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Untitled Document dernière modification de cette page 21/10/10

Coursaudio

Le son Multicanal

Cet article empruntedes informations aux sites suivants :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Dolby
http://fernould.club.fr/7fism.html
http://homecinema.atoova.com/fr/file/file_detail.php?file_id=3
http://www.trinnov-audio.com/trinnov.php
http://www.dts-phile.com/haidant.html
http://multiphonie.free.fr/surround-encode.htm
http://www.dolby.com/

Vocabulaire
Surround = Environnement
LFE (Low Frequency Effect):Désigne le canal réservé aux basses fréquences. Il s'agit du ".1" des pistes "5.1" qu'elles soient Dolby Digital ou DTS. Parfois interprété comme "Low frequency enhancement" ce qui est une grave erreur !



Introduction

La musique ne nous a pas attendus pour utiliser des effets de spatialisation plus ou moins prononcés : faire passer des lignes musicales d'un instrument à l'autre, donc de gauche à droite, par exemple. Dès le XVIè siècle, des oeuvres entières sont écrites pour deux orgues ou deux ou quatre choeurs placés à l'opposé dans une même nef. Plus tard,on se met à construire des salles de concert pour qu'elles "sonnent" bien : longueur et couleur de réverbération, notamment. De l'acoustique architecturale dirait-on aujourd'hui...
L'invention du phonographe, à la fin du XIXè siècle, met fin à la période où tout événement sonore doit être produit en direct. La machine est déjà assez complexe à réaliser, il n'est donc pas à l'ordre du jour de multiplier les difficultés par deux sous prétexte qu'on a deux oreilles !

La steréo est limitée par rapport au cinéma; il n'y a pas assez de place au sommet du triangle à 30° des enceintes et l'immersion du spectateur (sons arrière) est difficile à réaliser (mais pas impossible :générations d'effets tridimensionnels au travers d'une paire d'enceintes) avec deux enceintes et impossible si le spectateur n'est pas idéalement placé par rapport aux enceintes

Anatomie et psychoaccoustique

Bien que pourvu de deux oreilles, le cerveau sait s'en servir pour localiser un son dans tout l'espace : plans gauche-droite, mais aussi avant-arrière et haut-bas. L'audition a donc un avantage sur la vision, qui n'est que frontale. Pour l'homme primitif présent dans chacun d'entre nous, tout ce qui n'est pas vu est source potentielle de danger. C'est pourquoi notre cerveau se met en état d'alerte dès qu'il perçoit un bruit brusque provenant de l'arrière. Réflexe : on se retourne pour voir ce dont il s'agit.


Histoire du Son au Cinéma, à domicile et au studio

  • 1927 premier film parlant
  • 1927 invention du microphone premier brevet Neumann
  • 1941 premier film multicanal Fantasia en stereo
  • 1950 la bande magnétique (années 1950)
  • 1960 La stéréo arrive au domicile
  • 1970 Généralisation des disques stéréo - Apparition de la haute fidélité
  • 1970 Le dolby stereo stereo plus un canal arrière (diffusé par un ensemble de plusieurs enceintes) La guerre des étoiles en 1977 démontre l'efficacité du procédé
  • 1970 Lancement de la quadriphonie domestique

Compte tenu du fait que le seul support de qualité alors disponible est le disque noir, les ingénieurs se mettent à plancher sur ce délicat problème : comment loger quatre canaux sur un sillon qui a déjà bien du mal à en héberger deux, gravés à 45° ? On invente alors divers systèmes de matriçage, alliés à des techniques faisant intervenir des fréquences porteuses très élevées (40 à 50 kHz), modulées par les canaux arrière puis mélangées aux canaux avant, gravés pour leur part tout à fait normalement pour assurer la compatibilité avec les têtes stéréo. Le grand public est donc invité à s'équiper toutes affaires cessantes de quatre enceintes, d'un ampli quatre canaux, et surtout d'une tête de lecture très sophistiquée, donc onéreuse. les constructeurs n'étant pas parvenus à se mettre d'accord sur un standard unique QS, SQ et autres Stereo 4 achevèrent de semer la confusion dans l'esprit du consommateur... et la quadriphonie disparut aussi vite qu'elle était venue. S'il ne reste que quelques dizaines de masters dans les caves des maisons de disques, les techniques de matriçage, elles, n'ont pas été perdues pour tout le monde...


