Tout savoir le sur le son immersif au cinéma

L'avènement des technologies Dolby Atmos, DTS:X ou Auro 3D dans les salles de cinéma ajoute au traditionnel son surround une dimension verticale qui transforme l'expérience auditive de manière saisissante. Voici comment fonctionne le système audio immersif d'une salle de cinéma et de home cinéma.

Qu'est-ce que le son immersif ?

Il faut remonter aux années 1970 et à l'invention du son surround (entourant) pour trouver les racines du son immersif (enveloppant). Star Wars A New Hope est le premier long-métrage grand public à bénéficier d'un son Dolby surround, avec en plus des canaux stéréo frontaux, un troisième canal mono diffusé en salle par des enceintes supplémentaires, installées en fond de salle. Vingt ans plus tard, le Dolby Digital et le DTS portent à deux le nombre de ces canaux surround, diffusés par des paires d'enceintes positionnées de part et d'autre de chaque rang. Plus récemment, le Dolby TrueHD et le DTS HD Master audio ont ajouté deux canaux arrière supplémentaires, portant à quatre leur nombre total. Du mieux donc… mais rien de révolutionnaire. Il manquait encore quelque chose pour que le spectateur baigne totalement dans le son, car les enceintes surround sont positionnées sur un plan horizontal.

En 2012, Dolby décide avec le Dolby Atmos d'ajouter une troisième dimension à la scène sonore, verticale celle-là, en plaçant des enceintes directement au plafond des salles de cinéma. L'auditeur est ainsi plongé dans un environnement sonore riche et profite d'effets sonores inédits. À cela une raison bien simple : le son se déplace avec une précision chirurgicale et souligne l'action comme jamais auparavant.

Comment est géré le son immersif au cinéma ?

Pour découvrir comment un film est mixé en post-production, nous vous invitons à découvrir l'interview de Didier Lozahic, mixeur de nombreux films de Luc Besson et notamment Valérian et la Cité des Mille Planètes. Un film et sa piste audio sont livrés de deux manières aux cinémas de nos jours. Soit sous la forme d'un disque dur, soit au travers d'un téléchargement par fibre optique. Dans les deux cas, le fichier pèse plusieurs centaines de giga-octets pour les versions 2K, tandis que les versions 4K ou IMAX Digital dépassent le téra-octect de données. C'est le vidéoprojecteur qui transmet les données audio numériques du fichier au décodeur Dolby Atmos, DTS:X ou Auro 3D de la salle. Ce convertisseur est directement connecté aux amplificateurs de puissance des enceintes situées derrière l'écran de projection (avant gauche, centrale, avant droite et caissons de basses), des enceintes surround latérales, des enceintes surround arrière et des enceintes fixées au plafond.

Une pression sonore... colossale

Prenons l'exemple d'une salle de cinéma équipée de la technologie Dolby Atmos. Les exigences de Dolby pour certifier une salle, impliquent un niveau sonore en crête de 105 dB au point d'écoute de référence, situé au premier rang du dernier tiers de la salle. Ces 105 dB doivent pouvoir être produits par chacune des enceintes situées derrière l'écran (canaux AVG, C, AVD). Les enceintes surround logées sur les côtés de la salle et à l'arrière doivent pouvoir produire un niveau sonore de 99 dB au point d'écoute, soit 2 fois moins d'intensité que les voies frontales. Quant aux enceintes de plafond, les exigences sont très importantes : chaque rangée doit pouvoir produire 105 dB au point d'écoute de référence. Dolby recommande que le nombre d'enceintes Atmos corresponde à celui des enceintes surround. En ce qui concerne l'écran de projection, il dissimule trois enceintes et au moins un caisson de basses.

Quant aux caissons de basses logés derrière l'écran, ils doivent pouvoir produire un volume sonore de 10 dB supérieur à celui de l'enceinte centrale, sur une plage de fréquences comprise entre 31,5 Hz et 120 Hz. Dans les salles de plus de 500 places ou avec au moins 7 enceintes surround par côté, ou encore lorsque la fréquence de coupure des enceintes surround est supérieure à 80 Hz, Dolby recommande l'emploi de deux caissons de basses exclusivement dédiés aux sons surround, placés dans les coins arrière de la salle.

