Le son multicanal ou surround englobe une certaine quantite de formats qui se definissent par le nombre de pistes et le nombre de canaux ou voies de reproduction (HP ou famille de HP) ^{[ 1 ] , [ 2 ]} .

Le son englobe un eventail de techniques d'enregistrement, de mixage et de reproduction dit ≪  surround  ≫ (≪ cerner ≫, ≪ encercler ≫, ≪ entourer ≫, ≪ environner ≫), c’est-a-dire, tout systeme de reproduction qui n'est ni monophonique ni stereophonique.

Historique [ modifier | modifier le code ]

Le son multicanal a commence avec trois haut-parleurs, puis 4, 5, 6, 7, 8… jusqu'aux ephemeres 425 haut-parleurs de Iannis Xenakis . Le son multicanal implique au moins la tentative d'un champ sonore (ou espace sonore ou encore champ acoustique ) horizontal, quant a sa diffusion, de 360°. Certains autres systemes tentent de gerer la verticalite, le Dolby Atmos ayant fait son apparition dans les salles en 2013 et arrivant sur les amplificateurs domestiques en 2014.

Vers les annees 1950 , le compositeur allemand Karlheinz Stockhausen experimente des compositions electroniques ( Gesang der Junglinge et Kontakte   (en) ), celui-ci utilise des systemes tournants et quadraphoniques avec l'aide de Herbert Eimert du studio Westdeutscher Rundfunk (WDR) ^{[ 3 ]} .

En 1958 le Poeme electronique pour bande magnetique d' Edgard Varese , experimente l'espace surround.

Iannis Xenakis explore egalement l'espace sonore avec 425 haut-parleurs utilises pour deplacer le son dans l'espace. Il y a aussi de nombreux autres compositeurs d'avant-garde a la meme epoque qui ont cree des œuvres utilisant le son surround.

Fantasound [ modifier | modifier le code ]

Fantasound a ete en 1940 le premier procede stereophonique a trois canaux, developpe par l'ingenieur 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 a l'elaboration de ce qui est aujourd'hui connu comme le 5.1 .

Production et post-production de son multicanal [ modifier | modifier le code ]

Prise de son [ modifier | modifier le code ]

Il y a un distinguo semantique a ne pas perdre de vue :

• Quand la prise de son est destinee a la reproduction d'un evenement (par exemple musical), elle est appelee ≪ captation ≫ ; c’est-a-dire que l'≪ espace sonore ≫ reste relativement le meme a l'enregistrement et a la diffusion.
• Lorsque cette meme prise de son a pour mission d'accompagner l'image d'un film ou d'un evenement sportif (par exemple), elle est appelee ≪ prise de son ≫, destinee a manipulations d'espaces variant decoulant du montage image et des changements d'axes apportes par les changements d'axes et de cadre. Ce qui induit de nouvelles problematiques psychoacoustiques complexes.

L'enregistrement multicanal remet en question les techniques de prise de son classiques. Principalement, il doit prendre en compte l’espace sonore deploye autour du spectateur ou de l’auditeur; c’est pourquoi un systeme de prise de son 5.1 doit en capter les subtilites.

Comme a l'epoque de la prise de son de musique classique, differentes ecoles et systemes s'affrontent; ceux-ci ne tiennent pas toujours compte des problematiques de mixage et de reproduction, lesquels possedent chacun leurs propres contraintes.

Dans les annees 2010, une multitude de systemes se developpent parallelement a l’evolution des formats multicanal : MMAD, decca tree, OCT Surround, INA5, Soundfield, sphere Schoeps KFM360, carre Hamasaki, croix IRT, holophone H2pro, dpa S5, dpa 5100…

Mixage [ modifier | modifier le code ]

Ces formats rendent plus complexe le travail du mixage. Ils apportent des concepts a revisiter ou a innover 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 bus multiples) et des codages utilises).