1978 Les laboratoires Dolby, célèbres pour leurs réducteurs de bruit professionnels (A) puis grand public (B) frappent très fort avec le Dolby Stereo. Ce système permet de loger sur une piste optique standard compatible mono quatre canaux son distincts : gauche, centre, droite, ambiance, matricés en deux canaux Lt Rt. La technique de réduction de bruit employée - A, puis SR à la fin des années 80 (voir paragraphe suivant)- augmente considérablement la dynamique : Films : "Stars War" ou "Apocalypse Now"-Lle procédé devient le premier standard multicanaux mondial. Selon les critères d'aujourd'hui, ses performances semblent limitées : bande passante, dynamique..., sans parler de ce canal d'ambiance tronqué, plafonnant à 6 kHz. L'immersion sonore que ressent le public, a priori pour la première fois (exception faite d'une poignée de privilégiés ayant assisté à des concerts de musique électro-acoustique en multi-diffusion depuis les années 60 -acousmonium ircam Paris-), est une sensation à proprement parler inouïe, sans aucun équivalent en musique pure. Au mixage, les règles sont clairement définies : la voix au centre, le reste gauche-droite, de temps en temps quelque chose dans le surround. Un conseiller Dolby assiste l'ingénieur du son cinéma lors de ses premiers mix à ce format, lui recommande tel ou tel truc, lui déconseille tel autre... Au niveau de la production, le Dolby Stereo est assez limitant quant à ses possibilités.

