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Le point sur le multi canal en 2002
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La mutation vers le multicanal que nous vivons n'est pas issue d'une génération audio spontanée. Elle est l'aboutissement logique de nombreuses recherches, portées sur les fonds baptismaux voilà plus de 50 ans, que la technologie numérique et nos moyens industriels actuels rendent réalisables et accessibles, mais dans une profusion un peu confuse et dispersée sur laquelle il est bon de faire un point, même mouvant...
Sans pouvoir faire l'historique d'un siècle de reproduction sonore qui prendrait plusieurs centaines de pages, le rappel de certains points de repère chronologiques s'avère utile pour éclaircir des idées, souvent fausses, et relativiser les propos nous annonçant une révolution technologique tous les six mois ! En m£me temps que sortait le premier film parlant monophonique en 1927, "Le chanteur de Jazz", la Bell Laboratories effectuait ses premiers enregistrements en deux canaux. Cinq ans plus tard, en 1933, la RCA tournait le premier film en stéréophonie et la même Bell Laboratories était déjà passée aux expérimentations en multicanal ! En 1939, Walt Disney réalisait "Fantasia" dont la bande son utilisait pour la première fois quatre pistes : un canal droit, un canal gauche, un canal central, pour éviteT le "trou" sonore entre les deux premiers, et un canal arrière pour les ambiances. Il y a 60 ans, les bases du son surround étaient donc déjà une réalité... Alors que la stéréophonie n'a fait son apparition dans nos foyers qu'en 1958. Philips travaillait en 1949 sur l'ambiopho-nie avec des canaux arrières retardés, prémices de la fameuse quadriphonie sortie aux USA en 1960. Malgré son échec commercial, on peut affirmer que les études de nombreux circuits de décodages et de matriçages effectués pour la quadriphonie ont constitué les fondations du multicanal actuel.
Les recherches de M. Ray Dolby
Créés en 1965, les laboratoires Dolby ont d'abord travaillé sur des circuits réducteurs de bruit pour éliminer le souffle de bande sur les magnétophones analogiques de l'époque. Dans les années 70, ils mirent au point pour le cinéma professionnel le " 'Dolby Stéréo", utilisant un encodeur-décodeur pour extraire de la bande stéréophonique les canaux central et arrière par matriçage. Ce matriçage sur deux canaux offrait l'avantage d'être copiable sur tous les supports classiques, en particulier les pellicules 35 mm, bien plus répandues que les fabuleuses 70 mm autorisant une bande son en six canaux, mais très onéreuses. En vingt ans plus de 4 000 films ont été réalisés selon ce procédé. En 1987, ce principe analogique sera adapté au grand public sous la forme du "Dolby Surround" (voie centrale fantôme), puis "Dolby Pro Logic" (voie centrale réelle dont les infos< 100 Hz sont réparties sur les enceintes principales), véritable dépari du Home Cinéma et catalyseur ayant fait prendre conscience au public que ie mul-ticanal devenait accessible. Mais parallèlement, les technologies numériques changeaient peu à peu les mentalités dans le domaine "pro" en repoussant les limites auxquelles se heurtaient
les premières expériences en multicanal en analogique.Ces limites affectant le "Pro Logic" louchaient essentiellement la diaphonie entre canaux, la bande passante limitée du canal d'ambiance (100 - 7 000 Hz), son peu d'effet enveloppant malgré l'utilisation majoritaire de deux enceintes en parallèle, l'absence d'un canal de grave dédié et la limitation des effets panoramiques. Ray Dolby el son équipe comprirent immédiatement l'énorme potentiel latent du numérique et développèrent en 1992 le "Dolby SR-D" (Spectral Recording Digital), format cinéma "pro" en 5.1 canaux discrets. Pour des questions de compatibilité, il ne remplaçait pas le " Dolby Stéréo", mais le complétait en parallèle sur une piste optique insérée entre les perforations de la pellicule, une place restreinte imposant une compression des données. Comme pour le "Dolby Stéréo", ce CODEC connu sous le nom d'AC-3 (Audio Coding 3, faisant suite aux types 1 et 2 avec pour principale différence le taux de compression du signal) se déclina tout naturellement vers une version grand public, le Dolby Digital'". Le premier litre disponible en Laser Disc NTSC codé AC-3 RF fut "Clear and Présent Danger" (Paramount), édité en 1993 par Pioneer.
