Réverbération (effet)

Face à la difficulté de reproduire fidèlement un espace sonore, les appareils de réverbération artificielle visent à obtenir l'effet de la réverbération pour les auditeurs.

Dans les années 1920, les orchestres de musique classique sont généralement enregistrés en captant le son de la pièce dans laquelle ils jouent, tandis que les musiques populaires sont enregistrées en studio dans des pièces avec très peu de réverbération^[1]. Les artistes enregistrant dans le studio de la BBC se plaignent du son étouffé, rendant la « musique terne et mate, sans couleur et sans vie »^[2].

Les premières expérimentations pour récréer une réverbération dans un studio d'enregistrement remontent au début du XX^e siècle^[3]. La première méthode consiste à envoyer le signal à enrichir sur un haut-parleur installé dans un local très réverbérant (comme un corridor, une cage d'escalier ou une pièce spécialement aménagée pour cela, dite chambre d'écho). On enregistre le son avec un microphone dont on mélange le signal avec l'original dans la proportion désirée^[4].

En 1926, les ingénieurs de la BBC créent une chambre d'écho dans leur studio à Savoy Hill, afin d'ajouter de la réverbération aux performances de studio enregistrées dans des pièces fortement isolées^[5]. Néanmoins, cette technique ne permet pas un grand contrôle sur le son : « la petite chambre impose une fois pour toutes sa couleur propre au son réverbéré »^[4]. En 1937, des ingénieurs français améliorent ce procédé en rajoutant trois bandes d'égalisation, permettant de retirer ou d'ajouter certaines fréquences au son partant dans la chambre d'écho. Leur chambre d'écho est utilisée pour des enregistrements d'orchestres parisiens^[4]. Toutefois, les types de réverbération diffèrent fortement entre une voix et des instruments de musique, et pour l'ingénieur Michel Adam, « on ne saurait (...) s’accommoder d'un seul type de salle ». Ainsi, la BBC construit en 1932 une trentaine de studios pour s'adapter aux différents besoins de réverbération^[6].

La réverbération artificielle des chambres d'écho permet de créer une impression de profondeur et de distance, même si l'enregistrement est monophonique^[1].

En raison de la taille et de l'encombrement des chambres d'écho, on a reproduit leur fonctionnement avec un procédé plus simple, basé sur la propagation des ondes dans un ressort. Dans une boîte rigide, on monte d'un côté une bobine mobile plongée dans un fort champ magnétique du même genre qu'un moteur de haut parleur, et de l'autre un dispositif du même genre ressemblant à celui d'un microphone dynamique. Entre les deux, on dispose un ou plusieurs ressorts modérément tendus^[6].

La vitesse de propagation du son dans le ressort est bien plus lente que dans l'air. Le signal arrive donc retardé de quelques centièmes de seconde à l'autre bout du ressort, où il provoque la vibration du capteur. Mais comme le ressort constitue une ligne de transmission, et que l'impédance du bout n'est pas adaptée, une forte fraction du signal se réfléchit vers l'entrée, où elle rebondit à nouveau. Le ressort constitue ainsi une imitation des réflexions multiples qui constituent la réverbération^[6]. Le champ réverbéré est d'autant plus confus, comme celui d'une véritable réverbération acoustique, qu'il y a plusieurs ressorts de caractéristiques différentes, et qu'ils réagissent entre eux par leurs pièces d'assemblage.

Le signal enrichi de réverbérations peut ensuite être mélangé au signal d'origine dans une proportion variable et avec les corrections de timbre souhaitées. Néanmoins, le son obtenu est très différent d'une réverbération naturelle, et son caractère est devenu une signature sonore à part entière^[7].

Laurens Hammond (créateur de l'orgue Hammond) est le premier à avoir mis au point ce dispositif pour un effet musical en 1939^[6]. Quelques années auparavant, les chercheurs des Laboratoires Bell avaient mis au point la ligne à retard à ressort pour simuler une communication à longue distance. Déréglée, elle créait un effet de réverbération. À partir de cette idée, la société Hammond développe des systèmes spécialement construits^[8]. Les reverbs à ressorts sont ensuite intégrées dans les amplificateurs pour guitare électrique à partir des années 1960, en particulier les amplis Fender^[6]. Le son est devenu typique de certains styles de musique, comme le surf rock dans les années 1960^[9]. Les premiers dispositifs de Fender fonctionnent avec des tubes^[10].

