Le son multicanal se définit comme étant un moyen d'enregistrement, de mixage et de reproduction dit "surround" (cerner, encercler, entourer, environner), c’est-à-dire, tout système de reproduction qui n'est ni monophonique ni stéréophonique.
Le Son multicanal a commencé avec 3 haut-parleurs, puis 4, 5, 6, 7, 8 jusqu'aux 425 haut-parleurs de Xenakis. Le son multicanal implique au moins la tentative d'un champ sonore (un espace) horizontal de 360°. Certains autres systèmes tentent de gérer la verticalité mais restent au niveau de la recherche et de l'expérimental.
Historique
Fantasound a été en 1940 le premier procédé stéréophonique à trois canaux, développé par l'ingénieur du son William E. Garity et le mixeur John N.A. Hawkins pour Walt Disney en 1938-1940 pour le film Fantasia, qui sera le premier film commercial utilisant le son multicanal. Il a conduit à l'élaboration de ce qui est aujourd'hui connu comme le (en)5.1.
Vers les années 1950, le compositeur allemand Karlheinz Stockhausen expérimente des compositions électroniques en: der Jünglinge et en:Kontakte, celui-ci utilise des systèmes tournants et Quadraphoniques avec l'aide de Herbert Eimert du studio Westdeutscher Rundfunk (WDR).
Iannis Xenakis explore également l'espace sonore avec 425 haut-parleurs utilisés pour déplacer le son dans l'espace. Il y a aussi de nombreux autres compositeurs d'avant-garde à la même époque qui ont créé des œuvres utilisant le son surround .
Prise de Son multicanal
Il y a un distinguo sémantique à ne pas perdre de vue :
Quand la prise de son est destinée à la reproduction d'un événement (par exemple musical), on l'appellera captation; c’est-à-dire que l'espace sonore restera (relativement) le même à l'enregistrement et à la diffusion.
Lorsque cette même prise de son aura pour mission d'accompagner l'image d'un film ou d'un événement sportif (par exemple), on ne pourra plus parler de captation mais de prise de son destinée à manipulations d'espaces variant découlant du montage image et des changements d'axes apportés par les changements d'axes et de cadre. Ce qui induit des problématiques complexes et psychoacoustiques.
Le 5.1 remet en question les techniques de prise de son. Principalement, l’espace, déployé autour de l’auditeur, est la notion tout à fait nouvelle dans l’écoute multicanal, c’est pourquoi on demande à un système de prise de son 5.1 d’en capter les subtilités. L’espace naît de la décorrélation interaurale, aussi un bon système doit présenter cette décorrélation avec une distance adéquate entre les microphones. Ensuite, l’autre difficulté du système est de présenter une bonne cohérence en localisation issue d’un recoupement adapté des différents secteurs spatiaux. On trouve aujourd’hui une multitude de systèmes, qui se développent parallèlement à l’évolution des formats multicanal (MMAD, decca tree, OCT Surround, INA5, Soundfield, sphère Schoeps KFM360, carré Hamasaki, croix IRT, holophone H2pro, dpa S5, dpa 5100…).
Mixage multicanal
Mixage 5.1
Organisation d'une installation 5.1 Le carré au centre est le canal .1 dit LFE Les autres sont les satellites
Le format 5.1 complexifie aussi le travail du mixage. Il apporte des concepts revisités autour des effets (outils de localisation, outils de spatialisation, gestion du LFE, traitement dynamique, downmixing, upmixing), des notions nouvelles autour du format (le bass management, la gestion de 6 bus) et du codage (Dolby SR, Dolby Digital, chaîne Dolby E, DTS…). D'autre part, le mixage 5.1 a ses subtilités de rapports psychoacoustique entre le son et l’image, le mixeur doit trouver une cohérence entre le champ visuel déployé en frontal et le champ sonore qui s’installe tout autour de l’auditeur en gérant les principes de l’attention auditive. La réalisation artistique trouve de nouvelles possibilités dans cet espace qui peut être apprivoisé par la radio (fictions, documentaires), la télévision, la musique…
Mixage 3D
Avec l'éclosion de l'image 3D, une plus grande et meilleure gestion de l'espace sonore devient possible.
Formats de diffusion multicanal
Musique
Label distinctif des médias enregistrés en quadriphonie.
La quadriphonie est inventée à la fin des années 1970, plusieurs systèmes concurrents s'affrontent, ce qui conduit à l'échec et l'abandon de ces procédés de diffusion.
Musique en 5.1, Le format n'a pas le succès escompté. On ne peut lire ce format que sur un DVD-Audio ou un SACD.
Cinéma et audiovisuel
Le LCRS
Le Dolby Stéréo est un format analogique. Quatre sources: Gauche, centre, Droite et Arrière (surround) ou LCRS. Vers le milieu des années 1970, Dolby présente ce système analogique dérivé de la quadriphonie mais adapté à la reproduction sonore au cinéma en optique.
