Synthétiser la voix

Pour synthétiser la voix humaine avec un ordinateur, il faut :

connaître son fonctionnement et les organes mis en jeu (poumons, cordes vocales, résonateurs) ;
analyser des enregistrements de la voix, afin de trouver des équations mathématiques nécessaires pour effectuer la synthèse.

C'est ainsi qu'a été conçu à l'Ircam le programme Chant pour la synthèse de la voix. Il est articulé en deux étages successifs représentés sur la partie droite du schéma ci-dessous :
une source qui émet un son pseudo périodique qui donne la hauteur de la voyelle ;
un filtre qui donne une résonnance particulière selon la nature de la voyelle.
Cette source correspond, dans le corps humain, à l'ensemble constitué des poumons et des cordes vocales, le filtre est l'équivalent des résonateurs.

Le fonctionnement des résonateurs de l'appareil vocal humain est simulé en utilisant :
soit des filtres agissant sur le spectre en fréquences 
soit des Fonctions d'Onde Formantiques ou FOF opérant dans le domaine temporel.

La position des résonateurs chez l'homme crée dans le son généré des formants, c'est-à-dire des zones d'énergie maximale à certaines fréquences. Sur le schéma ci-dessus en haut à droite, on peut voir les formants d'un 'a' chanté fortement sur le ré immédiatement au-dessus du do 4 central du piano. Dans le programme Chant, on modélise cinq formants, en utilisant cinq filtres en parallèle, chacun émettant des fonctions d'ondes correspondant à un formant donné, la somme des cinq donnant le signal souhaité.
Le schéma ci-dessous montre ce principe : sur l'entrée à gauche sont envoyées des impulsions régulières simulant les coups de glotte, chaque "boîte" rectangulaire FOF fabrique des fonctions d'ondes correspondant à un formant donné, et le résultat final apparaît à la sortie à droite.
L'utilisateur du programme Chant peut ajuster les paramètres de chacune des FOF afin de modifier le son.

Schéma de principe d'un synthétiseur à base de FOF

D'autres méthodes de synthèse sont possibles :

la méthode PSOLA : elle est utilisée par le compositeur Philippe Manoury pour générer un choeur artificiel dans son futur opéra "K..." qui sera créé en mars 2001 à l'Opéra-Bastille à Paris. Dans l'exemple ci-dessous, elle lui permet d'engendrer un choeur polyphonique à partir de la voix d'un seul chanteur.

source

extrait

la synthèse granulaire : dans la synthèse granulaire, les éléments de base utilisés pour tisser le son s'appellent des grains. Ce sont de très brefs réservoirs sonores contenus dans une enveloppe.

le vocodeur de phase : ce procédé est utilisé par Trevor Wishart dans son oeuvre Vox-5.