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La jungle du surround : THX, DTS et Dolby

14/8/2018

Traduction : traduction automatique

Saviez-vous que THX n'est pas un format surround ? Vous arrive-t-il de vous demander ce qui se cache derrière un terme surround particulier ? Et puis, que sont les objets audio, comment fonctionne le surround virtuel et qu'est-ce qu'un codec ? Autant de questions que vous n'aurez bientôt plus à vous poser.

Si vous souhaitez avoir un aperçu rapide des technologies surround et de leurs caractéristiques, vous trouverez ci-dessous des tableaux avec toutes les informations en un coup d'œil. J'ai rassemblé des données sur les formats Dolby et DTS. Sinon, je suis heureux de vous emmener dans un voyage technologique chronologique qui commence à la Renaissance, après une brève introduction sur l'audition
.
En anglais, lorsque vous êtes entouré ou que quelque chose vous entoure, vous êtes "surrounded" par quelque chose. Dans le cas du son ambiant, vous êtes entouré de son. Le son surround est donc le nom donné aux enregistrements sonores qui créent techniquement une impression de spatialisation du son.

L'audition spatiale - comment fonctionne notre ouïe

L'audition humaine est assez sophistiquée. Ainsi, il évalue les différences de temps de parcours et de niveau entre les deux oreilles pour déterminer la direction d'incidence latérale du son. Les résonances du pavillon de l'oreille et du conduit auditif externe déterminent si le son provient de l'avant, de l'arrière, du haut ou du bas. La distance d'une source sonore est basée sur l'expérience. Pour cela, nous utilisons et évaluons des modèles de réflexion et des timbres issus de notre mémoire.

Bien sûr, cette explication ne fait qu'effleurer la surface et ne reflète pas vraiment la complexité et la profondeur de ce sujet. Mais nous n'avons pas besoin d'aller plus loin. Ce qui est important pour la compréhension, c'est qu'au départ, il y a la biologie de l'homme et que toute technique surround se base sur les connaissances de la biologie et de la physique.

D'accord, je me corrige moi-même : Au départ, il y a un rêve. Une idée qui inspire suffisamment pour que quelqu'un ose transformer le rêve en réalité. Et c'est exactement ce qui s'est passé entre 1500 et 1600 à Venise avec l'idée du son surround.

Les techniques du surround : De la fin de la Renaissance à 2015

Les premiers sons surround sont apparus dès la fin de la Renaissance. En Italie, la polychoralité dite vénitienne est apparue au milieu du XVIe siècle. L'architecture de l'église et son espace, avec ses niches et ses galeries, étaient déjà pris en compte dans la composition et l'homme était littéralement placé au centre de l'art. Les chœurs et les instruments étaient placés tout autour du public. La musique prenait ainsi une nouvelle dimension, ce qui explique pourquoi la polychoralité vénitienne a été et est toujours appréciée bien au-delà de l'Italie.

Il fallut attendre longtemps avant que les gens puissent faire l'expérience de cette nouvelle dimension de l'écoute chez eux. Plus de 400 ans plus tard, le Dolby Stereo a été introduit en 1975. C'était le précurseur de la première technologie surround à domicile. Pour la première fois, le cinéma pouvait proposer, en plus des canaux stéréo, un haut-parleur central et un canal d'ambiance (Center Rear). Cette technique a ensuite été reprise pour le home cinéma et commercialisée en 1982 sous la forme du Dolby Surround.

Représentation de la répartition des canaux en Dolby Stereo (4 canaux), Dolby Surround (4 canaux) et Dolby Surround Pro Logic (5 canaux). En Dolby Stereo et Dolby Digital, lors de la mise en œuvre d'une configuration surround, le canal central arrière était généralement réparti sur deux enceintes.
Source : wikipedia.org

Codage matriciel : le son spatial à partir d'un signal stéréo anaologique

La particularité des premiers formats surround de notre époque est que les pistes sonores supplémentaires (centre et centre-arrière) sont intégrées dans un signal stéréo analogique (codage matriciel). De plus, le signal analogique de cette technique est également rétrocompatible. Cela signifie que vous pouvez lire une bande sonore avec Dolby Surround ou une version Dolby Surround Pro Logic en stéréo. Les informations des pistes supplémentaires sont intégrées de manière suffisamment intelligente dans les deux pistes existantes pour ne pas gâcher le son de la stéréo pure.