Matricé, dit 4.2.4
4 canaux au mixage: Left, Centre, Right, Surround (LCRS)
2 Matricés en 2 pistes dites: Left Total, Right Total (LtRt). Ces pistes recopié (report optique) sur les deux pistes optiques analogiques de la copie dite d'exploitation.
4 canaux d' écoute au cinéma soit les 2 pistes (LTRT) dématricées en LCRS au moment de la projection.
En plus du matriçage, le Dolby SR analogique utilise un procédé de Réduction du Bruit (NR ”Noise Reduction") d'enregistrement/lecture qui permet d'améliorer significativement la dynamique (rapport signal/bruit, entre les sons les plus forts et les sons les plus faibles).
Ce premier format multicanal utilisé au cinéma et toujours actuel car c’est le format de secours optique analogique pour la diffusion des copies 35 mm (chimiques) en salle.
Cinq enceintes entourent l'auditeur, accompagnées d’unSubwoofer(le .1) qui diffuse les fréquences graves. Les cinq enceintes doivent être sur le même plan horizontal et identiques. Le subwoofer (.1), alimenté par le canal LFE, est disposé le plus couramment devant, proche de l'enceinte centrale, sa bande-passante est approximativement inférieure à 120 Hz.
le 6.1 (5.1 plus une enceinte supplémentaire centrale à l'arrière pour le cinéma),
le 7.1 de Sony SDDS cinq enceintes frontales et deux à l'arrière,
le 7.1 Dolby Surround trois enceintes frontales, deux lattérales et deux à l'arrière,
le 2+2+2+2, le 10.2 (Tomlinson Holman), le 22.2 (format développé par la NHK pour accompagner le Super High Vision, format supérieur à la HD 1920*1080 pixels, Super Hi Vision = 7680*4320 pixels).
Les techniques de codage qui accompagnent le 5.1 sont le Dolby Digital et le DTS pour le DVD vidéo, le Dolby E et le Dolby Digital pour la TVHD (le Dolby E pour la production, Dolby Digital ou le He-AAC pour la diffusion vers les particuliers, ces formats permettant l'utilisation de metadata utiles pour le bon enchaînement des programmes sur une chaîne HD, une bonne gestion de la dynamique, des possibilités de downmix pour les compatibilités stéréo et mono). Le SACD et le DVD audio sont des supports prévus pour la musique en 5.1, mais on trouve de plus en plus fréquemment le DVD hybride (CD et DVD vidéo DTS ou Dolby Digital) moins coûteux à produire. Les supports HD DVD et Blu ray sont compatibles 5.1, mais sont prévus pour intégrer un son 7.1, accompagné des techniques Dolby Digital évoluées (Digital +, Digital true HD), DTS HD, DTS Master HD, PCM, DSD. On trouve des formats 5.1 compressés pour Internet notamment le mp3surround et le mpegsurround. Ils servent aujourd'hui notamment à la diffusion des radios HD 5.1.
Télévision et DVD
Le sport est notamment le facteur décisif qui a porté la télévision en haute définition avec un son 5.1. Nombreuses sont les applications du son multicanal : la télévision haute définition, le cinéma, le film sur DVDvidéo et sur les nouveaux supports HDDVD et Blu ray, le jeu vidéo (DVD, HDDVD, Blu ray), la musique et les concerts (SACD, DVD audio, DVD vidéo), la radio HD, le DAB, Internet…
Le système sonore de l'IMAX possède au moins 6 canaux discrets dont un disposé au plafond. Il gère donc l'espace sonore vertical.
Un autre système de contrôle du niveau de diffusion de chaque piste sonore permet d'optimiser et d'adapter la reproduction aux particularités acoustiques de chaque salle du circuit.
Pour l'audiovisuel, les métadonnées spécifiques sont toujours en voie avancée d'évolution et de normalisation.
l'Advanced MediaWorkflow Association, Inc. AMWA continue depuis 2000 de développer les compatiblilités entre AAF (Meta Advened Audio Framework ), MXF et le XML pour l'univers de l'audiovisuel et des plateformes internet (y compris le Flash d'Adobe)
Problématique de la Diffusion Multicanal
Le système d'écoute 5.1 est assez complexe à régler. On préconise tout d'abord un niveau de travail de 85 dBC SPL au cinéma et aux alentours de 79 dB SPL pour la TVHD. `Chaque enceinte doit restituer le même niveau. Il est aussi nécessaire d’accorder les cinq enceintes en fréquence ainsi qu’harmoniser avec le local d'écoute qui crée des premières réflexions. Le bass management qui consiste à redéployer les basses fréquences des enceintes principales dans le subwoofer, nécessite un réglage, on peut le trouver à différents points de la chaîne (processeur de monitoring 5.1, console numérique, logiciel audio…).