  • 1980 Le dolby SR Illustration Illustration
2 canaux avant gauche et droite : pour la musique et les effets sonores, diffusés par les 2 enceintes frontales, placées de part et d'autre de l'écran
-1 canal avant central : pour les dialogues, diffusé par une enceinte centrale placée derrière l'écran
-1 canal arrière : pour renforcer l’ambiance et les effets sonores, diffusé par une série d’enceintes placées derrière les spectateurs
On parle de format sonore 4.0 : 4 pour le nombre de canaux sonores et .0 parce qu’il n’y a pas de canal réservé aux basses fréquences (sons graves) contrairement aux formats sonore de type 5.1 (voir paragraphes suivants).
Au cinéma, le son est enregistré sur la pellicule. Pour des raisons de place disponible, les pellicules 35 mm (les plus utilisées au cinéma) ne pouvaient stocker que 2 pistes sonores.
La technique utilisée par les Laboratoires Dolby consiste à coder les 4 canaux sonores sur 2 pistes. Ce sont ces 2 pistes qui sont enregistrées sur les pellicules.
Dans une salle de cinéma, lors de la projection d’un film, un processeur Dolby SR décode les 2 pistes pour restituer les 4 canaux sonores et les envoyer vers les enceintes correspondantes.
Le format sonore Dolby SR est encore utilisé aujourd'hui : c'est un standard analogique reconnu dans toutes les salles. Du fait de la technologie de codage des 4 canaux sonores sur 2 pistes, les salles ne disposant pas de décodeurs Dolby SR peuvent néanmoins lire des sources sonores encodées Dolby SR en restituant un son stéréophonique classique sur 2 canaux.
Un canal supplémentaire : le canal avant central. Ce canal est dédié aux dialogues.
  • 1981 la radio stéréo se généralise, auparavant, seul France Musique diffusait en stéréo
  • 1988 Dix ans après le Dolby steréo , la technologie s'est vue déclinée dans le grand public sous le nom de Dolby Surround.
  • 1990 Arrivée du DVD le Digital Versatil Disc représente un phénomène unique dans l'histoire des supports enregistrés : c'est tout simplement la première fois que support son et support image sont identiques. La galette de 12 cm, simple ou double face, simple ou double couche, a d'abord été conçue pour accueillir des films : c'est le DVD Video, successeur annoncé de la VHS . D'autres déclinaisons du support sont ensuite apparues ensuite. Citons par exemple DVD-ROM et le DVD Audio. Bref, en gros, un DVD peut accueillir ce qu'on veut !
La différence entre un DVD Video et un DVD Audio est simple : dans le premier cas, il est compressé (Dolby Digital, dts ou MPEG) tellement l'image demande de place, contrainte dont on peut s'affranchir dans le second cas, compte tenu de la place disponible. Si on désire exploiter le DVD comme support son multicanaux, compte tenu du débit de données permis par le lecteur, on peut travailler en PCM 48 kHz, 16 ou 20 bits sur les six canaux. Les choses se gâtent ensuite dès qu'on veut "monter" plus haut en résolution ou en fréquence d'échantillonnage, une tendance fort à la mode actuellement. Pas de problème en revanche si on se cantonne à la stéréo, fût-ce en 24 bits 192 kHz !
Les spécifications du DVD Audio n'en finissent pas d'être fixées, approuvées, puis remises en cause. Sony/Philips, avec leur séduisant Super Audio CD basé sur le procédé DSD (échantillonnage "one bit à 2,8224 MHz), ont jeté un beau pavé dans la mare en assurant la compatibilité descendante avec le CD : une couche à ce format et une couche DSD sur un même support. Nous voici donc face à deux formats concurrents qui, l'un comme l'autre, acceptent du son haute définition et multicanal - six canaux, a priori.
  • 1991 Arrivée du numérique Dolby digital 5.1 Illustration
Batman, le Défi - 3 canaux avant, 2 canaux arrière, un canal LFE (low frequency effect entre 25 Hz et 120 Hz)
Les 6 pistes Dolby Digital sont placées sur la pellicule 35 mm, en parallèle de la piste analogique, dans le seul endroit restant disponible : entre les trous d’entraînement des pellicules. La technique de codage utilisée permet d’utiliser cet espace très restreint. Elle est dite perceptuelle, c’est à dire que seuls les sons audibles par l’oreille humaine sont codés. Les pistes dolby Digital sont codés sur 16 bits, avec un débit de 320 kbits/s.
Les 2 pistes analogiques Dolby SR et les 6 pistes numériques Dolby Digital coexistent systématiquement sur toutes les pellicules. Cette coexistence, rendue possible par la qualité de la compression du son Dolby Digital, permet de ne pas modifier la production et l’exploitation des films : les salles qui ne sont pas équipées en décodeur Dolby Digital peuvent continuer à exploiter les films en utilisant les pistes analogiques.
  • 1993 Nouveau format numérique 5.1 DTS LE DIGITAL THEATER SYSTEM ( DTS ) Illustration
Ce format numérique 5.1 est apparu avec la sortie de Jurassic Park de Steven Spielberg, produit par les studios Universal. Il s'inspire en grande partie des travaux des français de LC Concept, l'un d'eux ayant d'ailleurs rejoint les rangs de DTS.
Comme le Dolby Digital, le DTS est codé et restitué sur 5 + 1 voies.
Les performances audio du DTS sont supérieures à celles du Dolby Digital : lors du codage, le son est moins compressé et donc de meilleure qualité. Le son est codé sur 16 bits, avec un débit de 882 kbits/s, à comparer aux 320 kbits/s du Dolby Digital. La compression de donnée en DTS est de l'ordre 4:1
Contrairement au système Dolby Digital, les pistes sonores ne sont pas enregistrées sur la pellicule mais sur un CD-Rom séparé. Lors de la projection du film, l’image et le son sont synchronisés grâce à un signal placé sur la pellicule (le time-code). Avec le système DTS, les erreurs de lecture (liées au principe de stockage des pistes Dolby Digital sur la pellicule) sont supprimées.
Il s’agit actuellement du procédé numérique le plus répandu dans le monde : plus de 20.000 salles de cinéma sont équipées de décodeurs DTS.
Dans les auditoruium de cinéma, c'est la débauche de matériel : consoles à automation, multipistes numériques, excellentes enceintes (les recommandations THX sont exigeantes sur ce point) et autant d'effets que dans un studio musique.
  • 1999 les formats 6.1
le son arrière est produit sur 3 canaux : 2 canaux arrières gauche et droite : diffusés par des enceintes latérales 1 canal arrière central : diffusé par des enceintes placées à l’arrière de la salle
2 formats en concurrence Illustration
Dolby Digital Surround Extended (Dolby Digital Surround EX) : développé conjointement par les Laboratoires Dolby et la société Lucas Films THX.
DTS Extended Surround (DTS ES) : développé par DTS, le concurrent de Dolby.



THXTHX Ltd. est un société qui a été créée en 1983 par George Lucas. Intégrée à l'origine dans Lucasfilm Ltd., THX Ltd. est depuis 2002 une société indépendante.
THX est une société d'assurance qualité des systèmes de restitution du son. THX défini des standards et vérifie que les salles de cinéma et le matériel électronique grand public est en conformité avec ces standards.
THX est l'abréviation de Tom Holman eXperiment, du nom d'un ingénieur du son de Lucasfilm Ltd., mais c'est également un clin d'œil au premier film de George Lucas, THX 1138.