D'autre part, le mixage multicanal a ses subtilites de rapports psychoacoustiques doit trouver une coherence plausible entre le champ visuel deploye en frontal et le champ sonore qui s’installe tout autour de l’auditeur en gerant les principes de l’attention auditive. La realisation artistique trouve de nouvelles possibilites d'expression dans cet espace qui peut etre aussi apprivoise par la radio (fictions, documentaires), la television, la musique…

Formats de mixage pour la diffusion et la restitution multicanal [ modifier | modifier le code ]

Musique [ modifier | modifier le code ]

• La quadriphonie (ou quadraphonie ) est inventee au debut des annees 1970 , c'est le premier format multicanal ^{[ 4 ]} propose au grand public. Plusieurs systemes concurrents s'affrontent. Ces systemes ont ete un echec commercial en raison de nombreux problemes techniques, qui ont ete resolus trop tard pour sauver la technologie de la catastrophe. Le format etait plus cher que la stereo standard Hi-Fi . Il necessitait aussi deux haut-parleurs supplementaires ainsi que leurs amplificateurs, et a souffert de l'absence d'un format standard pour les vinyles .
• Musique en 5.1, curieusement, ce format n'a pas le succes escompte. Ce format ne peut etre lu que sur un DVD-Audio, un SACD , ou un Blu Ray audio.

Cinema et audiovisuel [ modifier | modifier le code ]

LCRS [ modifier | modifier le code ]

Le Dolby Stereo est un format analogique. Quatre sources : gauche, centre, droite et arriere ( surround ) ou LCRS. En 1975 , Dolby presente ce systeme analogique derive de la quadriphonie mais adapte a la reproduction sonore au cinema en optique ^{[ 5 ]} .

Matrice, dit 4.2.4

• 4 canaux au mixage: Left, Centre, Right, Surround (LCRS)
• 2 matrices en deux pistes dites ≪  left total, right total  ≫ (LtRt). Ces pistes recopiees (≪ report optique ≫) sur les deux pistes optiques analogiques de la copie dite ≪ d'exploitation ≫.
• 4 canaux d'ecoute au cinema, les deux pistes matricees (LtRt) sont dematricees en 4 voies de diffusion LCRS au moment de la projection.

En plus du matricage, le Dolby SR analogique utilise un autre procede de reduction du bruit (≪ NR ≫, pour ≪  Noise Reduction  ≫) d'≪ enregistrement/lecture ≫ qui permet d'ameliorer significativement la dynamique (rapport signal/bruit, entre les sons les plus forts et les sons les plus faibles).

Ce format multicanal analogique est toujours, en principe, utilise au cinema pour la diffusion des copies 35  mm (≪ chimiques ≫) en salle. A la fois pour les cinemas pas encore equipes en numerique ainsi qu'en tant que format de secours en cas de panne du format numerique ^{[ 6 ]} .

Dolby Surround Mixer	Left	Right	Center	Surround
Left Total	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}}$	${\displaystyle j{\frac {1}{\sqrt {2}}}}$
Right Total	${\displaystyle 0}$	${\displaystyle 1}$	${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}}$	${\displaystyle k{\frac {1}{\sqrt {2}}}}$

j = +90° phase-shift, k = -90° phase-shift

Mixage 5.1 [ modifier | modifier le code ]

Le format 5.1 a ete le premier format multicanal numerique au cinema. Plusieurs systemes de codage sont en concurrence, certains disparaitront au fur et a mesure des evolutions et des circonstances. Les deux systemes les plus repandus sont le Dolby Digital et le DTS . Tous les systemes utilisent la meme configuration d'ecoute.

Cinq enceintes entourent l'auditeur, accompagnees d’un subwoofer (le .1) qui diffuse les frequences graves. Les cinq enceintes doivent etre sur le meme plan horizontal et identiques. Le subwoofer, alimente par le canal LFE , est dispose le plus couramment devant, proche de l'enceinte centrale, sa bande-passante doit rester inferieure a 120 hertz. La disposition des enceintes est defini par l'UIT-R BS 775-1.