Le Dolby Digital
Sous sa première forme, adoptée en 1998 comme norme mondiale pour le DVD, le Dolby Digital utilise cinq canaux indépendants censés reproduire la totalité de la bande passante audible plus un canal d'extrême-grave pour la reproduction des fréquences inférieures à 120 Hz. L'une de ses particularités est sa compatibilité descendante par Down-Mix avec le "Pro Logic'", mais aussi la stéréophonie el la monophonie. Il faut avoir conscience que tous les disques DVD estampillés Dolby Digital n'ont pas une bande-son en 5.1, loin de là ! Ce standard va du 1.0 (mono) et 6.1 (voir plus loin) en passant par les formats intermédiaires dont le 2.0 (stéréo)... Hormis les disques LD et DVD bien connus, la TV, mais aussi le câble et le satellite numériques peuvent théoriquement vous transmettre des émissions codés AC-3.
LeDTS
Seul format concurrent du Dolby Digital si l'on exclut le
SDDS de Sony, le DTS (Digital Theater System) a été conçu par l'équipe de Terry
Beard et appliqué pour la première fois au cinéma en 1993 pour le film "
Jurassic Park" de Steven Spielberg. Il utilise un CODEC "Cohérent Acoustic",
proche en résultat de l'AC-3 par ses 5.1 canaux discrets pleine bande (20 Hz à
20 kHz). Désormais présent dans tous les pré a mpli-décodeurs du marché,
le standard DTS n'en reste pas moins beaucoup moins représente au niveau des
disques DVD avec un rapport de 1 à 20 par rapport au Dolby Digital. Mais
DTS minimise cette différence par le fait que, contrairemenl au Dolby. La
très grande majorité de ses litres sont codés en 5.J. D'autre part, DTS a bâti
sa réputation sur une qualité sonore souvent supérieure en dynamique, due en
partie à son taux de compression inférieur. C'est aussi vrai, mais tous les amateurs savent que des contre-exemples existent parmi les titres
disponibles sous les deux standards ! Pour son application "pro", rappelons que
le son DTS ne figure pas sur le film lui-même, mais sur un CD-ROM séparé. La
pellicule ne comporte qu'un Time Code indispensable pour (a synchronisation.
C'est cette particularité, rendant le procédé non tributaire de la faible place
disponible sur la pellicule, qui permet une compression bien inférieure. À noter
aussi que ce Time Code pouvant être recopié, un seul CD-ROM peut servir pour les
copies en 16,35, voire 70 mm. Nous venons aussi que DTS a pour autre
particularité de s'intéresser de près à l'enregistrement musical.
Les extensions EX et ES
Ne pouvant pas stopper le progrès, réel ou illusoire, notre format en 5.1 se voit déjà contraint de cohabiter avec des extensions, heureusement compatibles...
Le Dolby Digital EX:
Non satisfait des simples effets surround stéréophoniques pour la bande son du film "The Phantom Menace". Lucasfilm, en
collaboration avec Dolby, développa un mode EX (Exlended) mettant en œuvre une voie centrale arrière matricée à partir des voies d'effets du 5.1. Le "THX Surround EX" venait de voir le jour, un "pseudo" 6.1. appelé même 7.1 du fait de la présence de deux enceintes arrières en parallèle selon les spécifications de THX. Le but, à l'instar de la voie centrale avant, est de rendre à la fois plus précise et plus réaliste la spatialisation des effets tout en augmentant les possibilités de panoramique vis-à-vis des voies frontales. Basé sur l'algorithme du Dolby Digital 5.1, le "'Surround EX" possède évidemment une compatibilité descendante vis-à-vis de ce dernier, mais seuls les appareils munis d'un décodeur EX et des sorties adéquates peuvent bénéficier de cette évolution somme toute assez secondaire. Dès l'origine, l'emploi du terme "Surround EX" était réservé aux appareils ayant un agrément THX Ultra. Désormais Dolby peut utiliser seul, sans l'assentiment de THX, ce procédé qu'il a rebaptisé "Dolby Digital EX".Le DTS ES:
Réponse du berger à la bergère, DTS sortait son mode ES (Extcnded Surround). mais en 6.1 discret, à savoir que la voie surround arrière est un canal numérique à part entière. Théoriquement c'est évidemment mieux, mais le problème, c'est que le DTS ES est un format domestique, le premier à ne pas être dérivé d'un format d'exploitation cinéma! Il impose donc un travail spécifique de masteri-sation en post-prod... Pour des problèmes de compatibilité, DTS a donc dû développer en parallèle un mode "ES Matrix", systématiquement présent sur les disques encodés ES et basé sur le même principe d'encodage-décodage que le Dolby EX. Là encore, seuls les préampli-décodeurs munis de la puce "Discret ES" peuvent cependant bénéficier de ce sixième canal fort peu représenté pour l'instant parmi le catalogue DVD...
