, cette liste permet d'évaluer plus précisément les immenses possibilités du LFO. Bien sûr, aucun instrument n'implémente ces caractéristiques dans leur intégralité. Afin de concrétiser ces différentes notions, penchons-nous sur le fonctionnement des oscillateurs à basse fréquence de divers instruments. Un examen que nous poursuivrons la prochaine fois, avant de passer à la pratique.

Roland Juno-1/2
Rien de bien compliqué au niveau du Juno. La forme d'onde du premier LFO, sinusoïdale, est dirigée en direct vers la fréquence de coupure (taux de modulation VCF LFO) et vers la hauteur des oscillateurs (taux de modulation DCO LFO). Par ailleurs, cette même forme d'onde transite via la molette de modulation, mais cette fois-ci uniquement vers la hauteur (taux de modulation MOD SENS), et bien entendu sans passer par le délai.

Un second LFO, dont seule la vitesse est réglable, s'applique à la largeur d'impulsion de certaines formes d'ondes de l'oscillateur. Deux des paramètres 'tone modify' influent globalement en plus ou en moins sur la vitesse des LFO (mod rate) et sur les taux de modulation directs (mod depth).

Yamaha DX7
Malheureusement unique, le LFO du DX7 demeure toutefois très souple d'emploi: waveshape (six formes d'ondes: sinusoïdale, triangulaire, en dents de scie ascendantes ou descendantes, carrée et aléatoire), speed (vitesse comprise entre 0.1 Hz et 60 Hz), delay (jusqu'à 3 secondes), PMD pour Pitch Modulation Depth (taux de modulation de hauteur), AMD pour Amplitude Modulation Depth (taux de modulation d'amplitude), et sync (redémarrage du LFO en début de cycle à chaque note enfoncée).

Le LFO agit globalement sur la hauteur des six opérateurs d'une voix en fonction d'un réglage de sensibilité (PMS pour Pitch Modulation Sensitivity), et individuellement sur l'amplitude en fonction d'un réglage de sensibilité par opérateur (AMS pour Amplitude Modulation Sensitivity). N'oublions pas qu'en synthèse FM, l'amplitude d'un opérateur porteur agit sur le volume, et celle d'un opérateur modulateur sur le timbre.

En dehors des taux de modulation directs (PMD et AMD), il est possible de commander le LFO en réglant la profondeur (range) ainsi que la commutation on/off vers la hauteur et l'amplitude, des quatre contrôleurs suivants: modulation wheel, foot control, breath control et aftertouch (par canal).

Yamaha SY77
Rappelons qu'un son de SY77 est composé de un à quatre éléments, AFM (modulation de fréquence) ou AWM (lecture d'échantillons). Le LFO ressemble étrangement à celui du DX7, en plus évolué: six formes d'ondes (les mêmes), vitesse, délai, AMD, PMD, mais également FMD, pour Frequency Modulation Depth (fréquence de coupure des deux filtres de chaque élément).

Le paramètre sync cède sa place à un réglage de phase: chaque fois qu'une touche est enfoncée, le LFO redémarre à un point du cycle à déterminer (de 0 à 360 degrés). Progrès considérable, on peut désormais diriger la modulation de hauteur indépendamment vers chacun des six opérateurs, en fonction d'un réglage individuel de sensibilité (PMS pour Pitch Modulation Sensitivity). Le pendant de l'AMS et du PMS pour le filtre se nomme LFO Cutoff Sens (de -7 à +7, +7 correspondant à un taux maximum, et -7 à un taux maximum de phase inversée).

Pour les contrôles externes du LFO (un pour la hauteur, un pour l'amplitude, un pour le filtre), nous avons droit à l'aftertouch, ou à n'importe quel contrôleur continu compris entre 0 et 120. Un second LFO (sub LFO) est réservé à la hauteur, et ce globalement, pour les six opérateurs (comme sur le DX7). Ses paramètres sont: forme d'onde (triangulaire, dents de scie descendante, carrée et aléatoire), vitesse, PMD, time et mode (delay ou decay). En mode delay, le délai équivaut au paramètre time, tandis qu'en mode decay, une fois le temps écoulé, l'action du LFO décroît. Tout ce que nous venons d'énoncer s'applique de façon similaire à un élément AWM (dénué toutefois de sub LFO), à ceci près, bien entendu, que la notion d'opérateurs disparait.