Au-dela du mixage 5.1 [ modifier | modifier le code ]

• le 5.1 norme aussi pour le home cinema
• le 6.1 (5.1 plus une enceinte supplementaire centrale a l'arriere pour le cinema), ce format n'a pas eu le succes escompte, sans doute du fait de son surcout de mise en œuvre ;
• le 7.1 de Sony SDDS  : cinq enceintes frontales et deux a l'arriere ; en voie d'abandon dans les annees 2010 ;
• le 7.1 Dolby Surround  : trois enceintes frontales, deux laterales et deux a l'arriere et un caisson de basse (depuis 2010), deploye dans de nombreuses salles de cinema numerique ;
• le 7.2 Dolby Surround : trois enceintes frontales, deux laterales et deux a l'arriere et deux caissons de basse (materiel disponible au grand public depuis 2006 mais pas d'enregistrement dans le commerce) ;
• le 12.4  : uniquement pour l'Omnimax, mis en place en 1986 au cinema de la Geode a Paris par les ingenieurs de Cabasse ^{[ 8 ]} .

Mixage 3D, son immersif [ modifier | modifier le code ]

Avec l'eclosion de l'image 3D , une plus grande et meilleure gestion de l'≪ espace sonore ≫ devient necessaire. Une multitude de formats sonores apparaissent en devenir, notamment des formats gerant la verticalite.

Les formats suivants, destines au cinema numerique, pretendent ou tendent a gerer la verticalite de l'espace sonore :

• le Dolby Atmos , pour un son immersif en salle de cinema
• le format Auro-3D , pour un son immersif en salle de cinema, mais aussi pour le home-cinema
• le ( 10.2   (en) ), invente par ( Tomlinson Holman   (en) ),
• le 14.1 (developpement en 2010) - face avant, L LC C RC R + en hauteur, Top L C R puis deux Top Surround L et R au plafond, Ls et Rs LR restant a leur place,
• ( 22.2   (en) ), format developpe par la NHK pour accompagner le Super Hi-Vision, format superieur a la HD 1920x1080 pixels , Super Hi-Vision = 7680x4320 pixels

Les techniques de codage qui accompagnent le 5.1 sont, pour le cinema photochimique, le Dolby Digital et le DTS pour le DVD video, 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 metadonnees utiles pour le bon enchainement des programmes sur une chaine HD, une bonne gestion de la dynamique, des possibilites de downmix pour les compatibilites stereo et mono). Le SACD et le DVD audio sont des supports prevus pour la musique en 5.1, mais on trouve de plus en plus frequemment le DVD hybride (CD et DVD video DTS ou Dolby Digital) moins couteux a produire. Les supports HD DVD et Blu ray sont compatibles 5.1, mais sont prevus pour integrer un son 7.1, accompagne des techniques Dolby Digital evoluees (Digital +, Digital true HD), DTS HD, DTS Master HD, PCM, DSD. On trouve des formats 5.1 compresses pour Internet notamment le mp3surround et le mpegsurround. Ils servent aujourd'hui notamment a la diffusion des radios HD 5.1.

Formats de supports et de transport [ modifier | modifier le code ]

Dolby E [ modifier | modifier le code ]

Le Dolby E n'est ni un format de mixage, ni un format de diffusion ^{[ 9 ]} , c'est un format d'encodage et transport du signal dit de contribution (exemple : entre la regie TV chargee de capter un opera en direct installee pres du site de l’evenement et la regie de diffusion de la chaine de television qui diffuse le programme).

Metadonnees [ modifier | modifier le code ]

Pour l'audiovisuel, les metadonnees specifiques sont toujours en voie avancee d'evolution et de normalisation ^{[ 10 ]} .

• L'Advanced Media Workflow Association, Inc. (AMWA) ^{[ 11 ]} continue depuis 2000 de developper les compatiblilites 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 Systems ).