Les "héritiers" analogiques du Pro Logic
Le Dolby Pro Logic II:
Fort de son expérience sans équivalent dans le domaine du matriçage, les laboratoires Dolby ont astucieusement travaillé sur une version II du "Pro Logic". Astucieux, car ce nouveau mode concerne toutes les sources stéréophoniques (et ça fait du monde!) qui peuvent alors être exploitées sans frustration sur les installations actuelles en 5.1. Par rapport au "Pro Logic"' original, on a donc un décodage stéréo des voies surround, qui plus est en fuit range (plus de filtrage à 7 kHz). Divisé en modes "Cinéma" et "Musique", le PLU autorise dune son emploi sur des sources musicales stéréophoniques, sans altération sur la dynamique et avec des réglages assez souples des balances dans le menu SetUp pour obtenir un effet spatial réaliste. Son principe matriciel limite quand même cette souplesse et le rend tributaire de l'enregistrement d'origine.
Le Dolby Headphone:
Ce processeur, que l'on commence à trouver de série sur les appareils audio-vidéo équipés d'une sortie casque, permet de bénéficier sur tout casque stéréophonique de qualité d'un environnement surround virtuel simulant jusqu'à cinq canaux. Ce traitement nommé "convolution" intègre une simulation du local choisie parmi trois options : petite salle amortie, salle moyenne claire et salle de concert. Le Dolby Headphone fonctionne sur toutes les sources audio stéréo (CD, MP3...)et multicanaux.
LeDTS Neo 6:l:
La moindre offensive commerciale de Dolby entraîne une réponse immédiate de DTS ! C'est de bonne guerre. Il a donc développé le mode :"Néo 6:1" dont le but est identique au PLU. Le petit "Plus" de DTS est la création d'un canal central arrière à partir d'une source stéréo... Personnellement l'apport ne nous paraît pas évident ! A noter que les deux modes PLU et Nco 6:1 ne donnent pas les mêmes résultats spatial à partir d'une source identique, DTS semblant apporter plus d'ampleur au détriment du réalisme...
Le procédé Arkamys:
Ce procédé n'est pas un format à part entière dans la mesure où il ne nécessite aucun décodeur lors de la lecture. Le procédé s'applique lors du mastering et son but initial est la restauration des anciennes bandes mono ou stéréophoniques pour recréer virtuellementunenvironnement mullicanal. Ce travail de spatia-lisation qui touche aussi le réalisme des informations en liaison avec l'action à l'écran, permet a posteriori d'encoder les bandes master traitées en Dolby Digital ou en DTS.
Les nouveaux formats pour l'enregistrement musical
Le SACD:
Nous ne nous étendrons pas sur le procédé DSD de Sony-Philips sur lequel nous avons déjà beaucoup écrit... Rappelons qu'il fait partie des prétendants au trône du CD Audio et que ses premiers développements datent du début des années 90 sous l'égide de la JAS (Japan Audio Society) et de l'ADA (Advanced Digital Audio). Le procédé DSD (Direct Stream Digital) numérise le signal original grâce à un convertisseur A/N Delta-Sigma en un bit échantillonné à 2,8224 MHz, soit 64 fois la fréquence de 44,1 kHz du CD Audio. Contrairement à ce dernier et au DVD Audio, il ne s'appuie pas sur la technologie PCM. Le SACD, format purement audio, offre de réels avantages technico-subjectifs: absence de filtrage (down et over-sampling) bête noire du PCM multi-bits, six canaux discrets avec une bande passante de 100 kHz et une dynamique théorique de 120 dB, une compatibilité bijective lecteur/disque grâce aux deux couches CD/HD de ses disques et des possibilités de conversion descendante du master DSD vers les autres formats multi-bits. L'année 2001 a vu l'arrivée des premiers lecteurs SACD multi-canaux et des premiers enregistrements correspondants, majoritairement compatibles stéréo HD et CD. Ils complètent un catalogue mondial qui compte actuellement 2 000 titres en stéréo. Parmi les grands noms de l'édition discographique ayant rejoint la bannière SACD citons EMI, Virgin et Universal (DG. Philips...).
Le DVD Audio:
Moins marginalisé que le SACD, le DVD Audio met pourtant beaucoup de temps à réagir, avec de gros soucis quant à ses procédés anti-copie! Sa véritable raison d'être, le 24 bits/192 kHz est pour le moment limitée à la stéréophonie et les disques inexistants... Les versions en multicanal, aux environs d'une centaine, sont limitées au 24 bits/ 96 kHz, voire 48 kHz. Le DVD Audio demande aussi un lecteur compatible, mais à l'instar de la couche CD du SACD, les éditeurs proposent sur le même disque des pistes Dolby Digital ou DTS le rendant utilisable sur les lecteurs de DVD Vidéo. Son affiliation avec ce dernier lui permet aussi d'envisager l'intégration d'images vidéo de concerts ou d'opéras, ce que ne peut pas offrir le SACD.