L'encodage matriciel fait appel à diverses techniques que seuls un physicien et un biologiste (voire un psychologue) peuvent comprendre complètement ensemble. Par exemple, le canal central arrière est codé avec un déphasage de 180 degrés. En outre, certaines plages de fréquences sont limitées pour éviter toute altération acoustique. Le décodeur (amplificateur) attribue les signaux au canal correct à l'aide d'une matrice adaptative.

Cette technique n'est malheureusement pas sans perte, car le principe de la séparation des canaux est simplement simulé.

Le monde a besoin de codecs : la naissance du Dolby Digital et du DTS

Par codec, on entend un algorithme qui encode ou décode numériquement des données ou des signaux. Par exemple, il convertit un CD au format audio RAW PCM en fichiers MP3. Ou décode les fichiers MP3 pour les lire.

Il existe des codecs sans perte (par exemple, DTS-HD Master Audio, Dolby TrueHD) et des codecs avec perte. Avec pertes signifie que le codec procède également à une réduction de la dynamique et à une compression des données lors du processus d'encodage des signaux analogiques. Il en résulte des pertes de qualité, qui sont plus ou moins bien perçues selon la méthode de compression et le débit binaire.

Les premiers formats surround utilisant des codecs avec perte ont été Dolby Digital (1992, Dolby Laboratories Inc.), DTS (1993, DTS Inc.) et le format SDDS (1993) de Sony Corporation, développé uniquement pour le cinéma. Dolby Digital et DTS sont encore largement utilisés aujourd'hui. Contrairement aux formats sonores analogiques à codage matriciel, ces techniques enregistrent tous les canaux individuellement. Pour les personnes ayant une audition normale, il est difficile de faire la différence avec les formats audio sans perte. Toutefois, cela dépend également de l'équipement utilisé. Notamment de la qualité des haut-parleurs. Et c'est là que le THX entre en jeu, entre autres.

THX : Non, ce n'est pas un format surround!

Le THX est un ensemble de normes différentes pour le son et l'image. Il s'agit d'un label de qualité commercial. Les certifications THX visent à garantir une norme de qualité uniforme. Elles doivent garantir que le son vous parvient tel que l'ingénieur du son le souhaite. Ou que vous voyez l'image telle que le réalisateur l'a imaginée.

La société THX Ltd. a été fondée en 1983 par George Lucas et appartient aujourd'hui au fabricant d'accessoires informatiques Razer. Les certifications THX sont devenues rares dans le domaine du cinéma, car les coûts de licence seraient très élevés. Jusqu'en 1999, il n'existait qu'une seule certification THX. Depuis, il existe des certifications THX-Ultra pour les grandes salles et des certifications THX-Select pour les petites et moyennes salles (usage domestique). Les certifications ne se distinguent pas par le son, mais par les performances. Outre les haut-parleurs, les caissons de basses et les récepteurs, d'autres appareils, comme les cartes son, sont également certifiés (THX Certified Multimedia).

Attention : si un appareil n'est pas certifié, cela ne signifie pas qu'il ne peut pas avoir la qualité d'image ou de son d'un appareil certifié. Cependant, on peut supposer qu'un appareil certifié offre un certain standard.

Construction d'une installation surround

En plus du contenu et de l'appareil de lecture, vous avez besoin d'un amplificateur qui prend en charge les formats surround correspondants et qui les traite et les restitue en fonction de la configuration de vos haut-parleurs. Une configuration classique 5.1 possède deux enceintes avant (avant droite et gauche), une enceinte centrale entre les deux, deux enceintes surround (latérales droite et gauche à hauteur des spectateurs/auditeurs) et un caisson de basses (canal LFE) pour les basses fréquences jusqu'à 100 Hz. Le tympan ne peut d'ailleurs pas vraiment localiser les basses profondes. Néanmoins, nous avons l'impression que les picotements dans l'estomac proviennent d'une certaine direction. Avec les informations visuelles de ce qu'il voit, le cerveau attribue la source des basses
.