Enfin, le LFO d'un élément influe également sur le panoramique, avec un taux que l'on régulera éventuellement par l'intermédiaire d'un contrôleur continu ou de l'aftertouch. Le voyage au pays du LFO continue. C'est au tour des S1000, Bit 01/99, D-50 et Matrix 6 de nous livrer leurs secrets. Mais d'ici peu, nous passerons à la pratique... En deux parties, au travers de différents exemples, nous aurons fait le tour de quasiment tous les paramètres du LFO. Cette fois-ci encore, comme vous allez le constater, certains constructeurs rivalisent d'ingéniosité pour tirer un maximum de profit de ces espiègles modules que sont les oscillateurs à basse fréquence.

Akai S1000/S1100
Les échantillonneurs S1000/S1100 comportent deux LFO dont la forme d'onde est unique (sinusoïdale). Contrôlant la hauteur, le premier d'entre eux est réglable en fréquence, délai et taux de modulation (profondeur). Chacun de ces trois paramètres peut évoluer en plus ou en moins suivant la hauteur de la note (augmentation de la vitesse ou diminution du taux dans les aigus, du délai dans les graves, etc). Un suivi de clavier original !

D'autre part, modulation, vélocité et aftertouch par canal sont capables d'influer sur le taux. Pas de synchronisation on/off (démarrage en début de cycle pour toute nouvelle touche enfoncée), mais une fonction 'desync', qui lorsqu'elle est validée, induit de subtiles nuances en modifiant légèrement la fréquence du LFO pour chaque note jouée (ou plus exactement, en cas d'empilage, pour chaque voie de polyphonie).

Plus sobre, le second LFO se charge du panoramique: vitesse, taux, délai et position dans l'espace stéréo via la molette de modulation.

Crumar Bit 01/99
Au nombre de deux, les LFO des Bit 99 (version clavier) et Bit 01 (version expandeur), deux synthétiseurs italiens Crumar assez peu répandus, sont plutôt performants pour des instruments analogiques de cette catégorie. Ils comportent chacun trois formes d'ondes (triangulaire, dents de scie, carrée), une fréquence sensible à la vélocité, un délai, ainsi qu'un taux sous contrôle éventuel de la molette de modulation.

Les Bit 99/01 sont parmi les seules machines à diriger le signal du LFO vers la molette après qu'il ait transité par le délai. Les quatre sources à moduler (oscillateurs 1 et 2, fréquence de coupure du filtre et amplitude) sont susceptibles d'être influencées simultanément par les deux LFO. Une particularité aussi rare qu'intéressante. Enfin, pour être précis, signalons que la fréquence de coupure n'est modulée par le LFO qu'à condition que l'enveloppe du filtre soit en service.

Roland D-50
Le D-50, l'un des plus riches en LFO, n'en possède pas moins de trois par tone, soit un total de six par patch: aucun risque de monotonie ! A vous de déterminer lequel des trois agira sur la largeur d'impulsion du signal carré, la fréquence de coupure et l'amplitude de chacun des deux partiels d'un tone. Taux et phase (normale ou inversée), sont réglables indépendamment pour toutes ces destinations.

Les paramètres d'un LFO sont les suivants: forme d'onde (triangulaire, dents de scie, carrée, aléatoire), vitesse, délai et synchronisation. Lorsque cette synchronisation est validée, une fois toutes les notes relâchées, la pression sur une nouvelle touche fait repartir le LFO en début de cycle. Notons que la hauteur, dont nous n'avons pas encore parlé, est pilotée par le premier des trois LFO. Dans ce cas, le taux, commun aux deux partiels d'un tone, est contrôlable par l'intermédiaire de la molette de modulation et de l'aftertouch par canal (il s'ajoute au taux fixe).

Au niveau du partiel, un paramètre à trois positions offre les options suivantes: off (pas de LFO sur la hauteur), on (influence du LFO sur la hauteur), A&L (influence du LFO sur la hauteur, uniquement par le biais de l'aftertouch et de la modulation). Enfin, en plus des modes sync on et off, ce premier LFO implémente la fonction sync key (le LFO repart en début de cycle à chaque note jouée).

Oberheim Matrix 6
Modulation matricielle oblige, la section LFO du Matrix 6 est un modèle du genre. Les LFO 1 et 2 (incluant un réglage de synchronisation) disposent chacun de sept formes d'ondes: triangulaire, dents de scie ascendante, descendante, carrée, aléatoire, bruit et échantillonnée. Cette dernière n'est autre que l'une des vingt sources de modulation énumérées dans l'encadré ci-contre, 'samplée' à la fréquence du LFO. Fréquence qui, en plus d'un réglage fixe, peut être contrôlée par l'une des vingt sources de modulation (à un taux à déterminer), mais aussi par l'aftertouch canal (LFO 1) et par la hauteur de la note jouée (LFO 2).