Ce qui différencie principalement la reproduction multicanal au cinéma, à la télévision et pour le DVD c'est d'abord le niveau d'écoute. La salle de cinéma est un endroit dédié qui pourrait s'apparenter à un auditorium, le lieu est phoniquement traité et isolé, le niveau sonore peut-être conséquent.
Pour le DVD et la télévision, l'environnement est urbain, les voisins empêchent d'avoir des niveaux d'écoute comparables à la salle de cinéma (le niveau de référence est de 85 dB SPL au cinéma, en appartement il sera aux alentours de 79 dB SPL).
Image sonore multicanal
Qu'apporte le son en 5.1, quelle image sonore habille-t-il? Avant tout, le 5.1 permet l'immersion de l'auditeur, c'est-à-dire que nous ne regardons plus l'évènement à travers une fenêtre comme nous avons l'habitude avec la stéréo. Aussi, la stéréo n'est pas un format naturel. En multicanal, nous vivons l'évènement, entouré par le champ sonore grâce notamment aux enceintes arrières, presque comme si nous étions dans la salle de concert. Pour revivre réellement les conditions du concert ou de l'évènement sportif, il faudrait apporter davantage de directions sonores que celles proposées par le 5.1. C'est pourquoi on trouve des formats supérieurs comme le 7.1 qui apporte la notion de hauteur en ouvrant d'avantage l'image sonore, ou le 10.2, le 22.2 ou bien la WFS (wave field synthesis) qui reproduit à l'aide d'une couronne d'enceintes le champ sonore par le principe physique d'Huygens. Le 5.1 est aussi un outil de dynamique avec les différents degrés de localisation qu'il présente. Tout d'abord nous avons une localisation possible tout autour de nous et un vrai centre (différent du centre fantôme) qui propose une solution intéressante pour le récit, utilisé depuis longtemps au cinéma. D'autre part, les mouvements de sources sonores sont possibles, les points de vue aussi plus libres comme la zone d'écoute plus large. En effet, l'auditeur, s'il n'est pas devant une image, peut se tourner pour découvrir d'autres points de "vue" et se déplacer dans sa zone d'écoute. L'impression d'espace est nettement plus forte qu'en stéréo car l'auditeur est enveloppé. Il ressent plus d'espace, la salle acoustique ou le lieu est mieux représenté sans repliement de zones comme en stéréo où tout est entassé. Enfin, comme c'est un format plus naturel, l'intelligibilité est nettement meilleure. Le cerveau ne travaille plus autant qu'en stéréo pour reproduire une image du lieu car celle-ci se dessine naturellement dans notre représentation mentale qu'est l'image sonore.
Lexique
Vous trouverez ici la définition de certains termes techniques, en quelques lignes
2+2+2+2 : format multicanal appelé aussi aurophonic system 8 présentant la notion de hauteur
6.1 : format multicanal utilisé pour la salle de cinéma intégrant un canal central arrière
7.1 : format multicanal comportant deux enceintes supplémentaires, il existe plusieurs configurations d’écoute, format utilisé par le codage Sony SDDS et les supports HDDVD et Blu ray
10.2 : format multicanal développé par Tomlinson Holman qui apporte l'information de hauteur
22.2 : format multicanal développé par la NHK pour accompagner le super high vision (7680*4320 pixels)
Bass management : Redéploiement des basses fréquences des cinq enceintes principales vers le subwoofer permettant ainsi un meilleur respect du spectre pour les petites écoutes 5.1
Blu ray : support haute définition pour le film, format multicanal 7.1 compatible 5.1, intègre les formats Dolby Digital, Dolby Digital +, Dolby Digital true HD, DTS, DTS HD, DTS HD Master, PCM
Carré Hamasaki : système de captation d’ambiance 4.0 développé par la NHK, constitué de quatre capsules bidirectionnelles placées en carré
Croix IRT : système de captation d’ambiance 4.0 développé par l’IRT, constitué de quatre capsules cardioïdes placées en croix
DAB : Digital Audio Broadcasting, système de radiodiffusion numérique standardisé développé par le projet européen Eureka 147
Decca tree : système de prise de son multicanal constitué de cinq microphones omnidirectionnels
Dolby SR : format de matriçage Dolby 4-2-4 Lt Rt utilisé pour diffuser un son 5.1 sur deux canaux, signal de secours utilisé pour la diffusion dans les salles de cinéma ainsi que pour la diffusion en TVHD
Dolby Digital : format de codage numérique 5.1 avec compression de données audio (AC3), utilisé pour le DVD vidéo, le cinéma, la TVHD
Dolby Digital plus : format évolué du Dolby Digital qui permet de restituer un son sur 7.1 canaux et plus, à un débit de 6 Mbps. Ce format est compatible avec le Dolby Digital
Dolby Digital true HD: l’encodage du Dolby True HD utilise une technologie cent pour cent sans perte avec un débit d’informations jusqu’à 18 Mbps. Ce format de son dernière génération supporte jusqu’à huit canaux pleine bande 96 kHz/24 bits
Dolby E : système de codage professionnel utilisé en production pour la TVHD. Format de matriçage 8-2-8 qui permet la distribution de son 5.1 accompagné d’un signal Lt Rt ou stéréo en utilisant seulement deux canaux audio des infrastructures de post-production et de broadcast. Ce format intègre des metadata de contrôle du signal
Downmix : procédé de mixage des canaux multicanal vers un format stéréo ou mono, intègre des coefficients variables (metadonnées) pour la sommation des canaux du centre et de l’arrière.
