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Le procédé photosonique

Les instruments photosoniques sont composés essentiellement de 4 éléments : une ou plusieurs sources lumineuses mobiles dans l’espace (L) ; des disques transparents (D), interchangeables, sur lesquels sont dessinées des ondes sonores ; des ”filtres optiques” (F) aux formes diverses, maniés à la façon d’un archet, mais contrôlant la dynamique et la sonorité ; enfin, un capteur photovoltaïque (C), directement branché, tel un microphone, à un amplificateur audio :

Le disque en est le cœur, l’élément vibrateur, qui par sa rotation, pulse les rayons lumineux le traversant à des fréquences audibles, lesquelles sont converties par le capteur en signaux électriques.
Le son produit est donc le résultat de trois facteurs : la conception graphique des disques (géométrie des ondes et leur déploiement), l’interprétation (gestuelle ou semi-automatisée), enfin l’amplification, qui ne fait qu’utiliser les systèmes audio existants.
Si l’interprétation d’un disque reste à chaque instant entièrement créative, au moyen de dispositifs additionnels (séquenceur optique, rotofiltre, etc.) et de contrôles gestuels variés, les timbres et la qualité musicale des sons dépendent beaucoup de la structure géométrique des ondes, conçue par ailleurs en relation avec leurs nombres de répétitions par tour, qui déterminent leurs intervalles de hauteurs.
Ces nombres de répétitions par tour, ou «fréquences», peuvent varier de 1 à 1000 environ, pour permettre la reproduction, en justesse absolue, d’un éventail très large d’échelles, couvrant la quasi-totalité des modèles d’intonations des cultures musicales traditionnelles.

Le “disque photosonique”, ainsi qu’il est appelé couramment, présente des spécificités qu’on ne retrouve dans aucun autre instrument. C’est d’abord le seul instrument de synthèse sonore existant à procéder d’une génération purement optique du son. Il est à la fois l’héritier des sirènes acoustiques, expérimentées depuis le XVIIIe siècle, et des harmoniums électro-optiques du début du XXe siècle ainsi que des premières expériences de son synthétique du cinéma parlant sur films à piste optique des années 30. Ces prémices du son optique, qui a précédé le son électronique, ont à chaque fois été submergées par l’expansion des techniques électroniques, et oubliées. Aujourd’hui, avec les ressources gestuelles et instrumentales du procédé photosonique, les avancées graphiques de l’informatique, et les recherches acoustiques entreprises par l’ A.E.H. depuis 1984, le son optique revient, avec cette fois plus de chances de s’affirmer.
Le procédé photosonique offre en effet des contrôles gestuels (intensité, hauteur, harmoniques, attaques, vibrato, effets, etc.) entièrement nouveaux (gestes tridimensionnels, opérant par libre déplacement de lumières et de filtres dans l’espace), intuitifs et beaucoup plus directs que dans les systèmes MIDI, induisant des situations d’écoute particulièrement sensibles et participant à un réel plaisir du jeu.

La synthèse photosonique a été inventée par Jacques Dudon en 1972, puis brevetée en 1985, année également du premier concert photosonique en public, à l'église des Angles, près d’Avignon.
A cette époque les disques étaient découpés manuellement par Jacques Dudon dans des feuilles de carton, jusqu’à ce que Daniel Arfib en 1986 réalise un logiciel permettant leur création par ordinateur, au moyen d’une table traçante.
En 1996, Patrick Sanchez perfectionne ce procédé en développant le logiciel “WaveLoom”, qui génére des disques sous la forme d’images numériques au standard “PostScript 2”. Depuis cette date les disques photosoniques (avec un répertoire de plus d'un millier de disques originaux en 2003) sont directement imprimés sur des supports transparents, avec toute la précision des moyens actuels de l’impression électronique.
Une subvention de recherche a été accordée à l'A.E.H. en 1998 pour une analyse des ressources acoustiques du disque photosonique, par la Direction de la Musique et de la Danse du Ministère de la Culture, à Paris, qui a été résumée dans un rapport de 150 pages.