À la fin des années 1950, l'entreprise allemande Elektromesstechnik (EMT) invente la réverbération à plaques. Ces boîtiers fonctionnent sur le même principe que ceux à ressorts, mais le son se transmet à travers une plaque métallique, ce qui donne des réflexions plus complexes, et par suite une meilleure imitation de l'acoustique des salles. La plaque est excitée par des transducteurs et la vibration est captée par des capteurs de contact. On peut aussi influencer plus le genre de réverbération, en approchant de la plaque vibrante des absorbants qui perturbent sa vibration. Ces systèmes sont lourds (plusieurs dizaines ou centaines de kilogrammes), encombrants (la EMT 140, modèle très répandu, a une plaque d'acier d'un mètre sur deux et de 0,5 mm d'épaisseur^[11]), et chers, mais représentent à l'époque un gain de place par rapport à une chambre d'écho, et une amélioration sonore notable par rapport aux systèmes à ressorts. La réverbération à plaque (plate reverb) est très utilisée dans les années 1970 dans les studios de la Motown ou pour la confection de musique disco^[7].

Le principe de la réverb à ressorts dérive de la ligne à retard électromécanique qu'utilisait autrefois la téléphonie. Le développement de l'électronique à transistors a permis de remplacer ces dispositifs délicats par des lignes à retard entièrement électroniques qui transmettent un signal analogique avec un délai qui peut atteindre plusieurs millisecondes. Ces dispositifs basés sur un dispositif à transfert de charges (CCD) fonctionnent par échantillonnage analogique. Un oscillateur produit un signal d'horloge, qui doit obéir aux mêmes règles que pour l'échantillonnage numérique. À chaque impulsion, le niveau du signal d'entrée est transféré sur un condensateur semiconducteur. La charge du condensateur est bloquée, puisqu'il n'y a pas de circuit de sortie, jusqu'à ce qu'une impulsion déclenche le transfert vers un autre condensateur. Si la fréquence d'échantillonnage est f_e, une ligne de n condensateurs aboutit à un délai de n / f_e. Par exemple, avec une fréquence d'échantillonnage de 48 kHz, une ligne de 512 éléments donne un retard de 256/48 000 seconde, soit un peu plus de 5 ms. Pour augmenter ce délai sans avoir besoin de trop d'éléments, on doit réduire la fréquence d'échantillonnage ; mais il faut alors réduire la bande passante, dans les mêmes conditions que pour l'échantillonnage d'un signal numérique^[12].

Pour transformer ce retard en effet de réverbération, il faut réinjecter une fraction du signal vers l'entrée. Il faut ajouter le signal ou l'extraire de la ligne en plusieurs endroits, ou avoir en même temps plusieurs lignes dont les retards sont différents, pour arriver à suffisamment de complexité pour reconstituer une impression de réverbération^{[réf. nécessaire]}.

La partie la plus aiguë du signal est en général plus faible et moins réverbérée dans les locaux d'écoute, le produit du repliement de spectre peut se confondre avec la fin de la réverbération ; finalement, la réverbération à ligne à retard atteint un effet acceptable avec une fréquence d'échantillonnage d'une dizaine de kilohertz et un filtrage du signal d'entrée à quelques kilohertz^{[réf. nécessaire]}.

L'effet de réverbération numérique procède comme celle à lignes à retard pour retarder le signal (delay). On enregistre la suite de nombres qui constituent le signal dans une mémoire organisée comme une file d'attente (premier arrivé, premier sorti). Comme chaque échantillon est accessible, on peut, avec suffisamment de capacité de traitement, créer des modèles de réverbération beaucoup plus divers qu'avec les procédés précédents. Comme tous les procédés de traitement numérique du signal se basent sur le mélange entre des parties de signal diversement retardées, la partie matérielle est identique pour tous les effets, dépendant seulement de la puissance de traitement nécessaire. Les fabricants proposent souvent plusieurs sortes d'effets dans le même appareil. L'uniformisation des matériels a largement fait baisser leur prix. On les retrouve sous la forme de racks, de pédales d'effet ou de plugins audio.

Les effets de réverbération numériques consistent essentiellement en algorithmes qui recréent un espace sonore. La plupart sont complexes, séparant les premières réflexions avec des opérations statistiques, tandis que la queue de la réverbération est plus aléatoire.