QUELQUES COMPLÉMENTS TECHNIQUES
Savoir décompresser - La première différence entre un CD et un DVD concerne In capacité mémoire 7,3 fois plus importante de ce dernier, les 4,7Go par couche autorisent jusqu'à 17 Go en bi-face/bi-couche sur le DVD-Ï7. Mais ce n'est qu'un début car la mise au point (un peu délicate) des diodes à laser bleu permet d'espérer les 50 Go sur un disque de 12 cm ! Une telle capacité nous projette carrément dans une autre dimension au niveau des applications envisageables... La compression des données reste cependant de mise, tant au niveau de l'image avec le fameux VBR (Variable Bit Rate) appliqué ou flux MPEG2 qu'au niveau de f'audio, en particulier sur les formats DD et DTS. Seul le PCM travaillant sur 16 ou 24 bits avec une fréquence d'échantillonnage de 48 kHz (8 canaux max.) à 96 khz (4 canaux max.) ne subit pas de compression. Mais la contre-partie est un transfert qui peut atteindre les 6,14 Mbit/s comparés au 448 kbit/s Je l'AC-3 du Dolby Digital, avec une moyenne de 384 kbit/s ! De ce point de vue, le DTS est plus gourmand avec 1536 kbit/s, ce qui sous-entend qu'il est aussi moins compressé: 4:1 contre Î4:I pour le Dolby. DTS s'appuie sur ce toux inférieur pour justifier son gain qualitatif à l'écoute.
De plus, DTS travaille sous 20 bits contre 16 bits pour Dalby, tous les deux ayant une fréquence d'échantillonnage maximale de 48 kHz (Nous n'incluons pas la nouvelle norme DTS en 24 bits/96 kHz). L'algorithme de codage du DTS, dit "Coherent Aœustic", assure aussi une gestion très souple des canaux, jusqu'à six distincts en théorie. Mais les deux formats utilisent une méthode de compression basée sur une étude approfondie des mécanismes de l'audition, en particulier sur ce que l'oreille est censée percevoir et les informations secondaires qu'elle est censée négliger ! Ce sont ses dernières qui "passent à la trappe" lors de la compression. C'est aussi ce principe par " pertes d'informations" qui a fait rejeter les formats Dolby et DTS pour le remplaçant du CD Audio. Ce qui ne veut pas dire que le DVD Audio et le SACD ne subissent aucune compression, mais ils le font théoriquement sans perte par rapport à l'original. Le signai est compacté grâce à des algorithmes spatiaux-temporels à l'enregistrement et décompressé en temps réel par le lecteur lors je la lecture du disque. Pour le DVD-Audio, cet algorithme est développé par Meridian, il est baptisé MLP [Meridian Loss less Packaged). Pour le SACD, qui possède une capacité de données de 4 700 MB (contre 780 MB pour le CD Audio), Sony a développé le DST (Direct Stream Transfert).
Le DTS:
Sans jouer vraiment dans la même cour que le SACD ou le DVD Audio, DTS fut le premier à proposer des CD multi-canaux musicaux (environ 130 titres). De plus DTS a annoncé en mai 2001 à la convention de l'AES. la sortie d'un nouveau formai en 5.1 et 24 bits/96 kHz (jusqu'à maintenant Dolby comme DTS étaient limités au 48f kHz). Ce nouveau format est logiquement compatible avec le parc de CODEC DTS existants, mais demandera une fois de plus un décodeur dédié pour la lecture de ces nouveaux disques. Les premiers titres annoncés semblent être des concerts et des œuvres musicales, preuve que DTS ne veut pas être que spectateur sur cette part de marché.