Formats de sons multicanaux

Formats matricés
Nom
Nombre de canaux
Format
Numérique
Analogique
Shéma logo
Compression/format
Notes
Prologic I
4
A
Illustration
Support : tous les formats stereo préexistants
Prologic II
5.1
A
Illustration
Illustration
Support : tous les formats stereo préexistant
Partie EX du Dolby digital EX
3 canaux avec 2
N
Illustration
oui (AC3)
Fabrication du canal arrière central a partir des signaux matricés du surround
DTS-ES 6.1 MATRIX
 
N
Illustration
 
Évolution du format DTS sur lequel ont été ajoutées 1 ou 2 voies centrales arrière monophoniques dont le message a été préalablement reconstitué à partir d'informations contenues dans les canaux surround conventionnels.
DTS Neo 6.1
 
A
Illustration
 
C'est l'alternative DTS au DPLII de Dolby. Les ambitions sont les mêmes mais les procédés sont différents.
Circle sound II SRS
 
N
Illustration

technique

Caractéristiques du Circle Surround II :
-- Optimal 6.1 surround sound experience when used with Circle Surround encoded material
-- Dialog clarity enhancement for mono, stereo, and Circle Surround programs
-- Patented deep, rich bass enrichment
-- Backward compatibility with Mono, Stereo and Dolby Surround
-- Ability to apply Dialog Clarity and Bass enhancement features to Dolby Digital and DTS playback
-- Dual band steering
-- Full bandwidth quality for all channels
-- Improved "rear to rear" and "rear to front" channel separation
-- True Center channel dialog localization

Lla puce Circle Surround II (CS II) intègre la technologie Circle Surround qui permettra le décodage en 6.1. Le son se composera donc en 6 canaux avec un canal supplémentaire. Cette puce peut décoder le Dolby Surround et le Circle Surround. Elle a pour but d'augmenter le son des voix des personnages dans les films cinématographiques.
Steréo Nicam
 
N 20 à 15kHz de bande passante
 
Nicam veut dire "Near Instantaneous Companding Audio Multiplex" ce qui signifie "Multiplexage Audio à Compression/Expansion Quasi-Instantanée". La télévision en France (SECAM L') est en mono, ce qui est incompatible avec le Home cinéma. Le seul moyen d'avoir la télé en Hertzien en son stéréo (et par extension, en Dolby Surround prologic), c'est le NICAM
           
Formats non matricés (numériques)

Dolby Digital

Illustration

de 1.0 à 6.1
48kHz/16 bits
Illustration
12:1 AC3
Illustration
DTS (cinéma)
6.1
48 kHz /20bits
Illustration
de 6.1 à 3.1
DTS Wave
5.1
44.1kHz/16bits
 
3.1
 
DTS 24/96
7.1
96kHz/24 bits
 
oui ou losless
 
PCM linéaire
     
wav, aiff pas de compression (on dit aussi linéaire)
 
MLP
Meridien Losless
Packing
7.1
48 à 192 kHz/24 bits
Illustration
losless - pour DVD audio
Illustration
procédé Dolby
DSD
7.1
2.8 MHz /1bit

Conçu par Sony et Philips, le SACD est le grand rival du DVD audio. Il utilise l'algorithme DSD, concurrent direct du MLP, qui est un format audio numérique compressé sans perte.

- Gère le son multicanal.
- Les fréquences d'échantillonnage peuvent monter jusqu'à 100 kHz.
- Réponse en fréquence de plus de 100 kHz (encore ?).
- Dynamique de plus de 120 dB.
- Son débit maximal peut plafonner à 2,8 Mo/s. L'algorithme de codage du DSD (dit de « Pulse Density Modulation ») utilise une table de bits unique pour représenter les variations du signal sonore, permettant ainsi un downsampling beaucoup plus précis. Tout comme avec le MLP, on obtient un ratio approximatif de 2:1 en anticipant les échantillons.

losless pour SACD
Illustration des infos
super audio cd (double couche )
En fait la fréquence d'échantillonnage pour le DSD est de 2,8MHz, et le codage se fait sur 1-bit (1 si le signal augmente, 0 s'il diminue).

L'avantage de ce format est de rejeter le bruit de quantification au-delà des 100kHz, et de simplifier le convertisseur numérique-analogique de sortie.

Le DSD repose sur le principe des convertisseurs Sigma-Delta.