Domaines d'application [ modifier | modifier le code ]

Television, DVD et Blu Ray [ modifier | modifier le code ]

Le sport est notamment le facteur decisif qui a porte la television en haute definition avec un son 5.1 . Nombreuses sont les applications du son multicanal : la television haute definition, le cinema, le film sur DVD video et sur les nouveaux supports HDDVD et Blu ray , le jeu video ( DVD , HDDVD , Blu ray ), la musique et les concerts ( SACD , DVD audio, DVD video ), la radio HD, le DAB , Internet…

Jeux video [ modifier | modifier le code ]

Historiquement, au debut du multimedia , les jeux sont longtemps restes en mono, pour les systemes d'exploitation (OS) , la piste sonore est secondaire, les premiers logiciels multimedias d'animation sont axes sur l'image, la synchronisation entre l'image et le son est encore problematique.

L'apparition du format multicanal a aussi ete tardive (comparativement au cinema), aux alentours de la fin des annees 2000 toujours pour les memes raisons. La plupart des jeux video sont en 5.1 (parfois en 7.1), a l’exception des consoles portables qui se contentent de la stereo.

Salles de cinema IMAX [ modifier | modifier le code ]

Le systeme sonore de l'IMAX possede au moins six canaux discrets dont un dispose au plafond. Il gere donc l'espace sonore vertical.

Un autre systeme de controle permet de piloter ou d'adapter le niveau de diffusion de chaque piste sonore permet d'optimiser et d'adapter la reproduction aux particularites acoustiques de chaque salle du circuit.

Salles de cinema numerique [ modifier | modifier le code ]

La restitution sonore multicanal a accompagne le developpement de la projection numerique en salle, avec le son 5.1, 7.1, Digital Imax, et plus recemment avec les debuts du son immersif Dolby Atmos.

Telephones mobiles [ modifier | modifier le code ]

Pour un telephone portable, l'alternative est l'ecoute au casque utilisant des systemes d'ecoute comme l' ambisonie via la technologie HOA Higher Order Ambisonics de 3D Sound Labs ou ^{[ 12 ]} l' holophonie .

Problematique de la diffusion multicanal [ modifier | modifier le code ]

Le systeme d'ecoute 5.1 est assez complexe a regler. Le niveau de travail preconise est de 85 dBC SPL au cinema et aux alentours de 79 dBC SPL pour la haute definition . Chaque enceinte doit restituer le meme niveau. Il est aussi necessaire d’accorder les cinq enceintes en frequence ainsi qu’harmoniser avec le local d'ecoute qui cree des premieres reflexions. Le bass management qui consiste a redeployer les basses frequences des enceintes principales dans le subwoofer, necessite un reglage, on peut le trouver a differents points de la chaine (processeur de monitoring 5.1, console numerique, logiciel audio…).

Ce qui differencie principalement la reproduction multicanal au cinema, a la television et pour le DVD c'est d'abord le niveau d'ecoute :

• La salle de cinema est un endroit dedie qui s'apparente a un auditorium , le lieu est isole et traite acoustiquement, le niveau sonore peut etre eleve.
• Pour le DVD et la television, l'environnement est urbain, les voisins empechent d'avoir des niveaux d'ecoute comparables a la salle de cinema (le niveau de reference est de 85 dB SPL au cinema, en appartement il sera aux alentours de 79 dB SPL). A la television, le niveau de diffusion est aussi reglemente en France par de nouvelles recommandations et normes d'intensite sonore ( loudness ) sous l'autorite du CSA en France.
• Les caques audio ou systemes permettant une spacialisation du son ^{[ 13 ]} .

Image sonore multicanal [ modifier | modifier le code ]

Le 5.1 pretend a l'immersion du spectateur ou de l'auditeur, celui-ci ne regarde plus l'evenement a travers une fenetre comme il en a pris l'habitude avec la stereo, qui n'est pas un ≪ format ≫ naturel. En multicanal, l'auditeur ≪ vit ≫ l'evenement, entoure par le champ sonore grace notamment aux enceintes arrieres, presque comme s'il etait dans la salle de concert ou en situation reelle.

