Panorama multicanal (Part. 1)

La terminologie qualifiant les systèmes de reproduction multicanaux étant parfois ambiguë, essayons de faire le tri dans ce jargon et les différentes appellations commerciales :

La frontière entre les appellations techniques n’est pas évidente car les différents procédés utilisent parfois des techniques complémentaires. On peut dire qu’il n’existe encore aucun système pouvant se vanter à ce jour d’appartenir à une véritable réalité virtuelle, la science en ce domaine est au stade de l’expérimentation.

Pour classer les format multicanaux on utilisera 4-2-4 pour : 4 canaux d’enregistrement, 2 canaux de transmission et reproduction sur 4 enceintes. La notation 3/2/1 qualifie uniquement l’affectation des haut-parleurs, soit 3 frontaux, 2 « surround » ou ambiances, 1 caisson de basse. On peut aussi ajouter le terme 5.1 qui est très couramment utilisé pour désigner un système de reproduction à cinq canaux discrets avec ou sans subwoofer.

Le monde audio n’a pas réussi à s’imposer pour le multicanal malgré ses connaissances en prise de son et l’histoire montre que les formats audiovisuels actuels sont tous issus du cinéma et ne sont évidemment pas les plus adaptés pour une qualité audio optimale.

Le multicanal reproduit par Haut-parleurs

On peut classer les méthodes de reproduction sonore sur enceintes en  quatre groupes:

·        Les systèmes «surround» matricés: ce sont généralement des procédés qui ont une vie commerciale en s’adaptant aux supports d’enregistrements existants. Ayant réussi à s’implanter sur le marché, ils s’imposent comme des standards. Ces systèmes n’ont pas pour vocation de restituer une localisation précise mais d’immerger l’auditeur dans un environnement ou une ambiance. On retrouve ces systèmes « surround » pour le cinéma essentiellement et ses dérivés. Difficile à cataloguer, il existe des systèmes dits «True surround», qui permettent d’obtenir une bonne localisation. Ils sont parfois issus des systèmes précédents dans une version améliorée. Actuellement ils essaient de lutter ou de s’adapter aux standards 5.1.

·        Les systèmes commerciaux à canaux discrets avec algorithmes de compression  crées pour le cinéma mais déclinés pour le Home cinéma et donc le DVD.

·        Les systèmes «surround » non matricés sont issus des études menées dans les années 70 (quadriphonie tétraphonie), lorsque l’on pensait que des supports multicanaux multimédias allaient prochainement apparaître sur le marché. Ces systèmes n’ont que peu d’intérêt aujourd’hui devant l’ampleur de la normalisation des systèmes 5.1.

·        Les systèmes qui recréent de l’information surround à partir d’un signal stéréophonique.

·        Les systèmes 3D audio qui incorporent les dernières évolutions concernant la connaissance de l’écoute spatiale. Ils simulent une écoute virtuelle le plus fidèlement possible. Ce sont par définition des systèmes d’avant garde car trop coûteux pour le moment et trop complexes pour être implanter facilement dans des structures simples. Ces systèmes sont destinés à un public de connaisseur ou tout simplement à la recherche.

  On retrouve sur le diagramme suivant (Fig.1), différents systèmes commerciaux ou expérimentaux pour les trois premiers groupes.

Figure 1. Survol des différents procédés multicanaux existants

Et au casque

La reproduction multicanale au casque peut se faire de deux manières. Soit, comme pour les systèmes « surround », on ajoute un canal supplémentaire pour l’ambiance (casque à 4 transducteurs), soit l’on code l’information sur deux canaux (auralisation) cf. Recording 42.

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La disposition d’écoute selon la norme ITU est représentée en (Fig. 2)

Figure 2. Recommandation internationale pour le placement des haut-parleurs

Le Dolby Surround date de 1978 mais il est encore très présent.

Le procédé Dolby Surround est analogique et son système de décodage passif. Le canal «surround» est unique et est constitué par la différence entre les canaux de droite et gauche. La différence des deux canaux frontaux comporte généralement une haute proportion de signaux de phases aléatoires constituées par l’information de réverbération. Cette différence est alors filtrée à 7kHz pour réduire la perception des sibilances dans le canal arrière puis, traitée par un réducteur de bruit Dolby B simplifié permettant de réduire le niveau de bruit de l’encodage.(Fig. 3)

Un retard est aussi appliqué pour compenser l’effet Hass. Sur certains décodeurs le retard est fixé à 20 ms ce qui correspond à la taille moyenne des living-rooms en supposant que les haut-parleurs frontaux et arrières se situent à égale distance de l’auditeur. Sur d’autres le retard est réglable de 15 à 30 ms ce qui permet d’optimiser le délai suivant la position des enceintes dans la pièce.

