Une lampe ne réchauffe pas le son : quand on la pousse, elle déforme l'onde d'un seul côté et ajoute à chaque note sa propre octave. Votre oreille connaît déjà cette note (c'est la même en plus aigu) et elle l'entend comme de la richesse.
Comment une lampe amplifie-t-elle un son ?
Une lampe (les Anglais disent valve, comme une vanne) est une ampoule de verre vidée de son air. Une cathode chauffée au rouge y libère des électrons qui filent vers une plaque de métal portée à plusieurs centaines de volts. Entre les deux, une grille très fine fait office de robinet : la petite tension de votre signal ouvre plus ou moins le passage d'un gros courant qui reproduit ce signal en beaucoup plus grand. Inventée en 1906 par l'Américain Lee de Forest, cette lampe à grille (la triode) a régné sur l'amplification pendant un demi-siècle avant que le transistor la détrône dans les années 1960.
Pourquoi la lampe arrondit-elle l'onde d'un seul côté ?
Sur un graphique entrée-sortie, une amplification parfaite serait une ligne droite : deux fois plus de signal à l'entrée donnerait deux fois plus en sortie. Celle de la lampe est légèrement courbée parce que le courant grimpe plus vite que la tension de la grille : la moitié de l'onde qui ouvre le robinet est un peu plus amplifiée que celle qui le referme. Quand on pousse, la lampe atteint d'abord sa limite d'UN seul côté et elle l'aborde en douceur : les sommets s'arrondissent pendant que les creux continuent de plonger, comme le dessine la vidéo ci-dessus.
C'est cette dissymétrie qui fabrique l'octave : ajoutez à une note son octave cinq fois plus petite, calée au bon moment, et vous retrouvez l'onde de la lampe poussée. Inversement, une onde déformée d'un seul côté contient forcément des harmoniques paires, à commencer par l'octave qui vibre deux fois plus vite que la note. La douceur de l'arrondi fait le reste puisqu'une courbe sans angle ne fabrique que quelques harmoniques basses, surtout la deuxième et un peu la troisième.
Pourquoi la coupure sèche sonne-t-elle métallique ?
Un circuit à transistors moderne se corrige sans cesse en comparant sa sortie à son entrée (c'est la contre-réaction) : il reste parfaitement droit jusqu'à sa limite, puis il coupe net en haut comme en bas. Une onde rabotée de la même façon des deux côtés ne contient aucune harmonique paire, l'octave comprise, mais l'angle vif de la coupure entretient une longue série d'harmoniques impaires. La troisième n'a rien de faux puisque c'est la quinte de la note, une octave plus haut. Le grincement vient de la suite : à partir de la 7e, toutes les impaires sortent de l'accord et plusieurs tombent même entre deux notes de la gamme. Cette traîne grimpe jusqu'à la zone de 2 à 5 kHz, celle où l'oreille est la plus sensible.
Sur ce schéma, -20 dB veut dire une onde dix fois plus petite que la note et -40 dB cent fois plus petite (voir l'épisode sur les décibels) : l'octave de la lampe à -14 dB vaut donc un cinquième de la note (20 %) alors qu'une interface audio actuelle reste sous 0,01 % de distorsion.
En 1973, l'ingénieur Russell Hamm a mesuré des préamplis poussés à saturation et publié ses résultats dans la revue de l'Audio Engineering Society. Les lampes y donnaient surtout les harmoniques 2 à 5 avec un son plein, tandis que les amplis opérationnels (les puces d'amplification des appareils modernes) sortaient les impaires jusqu'à la 7e avec un son qu'il jugeait métallique. Et la coupure la plus sèche de toutes est celle du convertisseur de votre interface quand la prise passe dans le rouge (voir l'épisode sur le bouton gain).
Au studio : comment doser la saturation sur une voix ou une basse ?
Faites l'essai dès votre prochaine séance avec SoftClipper, livré avec Cubase Pro : ses réglages Second et Third dosent séparément la deuxième et la troisième harmonique. Sur une voix, montez Input jusqu'à entendre le grain puis comparez Second seul et Third seul : la deuxième épaissit le son, la troisième le rend plus serré et plus mordant (dans Cubase Artist et Elements, DaTube fait le même travail sans ce choix). Gardez ensuite quatre réflexes :
- reculez nettement une fois le grain trouvé, car une bonne saturation se remarque surtout quand on la coupe ;
- ou laissez un réglage franc en n'en mélangeant que 20 à 30 % avec le bouton Mix ;
- compensez le volume avec Output, sinon la version saturée gagnera parce qu'elle sonne plus fort ;
- surveillez le niveau d'entrée, car le plugin réagit comme la lampe et sature bien davantage quand la piste arrive 6 dB plus fort.
Sur une basse branchée directement dans l'interface, le Mi grave vibre à 41 Hz, une fréquence qu'un téléphone ne reproduit pas. La saturation lui ajoute son octave à 82 Hz et toute une série d'harmoniques au-dessus, à partir desquelles le cerveau reconstruit la note : écoutez votre basse sur un téléphone avec puis sans saturation et vous l'entendrez réapparaître.
Franchement, un préampli à lampes n'a rien d'indispensable en home studio : une saturation dosée au mixage donne le même type d'harmoniques et se retire si vous changez d'avis, ce qu'une prise saturée ne permet jamais.
Les idées reçues sur le son des lampes
« Le transistor est froid. » Le préampli Neve 1073, réputé pour sa rondeur, fonctionne à transistors. Quant aux amplis guitare, la plupart montent leurs lampes de puissance par paires en opposition (le push-pull) : leurs dissymétries s'annulent et emportent l'essentiel des harmoniques paires.
« Seules les harmoniques paires sont belles. » La bande magnétique (l'autre grande source de chaleur des disques) sature de façon symétrique et fabrique surtout de la troisième harmonique.
Pour voir une saturation légère posée sur une vraie voix, le tutoriel Voix lead la montre dans Cubase. Et quand un plugin vous promet de la chaleur, envoyez-lui un son pur (une sinusoïde) avec le générateur de test de votre logiciel : l'analyseur de spectre vous dira aussitôt s'il fabrique l'octave de la lampe ou la longue traîne de la coupure sèche.