Les algorithmes de réverbération utilisent des générateurs aléatoires (casualisation) pour reproduire l'effet perçu par l'auditoire, plutôt que l'espace objectif. Les processeurs numériques de réverb proposent ainsi souvent des réglages programmés nommés « pièce [de studio d'enregistrement] pour batterie , pièce pour voix, salle de concert, cathédrale^[a] », mais aussi des modèles de réverbérations à ressort et à plaques, devenues caractéristiques des certains styles musicaux^[13]. Certains logiciels (plugin audio) de réverbération cherchent à répliquer les racks d'effet célèbres des marques Lexicon ou les plaques de la marque EMT utilisées en studio^[13].

Si le projet est de reproduire fidèlement la réverbération dans un espace existant, les mathématiques enseignent que celle-ci est le produit de convolution du signal par la représentation de la réponse impulsionnelle. Le signal numérique offre la possibilité de réaliser ce calcul. Cette convolution sur une longue durée demande un processeur numérique puissant. Pour obtenir la réponse impulsionnelle d'un local d'écoute, on peut enregistrer l'effet d'un son bref, comme l'éclatement d'un ballon ou un coup de feu. Des systèmes plus élaborés et plus fiables utilisent des signaux électroniques diffusés par haut-parleur^[14].

Les premiers appareils de réverb à convolution apparaissent en 1999 avec le Sony DRE-777. Ils sont également présents sous la forme de logiciels. La vente des appareils se fonde sur l'idée de permettre de placer le son dans les espaces sonores de salles de concert ou de studios célèbres^[15]. Il est cependant possible de modéliser n'importe quel espace, même inhabituel^[b], même virtuel, fondé uniquement sur des calculs acoustiques.

L'argument de la fidélité garantie par les mathématiques séduit surtout ceux qui n'ont aucune expérience de la mesure de l'acoustique des salles. La réponse impulsionnelle dépend de la position de la source, pour les premières réflexions, et de celle de la captation, pour la queue. Elle varie selon le nombre de spectateurs, ainsi que selon la température et l'humidité de d'air : il s'agit d'un instantané à un instant T. Toutefois, « la convolution réussit au niveau du traitement ce que la réverbération artificielle a réussi d'un point de vue esthétique » : l'objectif recherché n'est plus uniquement de reproduire l'effet audio, mais construire un espace sonore^[16].

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Réglages d'une réverb

Variation du decay time

Son brut, puis decay de 500ms, 1000ms, 2000ms puis 3000ms

Variation du pre-delay

Réverbération (decay de 1000ms) avec un predelay de 50ms, 70ms, 90ms, 110ms puis 130ms

Variation du mix

Mix de 0%, 10%, 20%, 30%, 50%, 75% puis 100% (decay de 1200 ms et predelay de 50ms)

modifier

Les effets de réverbération électronique offrent de nombreuses possibilités de réglage :

• pre-delay : temps entre le son produit et le début de sa réverbération, un temps très élevé permet de différencier clairement le signal de sa réverbération ;
• diffusion : réglée à un faible niveau, on distingue bien les différents échos qui composent le son réverbéré. Au réglage maximum, tous les échos se fondent dans une réverbération très dense ;
• decay : exprimé en secondes, définit combien de temps la réverbération dure ;
• densité : comme son nom l'indique, joue sur la densité de la réverbération ;
• early reflections : règle le niveau et le nombre des premières ondes sonores qui, après avoir frappé murs, sol ou plafond, arrivent à l'auditeur ;
• tonalité : atténue les aigus/renforce les graves lorsque le potentiomètre est tourné à gauche, et vice-versa ;
• niveau (aussi appelé balance wet/dry ou mix) : indique la proportion de réverbération à inclure dans le signal de base. À ne pas confondre avec le niveau (audio) ; dry correspond au signal sans réverbération, wet avec le maximum d'effet (réverbération)^[17]. Lorsque le mix est à 100%, seule la réverbération est audible.

Les réglages plus rares sont :

• high ratio : détermine si la réverbération agit beaucoup dans les hautes fréquences ;
• low ratio : détermine si la réverbération agit beaucoup dans les basses fréquences ;
• LPF : fréquence à partir de laquelle les hautes fréquences sont coupées dans la réverbération (filtre coupe-haut) ;
• HPF : fréquence à partir laquelle les basses fréquences sont coupées dans la réverbération (filtre coupe-bas).
• Modulation : ajout d'un circuit de chorus, vibrato, flanger voire phaser sur la réverbération. La profondeur et la vitesse de la modulation peuvent être réglables.