Figure 3 Décodage utilisé pour le «Dolby surround

Le Dolby Surround Pro Logic est analogique avec un traitement actif. Le système Pro Logic reprend le même traitement pour la voie arrière que le Dolby «surround».

Ce système ajoute un canal central qui provient de la somme des signaux droite et gauche, il est configuré de telle sorte que lorsque l’un des deux canaux L ou R est beaucoup plus fort que l’autre, on atténue la voie centrale figure 4.

Le système analyse les dominances du signal L+R et L-R pour créer une augmentation de gain proportionnelle à la direction relative. On obtient ainsi deux signaux de contrôle, l’un représentant la dominance sur l’axe droite/gauche, l’autre celle de l’axe centre/arrière. On mesure ces dominances continuellement. L’augmentation est créée par l’étage final du matriçage à l’aide de 8 VCA.

Par ce processus on obtient une séparation entre tous les canaux (L, R, C, S) de l’ordre de 30 dB.

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Figure 4. Matrice de décodage utilisée pour le «Dolby Pro Logic

En raison de leur matriçage, les prises de son stéréophoniques doivent être faites par des couples à «différence d’intensité » ou  en «multi micros » à l’aide du réglage panoramique de la console de prise de son. En effet, l’utilisation de couples A-B ou ORTF aurait pour effet d’envoyer aux enceintes arrières une partie de l’image frontale.

Les autres procédés matricés «surround »

Système multivoie matricé 5-2-5, le «Circle surround » de RSP technologie est un système astucieux qui détecte les dominances par 3 bandes de fréquence. Il se veut compatible autant avec la stéréophonie qu’avec les autres formats matricés comme le «Dolby Prologic». De plus son matriçage permet de générer deux canaux distincts «surround » droite et gauche tout en préservant 30 dB de séparation entre les autres canaux.

Les canaux «surround » ne sont ni filtrés ni retardés comme pour le Dolby Pro Logic

Avec le procédé «Trusurround» de SRS, on traite le signal de telle sorte que les différences contenues dans le signal L-R «surround » soient améliorées en ajoutant des informations de repérage de la perception auditive. La reproduction ne se fait plus qu’avec deux haut-parleurs.

Signalons l’existence du matriçage 5-2-5 de Lexicon qui comme le circle «surround » est un codage très sophistiqué.

Les systèmes «surround » du cinéma

Le cinéma est le média le plus avancé en ce qui concerne la reproduction multivoie. En effet, des innovations technologiques ont pu incorporer à la bande optique des informations sonores multicanales. Pour obtenir cinq canaux véritables, les données sont compressées à l’aide de modèles perceptifs,  réduisant ainsi le flux de transmission.

Il y a 3 systèmes concurrents : le DSD de Dolby plus connu sous le terme AC3, le DTS et le SDDS de Sony.

Le tableau  récapitule les spécificités de chaque système.

La stéréophonie

Son «solide » donc un son dans un volume de l’espace et englobe tous les procédés de reproduction du son dont le nombre de canaux est supérieur ou égal à deux. La biphonie serait le terme adéquat pour une restitution traditionnelle sur 2 canaux.

Le surround

Qualifie le fait d’être entouré par le son et reflète la restitution de la salle, de l’ambiance ou encore des effets spéciaux. Certains constructeurs désignent leur système comme «true surround» pour spécifier le fait qu’une information de localisation est contenue dans le système de reproduction.

Le DSD est le procédé le plus ancien et le plus distribué. Il utilise le codage AC3 avec un taux de transfert de 384 kbit/s pour les cinq canaux. Cette valeur est jugée insuffisante pour retransmettre fidèlement les sources sonores musicales. Le DVD vidéo est de 448 kbit/s.

Le DTS utilise un ou plusieurs lecteurs de disques optiques synchronisés à la bande film comme support des pistes audios.

Le SDDS étant arrivé en dernier a plus de mal à s’implanter.

CAC (Coherent Acoustic Coding)

ITU/RB (International Telecommunication Union, Radiocommunication Bureau)

DSD (Dolby Stereo Digital) à ne pas confondre avec DSD (Direct Stream Digital)

DTS (Digital Theater Systems Ltd)

DVD (Digital Versatil Disc)

MPEG (Moving Picture Expert Group)