disque n°1000

The photosonic process
excerpt from "Differential coherence : experimenting with new areas of consonance", J. Dudon, 1/1 journal, vol. 11, n°2, San Francisco, 2003 :

Photosonic synthesis, which I invented in 1972 in Benares, is a sound-generating process using light as sound material, resulting in new types of sound controls and instrumental techniques.
Imaginary waveforms are computer drawn in circular rings on transparent disks that pulse light at audible frequencies; the pulsed light is received by a photocell directly connected to an audio amplifier. Manual movement of small light sources and also various optic filters in the path of the light beams allow very precise and effective modulations of tone, timbre, and intensity.
Fourteen different types of photosonic instruments have been built between 1984 and 2002 (most of them have been described extensively in my article "The Photosonic Disk" (1) and more than one thousand different photosonic disks have been created, which probably represent only a small part of the instrument's potential musical resources.
Photosonic disks can generate only harmonic intervals, and that with absolute accuracy, since the intervals are determined by the ratios of the graphical frequencies printed on their rings. By repeating the same waveforms at appropriate sizes in concentric circles on a disk, we can obtain an overtone series ranging from 1 to about 1000 on a usual sized disk (the fundamental being the revolution frequency of the disk itself), from which it is possible to reproduce almost any just scale.
The graphical conception of the timbres is much more complex and presents some analogies with certain methods used in electronic synthesis (additive synthesis, frequency modulation, granular synthesis), but with particularities due to a purely geometrical approach to sound waveforms.
Difference tones, one of the main sound textures resources in photosonic synthesis, are easily produced on a disk through various intermodulation techniques, which are one of the five principal methods used to achieve integration between scales and timbres. Depending on whether the difference tone divides the generating frequencies or not, and according to the harmonic relations between these frequencies, their difference tones, and the fundamental, very different timbres will result, which can range from clear harmonic tones to complex or inharmonic sounds.

(1). Dudon, Jacques. "The Photosonic Disk." : Experimental Musical Instruments, Nicasio CA 14 : 4, 1999.

Sélection bibliographique / bibliography :

“Synthèse photosonique”, J. Dudon et D. Arfib, 1er Congrès Français d’Acoustique, Les Editions de Physique, Lyon, 1990

“La synthèse photosonique”, Monier et Chazaud, Capteurs utilisés à des fins musicales, E.P.S.P.M. Marseille, 1991

“L’intonation juste”, J. Dudon, Journal de Lune-Soleil n°17, Plazac, 1992

“7-Limit Slendro mutations”, J. Dudon, 1/1- the Journal of the Just Intonation Network, vol. 8, n° 2, San Francisco, 1993

“Les harmoniques lumineuses de Jacques Dudon”, Bernard Dubreuil, Musicworks n° 55, avec CD, Toronto, 1993

“WaveLoom”, Arfib-Dudon-Sanchez, 3es Journées d’Informatique Musicale, Actes du colloque, Caen, 1996

“Jacques Dudon, Music of water and light”, Bart Hopkin, Gravikords Whirlies & Pyrophones, Ed. Ellipsis Arts, New York, 1996

Article sur le CD “Lumières audibles” par Carter Scholz dans 1/1 journal, vol. 9, n°4, San Francisco, 1997

“Cohérence différencielle : une nouvelle approche de la consonance”, Actes des Journées d’Informatique Musicale 98, éd. du CNRS-LMA, Marseille, 1998

“The photosonic disk”, J. Dudon, Experimental Musical Instruments, vol. 14, n° 4, Nicasio (CA), 1999

“A digital version of the photosonic instrument”, D. Arfib, Proceedings of the International Computer Music Conference (ICMA), San Francisco, 1999

“Photosonic disk : interactions between graphic research and gestural controls”, J. Dudon et D. Arfib, CD-Rom Trends in gestural control of music (avec sons et vidéos), IRCAM, Paris, 2000