Ce type de technologie est aussi utilisé dans les convertisseurs 1-bit ce certains lecteurs de CD.
SDDS
7.1 natif sans matriçage
 
Illustration
ATRAC
Format Sony - Cinéma aux Japon
Windows Media
 
44 à 96 kHz / 16 ou 24 bits
 
Windows media encoder 9.1, Windows media pro (5.1 à 7.1) - Losless possible
Vidéo HD, Web
AAC (Advanced Audio Coding )
jusqu'à 48 canaux
44 à 96 kHz / 16 ou 24 bits
Illustration
MPG4 - MP4
web
OGG
jusqu'à 255 canaux
44 à 96 kHz / 16 ou 24 bits
   
web, video divx et formats encapsulés (mkv...)
           
     
DIVERS
   
Dolby Headphones
     
Illustration
Procédé pour délivrer un son surroud 5.1 au travers de deux écouteurs - Technologie fournie par certains player de dvd sur pc et sur la x box
Dolby virtual Speaker
   
Illustration
 
Idem que ci-dessusmais pour deux enceintes

Les supports pour le son multicanal

  • Radio FM stereo + dolby prologic
  • Radio Numérique : DAB
Le DAB est un système de diffusion qui permet de véhiculer par voie hertzienne des services numériquesvers des récepteurs mobiles, portables ou fixes. Conçu à l’origine dans les années 90 pour de laradiodiffusion sonore numérique en réception mobile et nomade il a, sous les auspices du projet européen Euréka 147, contribué à poser les grands principes techniques de la diffusion numérique hertzienneterrestre.
  • TV FM : Nicam + dolby prologic
  • TV par satellite format compressé multicanal possible
  • TV par internet idem
  • TV par TNT (transmission numérique terrestre) idem
  • Dat PCM lineaire non compressé stereo
  • Adat PCM lineaire non compressé 8 canaux
  • Disque dur sans autres limitations que les moyen technique mis en oeuvre
  • CD Audio stereo si l'on respecte la norme, peut être encodé en prologic (rare)
  • DVD Video encodage du son en AC3 (dolby digital) et/ou DTS
  • DVD Audio
  • SACD
Supports annoncés ou récents :

Le Blu-ray disc
BD

Un disque Blu-ray ( BD, ou B-RD) double couche contient 50 Go de données. L'audio peut y être stocké de la manière suivante.

PCM linéaire    
Dolby Digital + Dolby Digital + compression - Compatible avec le le premier dolby digital mais moins compressé
Dolby TrueHD compression sans perte (3 fois plus de débit que le Dolby Digital + )
DTS   compression
DTS HD compression sans perte

Les problèmes de compatibilité ascendante ont été pris en compte dans les formats HD des flux audio :comme les extensions SD du DTS (DTS-ES, DTS-96/24, DTS NEO:6) le DTS HD contient un flux DTS classique (core DTS). Il suffit aux appareils qui ne savent pas les lire d'ignorer ces extensions.
le Dolby Digital+, contient également un signal core Dolby Digital. Comme pour le DTS il suffit d'ignorer cette extension.
le Dolby Digital TrueHD est lui radicalement différent du Dolby Digital mais la norme Blu-ray impose en cas de présence d'une bande son TrueHD la présence d'une bande son Dolby Digital SD. À noter qu'un certain nombre de platines récentes savent également convertir les DD TrueHD en DTS pour les envoyer à un amplificateur audio numérique qui ne saurait pas décoder les formats. (Source Wikipedia)


Encoder en formats surround

Un certain nombre de logiciels comprennent la licence d'encodage en Dolby Digital AC3- En payant l'addon parfois -
Vegas + DVD Architect (Sony)
Première (Adobe)
Nuendo (Steinberg)
Minnetonka propose un encodeur séparé
Nero Vision express...

Pour le DTS

  • l'encodeur Minnetonka
Illustration
  • un addon pour Nuendo
Illustration,
  • le DTS Pro Series Surround Encoder

Illustration

Le Home studio 5.1

Dolby nous informe des points suivants :
Les 3 enceintes doivent être "large bande" mais pas forcément identiques. Néanmoins, l'enceinte centrale doit offrir une réponse proche des enceintes avant en ce qui concerne le médium et l'aigu (mais peut être plus pauvre en grave). Les enceintes arrières peuvent être plus petites.
Selon les publications dolby le positionnement des enceintes arrières diffère un peu.


Une des représentation est celle ci :

Illustration
et celle ci dans le manuel du mixage dolby

Illustration
également en téléchargement sur ce site
Si votre studio est plus long vous ferez ceci

Illustration


et même ceci

Illustration

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