Construction d'une configuration 5.1 classique.
Source : denon.com

Que vous ayez un système 5.1 ou un système avec plus d'enceintes ; l'important est de placer les enceintes autour de l'auditeur de la manière la plus symétrique possible. De manière optimale, en forme de cercle. Cependant, il est tout sauf facile de configurer un système surround de manière à ce que le son soit authentique à l'enregistrement. Les murs et autres objets de la pièce peuvent faire en sorte qu'une partie du son soit absorbée ou renvoyée. Cela affecte l'image sonore.

Mais il existe aussi des techniques qui exploitent le phénomène de la réverbération. Les formats relativement récents Dolby Atmos et DTS:X prennent également en charge les haut-parleurs en hauteur, ce qui permet par exemple au son de l'avion dans le film de provenir réellement du haut. Cela peut se faire soit avec des haut-parleurs placés à des endroits appropriés, soit avec des haut-parleurs à encastrer. Il s'agit de modules compacts pour les enceintes sur pied qui transmettent le son à l'auditeur par réflexion au plafond.

Construction d'une configuration 7.1.4 (avec quatre haut-parleurs en hauteur). Pour une configuration 7.2.4, il faudrait ajouter un deuxième caisson de basses.
Source : denon.com

Représentation d'une configuration avec des haut-parleurs upfiring.

Objets audio

Contrairement aux modules de bossage, les objets audio ne sont pas des choses physiques. Ce serait trop beau ... ou trop dangereux. Raclement de gorge ... Quoi qu'il en soit, nous parlons ici d'objets placés virtuellement, dont nous devons finalement entendre le son. Le surround basé sur les objets se retrouve dans les technologies Dolby Atmos (2012) et son concurrent DTS:X (2015).

A la différence du son surround orienté canal, le son surround orienté objet n'est pas stocké en fonction des canaux. Ici, les objets sont envoyés dans l'espace. Les coordonnées et le son des objets sont affectés aux canaux nécessaires par l'amplificateur ou le lecteur. Pour que la mouette puisse tourner au-dessus de vous et que vous en soyez averti, il faut d'abord calculer quels haut-parleurs de la configuration actuelle doivent diffuser quel son à quel moment et à quel volume. Tout est clair ? :)

Le son surround orienté objet a le grand avantage d'être détaché d'une configuration de canaux spécifique. Vous pouvez théoriquement l'utiliser pour alimenter un nombre infini de canaux. Cependant, comme le son orienté canal, il est lié à un emplacement d'écoute fixe. Si vous êtes assis au bord d'une salle de cinéma, vous n'entendrez pas le mixage parfait, même avec un son orienté objet. Ce problème pourrait être résolu par un son orienté objet associé à un système sonore basé sur la synthèse par champ d'ondes.

Virtual Surround

Le surround virtuel consiste à simuler un son spatial à l'aide de deux haut-parleurs ou d'un casque stéréo. Cela ne signifie pas pour autant qu'il faille sacrifier la qualité. Le premier surround virtuel était déjà disponible en 2001 avec Dolby Headphone et en 2002 avec Dolby Virtual Speaker. DTS propose les techniques DTS Surround Sensation (2008) et DTS Headphone:X (2015)
.
Le surround virtuel est basé sur des algorithmes HRTF. HRTF signifie "Head Related Transfer Function" (fonction de transfert de l'oreille externe) et décrit les processus par lesquels le son est influencé par notre propre audition. Ce qui nous ramène aux différences de temps de propagation et de niveau, ainsi qu'aux résonances des pavillons de l'oreille et du conduit auditif, mentionnées au début de cet article.

Si, dans un film, on entend un orgue de Staline et que le côté droit de votre casque reproduit ce son plus fort que le côté gauche, votre ouïe aura l'impression que l'on tire du côté droit. Si vous voulez que ce son donne l'impression de provenir d'une direction particulière (en haut, en bas, devant ou derrière), le niveau sonore est augmenté par rapport aux autres fréquences.

Si vous souhaitez en savoir plus sur le Virtual Surround, je vous recommande l'article suivant de Philipp Rüegg: [[marketingpage:5875]]

Tableaux comparatifs des technologies surround

Ces listes sous forme de tableaux, compilées à la main, contiennent des informations sur tous les formats surround de Dolby Laboratories Inc. et DTS Inc. jusqu'en 2015 et sont classées par année de lancement de la technologie. Vous trouverez une liste pour Dolby et une autre pour DTS.