Le Label THX
Lacharte de qualités THX a été élaborée par l'équipe technique de LucasFilms dirigé par Tomlinson Holraan nu milieu des années 70, suite aux pertes qualitatives constatées lors de la projection en salle de la trilogie "Star Wors" de Georges Lucas. L'abiévialion THX rend hommage à ce dernier puisque son premier film s'intitulait THX H 38. De plus elle cadre parfaitement avec les initiales de "Tomlinson Halman eX péri ment"... Tout d'abord réservée aux professionnels du cinéma, cette certification établit un cahier des charges très stricts quant au matériel employé et sa mise en œuvre. Chaque salle agréée reçoit périodiquement la visite d'un ingénieur qui mesure et vérifie isolation, niveau, directivité, légalisation spécifique au procédé grâce au TAP (Theater Alignmetit Program}... LucosFilms remonta aussi à la source avec le "THX Digital Mastering" concernant les films eux-mêmes et leur post-pron'uction. L'image de marque aidant, la société décida d'étendre son agrément ou matériel grand public avec le "THX Home" selon le même principe de cahier des charges concernant la fabrication, la tenue en puissance, la directivité ou In bande passante, mais adapté à l'utilisation domestique.
Celle-ci impose une réégalisation des voies arrières tenant compte de leur positionnement et du faible volume d'une salle de séjour par rapport à une salle de cinéma. En mode 4.0, le canal surround subit aussi une déccrrèlntian afin d'augmenter l'effet spatial... L'évolution des techniques et des formats, avec entre autres l'apparition du ThX Surround EX, a imposé une révision de la charte qui se nomme ù présent "THX Ultra 2", étendue jusqu'à huit canaux et tenant compte désormais de la reproduction musicale en plus de celle des film;. Celle prise en compte a en particulier changer les caractéristiques de directivité verticales des enceintes et la mise en œuvre decircuits spécifiques. Le BGC [Boundary Gain Compensation] minimise l'effet "boomy" ressenti par un auditeur placé trop près du mur arrière et l'ASA (Aavnnced Speaker Arroy) optimisant l'utilisation des quatre voies surround pour la reproduction stéréophonique et multi-canol musicale. Le nouveau mode Cinéma intègre aussi cette donne, non seulement pour la reconnaissance des DVD codés en EX, mais aussi pour une spatialisation optimale des outres formats,y compris des bandes son d'origine monophoniques (adaptation de la décorrélation utilisée auparavant en 4.0).
Conclusion provisoire
Actuellement les bureaux de R&D travaillent activement sur la Haute Définition pour la TV et le DVD, la vidéo 3D pour l'image et un plus grand réalisme de l'effet spatial pour le son. Ces dernières recherches nous ont conduits à assister à des démonstrations de bandes mas-ter numériques enregistrées en 10.2! Reconnaissons que les résultais subjectifs étaient assez spectaculaires et prometteurs, mais on peut se poser la question d'une éventuelle application domestique ? Ouelque soit son support, film ou musique, le multicanal se doit de respecter l'écoute spatio-corporel de l'auditeur. L'homme donne toujours priorité à son espace auditif frontal par le fait non seulement d'une meilleure réponse et sensibilité de son oreille dans cet espace, mais aussi du fait de la prédominance de la vue sur l'audition. Tout stimuli sonore signifiant perçu par l'homme entraîne un réflexe d'appréhension visuelle pour sa reconnaissance. Cette petite digression n'est pas innocente vis-à-vis du Home Cinéma et de la reproduction musicale en multicanal. En intégrant la notion d'espace, tout stimuli sonore doit impérativement s'intégrer dans un espace subjectif acquis dont chaque partie n'a pas la même importance psychologique.
Toute erreur commise lors de la prise de son, tout remixage intempestif, tout effet spectaculaire rajouté sans discernement en post-production se traduira par une distorsion entre les structures physiques et d'accueil, donc un rejet mental de la part de l'auditeur. Cet aspect concerne essentiellement l'utilisation des voies surround, a fortiori pour la musique, mais aussi pour les bandes son des films. L'avènement des formats EX et ES n'est qu'un pas en avant dans le sens d'une plus grande souplesse technique pour les enregistrements à venir. Ce n'est qu'un petit pas, mais il prouve bien que les professionnels ont conscience que ces "subtilités'" doivent être impérativement prises en compte pour entériner définitivement le multicanal. Pour l'heure, la reproduction sonore fait déjà appel à une dizaine de formats sonores, divisés en quatre familles (Dolby. DTS, PCM, SACD) dont on ne peut que constater l'incompatibilité et la cohabitation forcée ! La constante semble être l'adoption unanime du multicanal pour celte reproduction... La stéréophonie tourne la page, ce n'est plus une surprise 1 Face à celte situation, les concepteurs de matériels s'orientent vers une polyvalence des lecteurs et un "upgrade logiciel" de plus en plus souvent prévu d'origine sur leur préampli-décodeurs... Plus prosaïquement, reste à savoir si les amateurs sont prêts à installer entre huit et dix enceintes dans leur salle de séjour, histoire de faire face à tout !
Ph.Viboud/B.Orni extrait de la Revue du Son Mars 2002