Articles de Patrick Penel dans Label Science n° 1 & 2, Fête de la Science, Université de Toulon, 2000

"A digital emulator of the photosonic instrument", D. Arfib, J. Dudon, Proceedings of the conference on New Instruments for Musical Expression (NIME), MediaLabEurope, Dublin, 2002

"Synthèse photosonique : de la géométrie des ondes au disque virtuel" (Arfib-Dudon-Sanchez), 9es Journées d'Informatique Musicale, GMEM / AFIM, Marseille, 2002
(Résumé : Développée à partir d'un procédé graphique et lumineux de génération du son, la synthèse photosonique connaît aujourd'hui un nouveau développement, celui d'une version numérique de l'instrument photosonique. Le "simulateur numérique de disque photosonique", dans lequel le disque est devenu invisible, justifie paradoxalement plus que jamais l'intérêt acoustique de l'approche géométrique des ondes sonores de l'instrument optique original. Après une description des principes de la synthèse photosonique et de son émulation numérique, nous montrerons des exemples de confection de disques et comparerons les ressources sonores et les contrôles gestuels offerts par les deux types d'instruments.)

"Differential coherence : experimenting with new areas of consonance", J. Dudon, 1/1 journal, vol. 11, n°2, San Francisco, 2003

La simulation numérique du disque photosonique

Dans le cadre du projet "Le geste créatif", mené par le Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique du C.N.R.S. de Marseille et soutenu par le Conseil Général des Bouches-du-Rhône, la collaboration de l'AEH a permis la réalisation d'une première version virtuelle de l'instrument optique. Celle-ci a fait l'objet d'une présentation de Daniel Arfib lors de l'International Computer Music Conference à Pékin en 1999, puis d'une démonstration en public, à partir d'un simple portable Macintosh, à l'occasion d'un concert de Daniel Arfib dans la série des "Mondes harmoniques" le 6 juillet 2001 au Thoronet. En 2002, un premier concert de "l'émulateur numérique" en duo avec l'instrument optique et une présentation ont été donnés par D. Arfib et J. Dudon lors de la Conférence " New Interfaces for Musical Expression " qui s'est tenue à Dublin du 24 au 26 mai 2002. La création de Pures coïncidences (CD en cours) par le trio Fotosonix à Lorgues en 2003 (festival Explorateurs associés) marque une nouvelle étape de cette rencontre entre l'instrument optique et son double numérique.

Les gestes initiaux de contrôle des déplacements de la lumière et du filtre optique, assurés respectivement par la main gauche et la main droite de l'instrumentiste, sont reproduits ici au niveau du déplacement d'un stylet et d'un pointeur à la surface d'une simple tablette graphique reliée à un ordinateur, qui génère les sons en temps réel. L'interprétation sonore des données géométriques des disques photosoniques qui servent de sources à cette interface réalise par ailleurs une modélisation extrêmement instructive de l'instrument optique, qui laisse présager la naissance d'un nouveau type de synthétiseur pouvant tirer profit des performances spécifiques du son numérique, sur le plan de la pureté du son et des limites spectrales. Tout comme le parcours de la recherche scientifique dont il est l'accomplissement, l'instrument virtuel pourra naturellement évoluer entre l'imitation la plus réaliste et l'extrapolation la plus créative, chacun des instruments ayant vocation à voler de ses propres ailes.

Ce projet est l'aboutissement d'un travail collectif entre :
Daniel Arfib (CNRS-LMA) : concepteur et programmateur de l'interface de simulation ;
Patrick Sanchez (CNRS-LMA) : réalisateur du logiciel (WaveLoom) de création des disques ;
Jacques Dudon (AEH) : inventeur du procédé photosonique et concepteur des disques.

Un premier CD d'une série d'œuvres pour les deux instruments en duo, intitulé Pures coïncidences, est en cours de réalisation.


Jacques Dudon (photosonic disk) & Daniel Arfib (disk emulator), CNRS-LMA 2002