Technologies surround de Dolby Laboratories Inc.

Technologie Surround (année de lancement)	Domaine d'application	Codec ou technologie appliquée	Nombre de canaux	Arrangement des canaux	Orienté canal ou objet.
Dolby Stéréo (1975)	Cinéma	Signal analogique stéréo avec codage matriciel (avec perte)	4 (à partir de 2 pistes audio avec encodage matriciel)	Left Front, Center, Right Front, Center Rear	Orienté canal
Dolby Surround (1982)	Cinéma à domicile	Signal analogique stéréo avec codage matriciel (avec perte)	4 (à partir de 2 pistes audio avec encodage matriciel)	Left Front, Center, Right Front, Center Rear	Orienté canal
Dolby Surround Pro Logic (1987)	Cinéma à domicile	Signal analogique stéréo avec codage matriciel (avec perte)	5 (à partir de 2 pistes audio avec encodage matriciel)	Avant gauche, centre, avant droit, arrière gauche, arrière droit	Orienté canal
Dolby Digital (1992)	Cinéma et home cinéma	AC-3 (avec perte)	5.1	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
Dolby Digital EX (1999)	Cinéma et home cinéma	AC-3 (avec perte)	6.1 (extrapolé à partir des pistes audio 5.1)	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, arrière central, LFE (subwoofer)	Orienté canal
Dolby E (1999)	Montage vidéo (chaînes de télévision)	Dolby E (presque sans perte)	jusqu'à 7.1	Différents	Orienté canal
Dolby Surround Pro Logic II (2000)	Cinéma à domicile	Signal analogique stéréo avec codage matriciel (avec perte)	5.1 (à partir de 2 pistes audio avec encodage matriciel)	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
Casque Dolby (2001)	Casque (Virtual Surround)	Dolby Headphone DSP	jusqu'à 7.1	Casque stéréo (Virtual Surround)	Orienté canal
Dolby Virtual Speaker (2002)	Home cinéma (Virtual Surround avec haut-parleurs stéréo)	Dolby Virtual Speaker DSP	5.1	Haut-parleurs stéréo (Virtual Surround)	Orienté canal
Dolby Surround Pro Logic IIx (2003)	Cinéma à domicile	Signal analogique stéréo avec codage matriciel (avec perte)	6.1 ou 7.1 (à partir de 2 pistes audio avec encodage matriciel)	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, arrière gauche, arrière droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
Dolby Digital Plus (2005)	Cinéma et home cinéma	E-AC-3 (avec perte)	7.1	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, arrière gauche, arrière droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
Dolby Digital Live (2005)	PC (encodage en temps réel pour les applications multimédia et les jeux)	AC-3 (avec perte)	5.1	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
Dolby TrueHD (2007)	Cinéma à domicile	Dolby TrueHD (sans perte)	5.1 ou 7.1 canaux. Jusqu'à 8 canaux et 20 objets à une fréquence d'échantillonnage de 96 kHz. Jusqu'à 6 canaux à une fréquence d'échantillonnage de 192 kHz.	Différents	Orienté canal et/ou objet
Dolby Surround Pro Logic IIz (2009)	Cinéma à domicile	Signal analogique stéréo avec codage matriciel (avec perte)	7.1.2 (à partir de 2 pistes audio avec encodage matriciel)	Avant gauche, Centre, Avant droit, Hauteur avant gauche, Hauteur avant droite, Surround gauche, Surround droit, Arrière gauche, Arrière droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
Dolby Atmos (2012)	Cinéma et home cinéma	Son surround orienté objet : Dolby TrueHD (sans perte) ou Dolby Digital Plus (avec perte)	Selon la configuration utilisée	Variable (les haut-parleurs en hauteur sont également pris en charge)	Orienté objet
Dolby AC-4 (2015)	Cinéma à domicile	AC-4 (avec perte)	jusqu'à la version 7.1.4 (7 objets audio pris en charge)	Différents	Orienté canal et/ou objet

Technologies surround de DTS Inc.