On rencontre également un réglage de taux, influencé si nécessaire par le paramètre ramp (sorte d'enveloppe mono-segment utilisée pour induire un délai), ainsi que par l'une des vingt sources de modulation. Le LFO 1 se dirige vers la hauteur des deux oscillateurs (taux indépendants), et vers les trois enveloppes. Sans entrer dans les détails, il s'agit de les déclencher à partir d'une position à définir, c'est-à-dire d'un angle de phase de la première demi-période du cycle du LFO. Pour sa part, le LFO 2 se dirige vers la largeur d'impulsion du signal carré des deux oscillateurs (là encore, les taux sont indépendants). Il existe un troisième LFO, commun à l'ensemble des patches du Matrix, exclusivement dédié au vibrato (contrôle de la hauteur des oscillateurs).

La fréquence et/ou l'amplitude sont modulables par une pédale et/ou par une molette. De par la souplesse de la modulation matricielle, le signal en sortie du LFO 1 et du LFO 2 (deux des vingt sources), est capable de moduler une ou plusieurs destinations (au nombre de trente et une) à un certain taux. Des possibilités illimitées! Tout ceci est bien beau, mais que faire d'un LFO, aussi puissant soit-il ?

En matière de LFO, les applications les plus courantes sont au nombre de quatre : modulation de hauteur (vibrato), d'amplitude (trémolo), de timbre et de largeur d'impulsion d'un oscillateur rectangulaire. Voici la manière dont elles influent sur le son.

Le vibrato
L'amplitude de la forme d'onde du LFO commande la hauteur du signal modulé en fonction d'un taux à déterminer. Plus ce taux est élevé et plus le signal s'écarte de part et d'autre de sa hauteur d'origine (de manière cyclique, à la fréquence du LFO). Sur ce schéma, la hauteur augmente d'une octave au cours de chaque demi-période d'amplitude positive du LFO. Elle diminue d'autant au cours de chaque demi-période d'amplitude négative.

Quelques idées : vibrato sur des instruments à cordes tels que le violon (LFO sinusoïdal ou triangulaire, taux contrôlé par la molette de modulation ou par l'aftertouch), séquence à l'octave (LFO carré, fréquence fonction du tempo, taux de modulation réglé de manière à produire un intervalle de douze demi-tons), sirène d'ambulance (LFO carré, taux de modulation réglé de manière à produire un intervalle de quarte), sirène de police américaine (LFO triangulaire, fréquence élevée)...

Le trémolo
L'amplitude de la forme d'onde du LFO commande le volume du signal modulé en fonction d'un taux à déterminer. Plus ce taux est élevé et plus le signal s'écarte de part et d'autre de son volume d'origine (de manière cyclique, à la fréquence du LFO). Sur ce schéma, le volume est multiplié par deux au cours de chaque demi-période d'amplitude positive du LFO. Il est divisé d'autant au cours de chaque demi-période d'amplitude négative.

Quelques idées: trémolo sur des instruments à vent tels que la flûte (LFO sinusoïdal ou triangulaire, taux contrôlé par la molette de modulation ou par l'aftertouch)...

La modulation du timbre
L'amplitude de la forme d'onde du LFO commande la fréquence de coupure du filtre du signal modulé en fonction d'un taux à déterminer. Plus ce taux est élevé et plus le signal s'écarte de part et d'autre de son timbre d'origine (de manière cyclique, à la fréquence du LFO: le nombre d'harmoniques croît et décroît).

Quelques idées : effet wah wah sur des instruments tels que la guitare ou l'orgue (LFO sinusoïdal ou triangulaire, taux contrôlé par la molette de modulation ou par l'aftertouch), sonorités typiquement synthétiques (taux de modulation élevé, résonance au maximum), hélicoptère (bruit blanc modulé par un LFO triangulaire rapide), vagues (bruit blanc modulé par un LFO sinusoïdal assez lent)...

La largeur d'impulsion
L'amplitude de la forme d'onde du LFO commande la largeur d'impulsion d'un signal rectangulaire en fonction d'un taux à déterminer. Plus ce taux est élevé et plus le signal s'écarte de part et d'autre de sa largeur d'impulsion d'origine (de manière cyclique, à la fréquence du LFO).

Enfin, pour les heureux possesseurs de synthétiseurs dont la fréquence du LFO est exprimée en Hertz, ils pourront se reporter au tableau ci-dessous.

 Dossier réalisé par Christian Braut (Keyboards Magazine)

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