Pour revivre reellement les conditions du concert ou de l'evenement sportif, il faudrait neanmoins apporter davantage de directions sonores que celles proposees par le 5.1. C'est pourquoi apparaissent dans les annees 2010 des formats superieurs comme le 7.1 , ou des formats qui apporte la notion de hauteur en ouvrant davantage l'image sonore : 10.2, le 22.2, ou encore la WFS

• (en) Cet article est partiellement ou en totalite issu de l’article de Wikipedia en anglais intitule ≪  Wave field synthesis  ≫ ( voir la liste des auteurs ) qui reproduit, a l'aide d'une couronne d'enceintes, le champ sonore par le principe physique d' Huygens .

Lexique [ modifier | modifier le code ]

Definition de certains termes techniques :

• 2+2+2+2 : format multicanal appele aussi aurophonic system 8 presentant la notion de hauteur
• 2.1 : systeme de reproduction a trois canaux comportant les satellites droite et gauche ainsi qu'un canal Low-frequency effects (LFE)
• 6.1 : format multicanal utilise pour la salle de cinema integrant un canal central arriere
• 7.1 : format multicanal comportant deux enceintes supplementaires, il existe plusieurs configurations d’ecoute, format utilise par le codage Sony SDDS et les supports HDDVD (obsolete) et Blu ray
• 10.2 : format multicanal developpe par Tomlinson Holman qui apporte l'information de hauteur
• 22.2 : format multicanal developpe par la NHK pour accompagner le super high vision ( 7680x4320 pixels )
• Bass management : Redeploiement des basses frequences des cinq enceintes principales vers le subwoofer permettant ainsi un meilleur respect du spectre pour les petites ecoutes 5.1
• Blu ray : support haute definition pour le film, format multicanal 7.1 compatible 5.1, integre les formats Dolby Digital, Dolby Digital +, Dolby Digital true HD, DTS, DTS HD, DTS HD Master, PCM
• Carre Hamasaki : systeme de captation d’ambiance 4.0 developpe par la NHK, constitue de quatre capsules bidirectionnelles placees en carre
• Croix IRT : systeme de captation d’ambiance 4.0 developpe par l’ IRT , constitue de quatre capsules cardioides placees en croix
• DAB : digital audio broadcasting, systeme de radiodiffusion numerique standardise developpe par le projet europeen Eureka 147
• Decca tree : systeme de prise de son multicanal constitue de cinq microphones omnidirectionnels
• Dolby SR : format de matricage Dolby 4-2-4 Lt Rt utilise pour diffuser un son 5.1 sur deux canaux, signal de secours utilise pour la diffusion dans les salles de cinema ainsi que pour la diffusion en TVHD
• Dolby Digital : format de codage numerique 5.1 avec compression de donnees audio (AC3), utilise pour le DVD video, le cinema, la TVHD
• Dolby Digital plus : format evolue du Dolby Digital qui permet de restituer un son sur 7.1 canaux et plus, a un debit de 6 Mb/s. 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 debit d’informations jusqu’a 18 Mb/s. Ce format de sa derniere generation supporte jusqu’a huit canaux pleine bande 96  kHz /24 bits
• Dolby E : systeme de codage professionnel utilise en production pour la TVHD. Format de matricage 8-2-8 qui permet la distribution de son 5.1 accompagne d’un signal Lt Rt ou stereo en utilisant seulement deux canaux audio des infrastructures de post-production et de broadcast. Ce format integre des metadata de controle du signal
• Downmix : procede de mixage des canaux multicanal vers un format stereo ou mono, integre des coefficients variables (metadonnees) pour la sommation des canaux du centre et de l’arriere.
  Par exemple :
  - L stereo= L + C(-3dB) + LS(-3dB)
  - R stereo= R + C(-3dB) + RS(-3dB)
• DTS : Digital Theater System, format de codage 5.1 utilise pour le DVD video, le cinema, format concurrent de Dolby