Technologie Surround (année de lancement)	Domaine d'application	Codec ou technologie appliquée	Nombre de canaux	Arrangement des canaux	Orienté canal ou objet.
DTS (1993)	Cinéma et home cinéma	DTS (avec perte)	5.1	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
DTS 70 mm (1994)	Cinéma	DTS Time Code sur film 70 mm et unité de lecture DTS (CD-ROM)	5.1	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
DTS Neo:6 (1999)	Cinéma à domicile	DSP DTS Neo:6	jusqu'à 7.1 (extrapolé à partir de pistes audio 2.1, 5.1, 6.1 ou 7.1)	Différents	Orienté canal
DTS-ES (1999)	Cinéma à domicile	DTS-ES Matrix ou DTS-ES Discrete 6.1 (avec perte)	6.1 (soit en tant que pistes audio 5.1 extrapolées, soit directement à partir de matériel source 6.1)	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, arrière central, LFE (subwoofer)	Orienté canal
DTS-96/24 (2001)	Cinéma à domicile	DTS 96/24 (sans perte)	5.1	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
DTS Connect (2004)	PC (encodage en temps réel pour les applications multimédia et les jeux)	DTS (avec perte)	5.1 ou 7.1	Avant gauche, centre, avant droit, surround gauche, surround droit, LFE (caisson de basses)	Orienté canal
DTS-HD Master Audio (2004)	Cinéma et home cinéma	DTS-HD Master Audio (sans perte)	jusqu'à 7.1 (9 objets audio pris en charge)	Différents	Orienté canal et/ou objet
DTS-HD Haute Résolution Audio (2004)	Cinéma et home cinéma	DTS-HD High Resolution Audio (avec perte)	jusqu'à 7.1	Différents	Orienté canal
DTS Surround Sensation (2008)	Casque ou haut-parleurs pour PC (Virtual Surround)	DTS Surround Sensation DSP	5.1 (extrapolé à partir de 2 pistes audio)	Casque ou haut-parleurs stéréo (Virtual Surround)	Orienté canal
DTS Neo:X (2011)	Cinéma à domicile	DSP DTS Neo:X	7.1.4 (à partir de 2.1, 5.1, 6.1 ou 7.1) ou downmixing en 5.1 ou 7.1	Avant gauche, Centre, Avant droit, Hauteur avant gauche, Hauteur avant droite, Surround gauche, Surround droit, Arrière gauche, Arrière droit, Hauteur arrière gauche, Hauteur arrière droite, LFE (Subwoofer)	Orienté canal
DTS:X (2015)	Cinéma et home cinéma	Son surround orienté objet : DTS-HD Master Audio (sans perte) ou DTS-HD High Resolution Audio (avec perte)	Selon la configuration utilisée	Variable (les haut-parleurs en hauteur sont également pris en charge)	Orienté objet
DTS Neural:X (2015)	Upmixer pour les contenus codés Dolby et DTS ou PCM	DTS-HD (avec perte)	Selon la configuration utilisée	Variable (les haut-parleurs en hauteur sont également pris en charge)	Orienté canal
DTS Headphone:X (2015)	Casque (Virtual Surround)	DSP DTS Headphone:X	jusqu'à 7.2.4 canaux	Casque stéréo (Virtual Surround)	Orienté canal et/ou objet

Le bilan du surround en conclusion

J'espère sincèrement que mes tableaux ne vous ont pas assommé et que toutes ces informations vous ont permis de vous orienter dans la jungle du surround. Vous sourirez peut-être à l'avenir lorsque vous découvrirez que votre smartphone est compatible avec le Dolby Atmos. Beaucoup de choses dans le monde du surround sont avant tout importantes pour le marketing. Un autoradio avec un autocollant THX a plus de chances d'être acheté que celui qui n'en a pas.

Nous ne savons pas exactement ce que l'avenir nous réserve. Comme THX fait désormais partie de Razer, j'imagine que les cinémas certifiés seront bientôt équipés de LED sur chaque siège, ce qui permettra d'accompagner ce que l'on voit avec des effets de lumière appropriés, à la manière d'Ambilight.

En ce qui concerne les technologies surround, j'espère que la synthèse de champ d'ondes sera bientôt disponible en masse. Avec cette technologie, tout le monde dans la pièce entendra exactement la même chose, où qu'il soit. La meilleure qualité pour tous.

Mise à jour du 17 août 2018

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Martin Jud

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martin.jud@digitecgalaxus.ch

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