Par exemple :
L stéréo= L + C(-3dB) + LS(-3dB)
R stéréo= R + C(-3dB) + RS(-3dB)
DTS : Digital Theater System, format de codage 5.1 utilisé pour le DVD vidéo, le cinéma, format concurrent de Dolby
DTS HD : codage DTS 7.1 haute définition compatible 96 kHz / 24 bits, débit de 6 Mbps
DTS Master HD : codage DTS 7.1 haute définition compatible 192 kHz / 24 bits identique bit pour bit au master audio, débit variable allant jusqu'à 24,5 Mbps
DVD audio : support audio pour la musique en 5.1 intégrant un son PCM haute définition jusqu’à 96 kHz / 24 bits en multicanal et 192 kHz / 24 bits pour la stéréo. Le DVD audio comporte aussi un format Dolby Digital et utilise la technologie de réduction de donnée sans perte MLP Lossless
HDDVD : support haute définition pour le film, format multicanal 7.1 compatible 5.1, intègre les formats Dolby Digital, Dolby Digital +, Dolby Digital true HD, DTS, DTS HD, DTS HD Master, PCM
He-AAC : (High Efficiency AAC) codage audio 5.1 pour la diffusion en TVHD, l’autre alternative de codage en comparaison avec le Dolby Digital +
INA5 : système de prise de son multicanal constitué de cinq microphones cardioïdes, basé sur la théorie des angles de prise de son, développé par U. Herrmann et V. Henkels
LFE : low frequency effect, bus de mixage portant les effets basses fréquences ou l’extension vers le grave d’un mixage, alimente le subwoofer
Metadata : ensemble de metadonnées (dialog level, dynamic range control, downmix) intégrées aux flux Dolby E et Dolby Digital permettant le bon contrôle de la diffusion du signal (contrôle du niveau de diffusion en fonction du programme, sa dynamique, la compatibilité descendante stéréo et mono)
MMA : Multichannel microphone array, système de prise de son multicanal développé par M. Williams et G. Le Dû. Il est constitué généralement de cinq capsules cardioïdes et repose sur la théorie des angles de prise de son
Mp3surround : codage utilisé pour la diffusion 5.1 sur internet
Mpegsurround : codage utilisé pour la diffusion 5.1 des radio HD ou le DAB
OCT Surround : système de prise de son multicanal développé par G. Theile. Il est constitué de trois microphones cardioïdes et de deux hypercardioïdes. Ce système repose sur le principe de réduction de la diaphonie acoustique existant entre les images fantômes multiples
Radio HD : radio numérique haute définition, diffusion 5.1 possible, certaines webradios diffusent un son 5.1 grâce à la technologie mp3surround
SACD : support haute définition pour la musique, intègre un format audionumérique DSD (Direct Stream Digital) disponible en 5.1 et en stéréo. Compatibilité du support avec les lecteurs CD pour la stéréo
Soundfield : système de prise de son multicanal à matriçage reposant sur le principe mathématique de décomposition du champ acoustique en quatre composantes, trois composantes bidirectionnelles suivant un repère cartésien et une composante omnidirectionnelle
Sphère Schoeps : système de prise de son multicanal à matriçage, constitué d’une sphère stéréo et de deux microphones bidirectionnels accolés aux capteurs de pression et dirigé vers l’avant.
TVHD : télévision haute définition, intègre une image HD 1920*1080 pixels et un son multicanal 5.1 codé principalement en Dolby Digital. On trouve d’autres formats d’image HD
Upmix : procédé de traitement d’un signal stéréo ou mono vers un format supérieur 5.1
WFS : Wave Field Synthesis, technique de reconstitution du champ acoustique fondée sur l’utilisation de bancs de haut-parleurs. Ce procédé repose sur le principe d’Huygens qui stipule que le front d’onde rayonné par une source se comporte comme une distribution de sources secondaires