• DTS HD : codage DTS 7.1 haute definition compatible 96  kHz / 24 bits, debit de 6 Mb/s
• DTS Master HD : codage DTS 7.1 haute definition compatible 192  kHz / 24 bits identique bit pour bit au master audio, debit variable allant jusqu'a 24,5 Mb/s
• DVD audio : support audio pour la musique en 5.1 integrant un son PCM haute definition jusqu’a 96 kHz / 24 bits en multicanal et 192 kHz / 24 bits pour la stereo. Le DVD audio comporte aussi un format Dolby Digital et utilise la technologie de reduction de donnee sans perte MLP Lossless
• HDDVD : support haute definition pour le film, format multicanal 7.1 compatible 5.1, integre 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’alternative de codage en comparaison avec le Dolby Digital +
• HOA : Higher Order Ambisonics
• INA5 : systeme de prise de son multicanal constitue de cinq microphones cardioides, base sur la theorie des angles de prise de son, developpe par U. Herrmann et V. Henkels
• LFE : low frequency effect, bus de mixage portant les effets basses frequences ou l’extension vers le grave d’un mixage, alimente le subwoofer
• Metadata : ensemble de metadonnees (dialog level, dynamic range control, downmix) integrees aux flux Dolby E et Dolby Digital permettant le bon controle de la diffusion du signal (controle du niveau de diffusion en fonction du programme, sa dynamique, la compatibilite descendante stereo et mono)
• MMA : multichannel microphone array, systeme de prise de son multicanal developpe par M. Williams et G. Le Du. Il est constitue generalement de cinq capsules cardioides et repose sur la theorie des angles de prise de son
• Mp3surround : codage utilise pour la diffusion 5.1 sur internet
• Mpegsurround : codage utilise pour la diffusion 5.1 des radio HD ou le DAB
• OCT Surround : systeme de prise de son multicanal developpe par G. Theile. Il est constitue de trois microphones cardioides et de deux hypercardioides. Ce systeme repose sur le principe de reduction de la diaphonie acoustique existant entre les images fantomes multiples
• Radio HD : radio numerique haute definition, diffusion 5.1 possible, certaines webradios diffusent un son 5.1 grace a la technologie MP3surround
• SACD : support haute definition pour la musique, integre un format audionumerique DSD (Direct Stream Digital) disponible en 5.1 et en stereo. Compatibilite du support avec les lecteurs CD pour la stereo
• Soundfield : systeme de prise de son multicanal a matricage reposant sur le principe mathematique de decomposition du champ acoustique en quatre composantes, trois composantes bidirectionnelles suivant un repere cartesien et une composante omnidirectionnelle
• Sphere Schoeps : systeme de prise de son multicanal a matricage, constitue d’une sphere stereo et de deux microphones bidirectionnels accoles aux capteurs de pression et dirige vers l’avant.
• TVHD : television haute definition, integre une image HD 1920x1080 pixels et un son multicanal 5.1 code principalement en Dolby Digital. On trouve d’autres formats d’image HD
• Upmix : procede de traitement d’un signal stereo ou mono vers un format superieur 5.1
• WFS : Wave Field Synthesis, technique de reconstitution du champ acoustique fondee sur l’utilisation de bancs de haut-parleurs. Ce procede repose sur le principe d’Huygens qui stipule que le front d’onde rayonne par une source se comporte comme une distribution de sources secondaires

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Son stereophonique
• DVD
• Super Audio CD
• Dolby
• DTS
• 5.1
• 7.1
• Dolby Atmos
• 22.2 surround sound
• Low-frequency effects (LFE)
• HD DVD
• Blu ray

• Portail de la musique
• Portail du cinema