Des enceintes bien particulières

Les plus fortes contraintes acoustiques pèsent sur les enceintes situées derrière l'écran, même si les enceintes de plafond sont censées produire le même volume sonore au point d'écoute de référence. En effet, la distance qui sépare le point d'écoute de référence de l'écran est bien supérieure à celle qui le sépare du plafond. Dans une grande salle de cinéma, la distance entre l'écran et le point d'écoute de référence est d'environ 20 mètres, ce qui engendre une atténuation du signal sonore d'environ 25 dB. C'est énorme. De fait, chaque enceinte derrière l'écran doit pouvoir produire 130 dB de volume sonore (105+25) à 1 m et jusqu'à la basse fréquence de 40 Hz. Par comparaison, les meilleures enceintes colonne hi-fi produisent tout au plus 110 dB de niveau sonore.

Klipsch, qui fabrique d'excellentes enceintes hi-fi, équipe de nombreux cinémas dans le monde. Sa recommandation pour une enceinte principale dans une salle de 100 places (environ 100 m2), est une enceinte d'1m30 de haut sur 70 cm de large, équipée d'un haut-parleur de 38 cm et d'un pavillon pour les hautes fréquences, capables de produire 123 dB de volume sonore. Cette enceinte encaisse jusqu'à 1000 Watts de puissance en crête. Impressionnant ? Pas tant... Pour une salle de 200 places, le fabricant recommande un modèle avec deux haut-parleurs de 38 cm qui développe jusqu'à 127 dB. Et ce n'est encore rien... Le modèle KPT-Cinema Grandeur, qui répond aux contraintes de Dolby ou DTS pour une salle de 600 places, mesure 3 m de hauteur, pèse 227 kg, embarque deux haut-parleurs de 46 cm (avec pavillon arrière replié), et trois moteurs à chambre de compression sur pavillons. Le volume sonore atteint en crête 137 dB ! Exactement de quoi produire les 105 dB au point d'écoute, atténuation liée à la distance prise en compte.

Les enceintes surround d'une salle de cinéma sont plus modestes, bien qu'il soit courant de découvrir des haut-parleurs de 30 cm pour les basses fréquences. Quant aux enceintes de plafond, l'obligation de produire un très fort volume sonore au point d'écoute (autant que les enceintes de l'écran) implique d'installer des modèles vraiment très puissants.

S’agissant du caisson de basses, là encore, aucun modèle développé pour la hi-fi ou le home-cinéma ne répond aux besoins d'une salle de cinéma. Pour produire un volume sonore de plus de 130 dB jusqu'à 30 Hz, ce sont des haut-parleurs de 46 cm, souvent par paire, qui sont utilisés, parfois chargés par un pavillon replié dans l'ébénisterie. Autant dire qu'il s'agit de belles armoires, dont le poids atteint souvent 150 kg et les mensurations la paire de mètres !

Jusqu’à 4000 Watts pour une enceinte

Pour alimenter les 50 à 100 enceintes d'une salle de cinéma immersif, il faut autant d'amplificateurs. Au minimum, car les enceintes frontales sont souvent bi ou tri-amplifiées. On est très loin des puissances des amplis home-cinéma, avec 500 Watts pour une enceinte frontale à parfois 4000 Watts pour un caisson de basses. Bien entendu, enceintes et amplificateurs ne sont pas installés sans des réglages poussés. Les anomalies acoustiques de la salle de cinéma sont prises en compte. Lors des mesures, les techniciens tentent d'obtenir une courbe de réponse équivalente au standard X-Curve. Les fréquences au-delà de 3 kHz sont ainsi atténuées, pour que, réflexions de la salle prises en compte, la restitution soit linéaire au point d'écoute de référence.

Comment est structuré un fichier audio immersif ?

Que contient exactement un fichier audio immersif pour le cinéma ? Prenons à nouveau l'exemple du Dolby Atmos. Le fichier intègre de 5 à 7 pistes audio traditionnelles (24 bits / 48 kHz), une piste de grave (LFE, .1), rigoureusement identiques à celles d'un fichier Dolby TrueHD. Ces pistes sont ainsi compressées sans aucune détérioration. S'ajoutent à ces pistes deux canaux surround de plafond (gauche et droit), joués tout au long du film et qui comprennent des musiques ou sons d'ambiance. Deux pistes supplémentaires d'échantillons sonores (l'une mono, l'autre stéréo) contiennent des échantillons audio (jusqu'à 118) : ce sont les fameux objets audio. Enfin, le fichier embarque les métadonnées de positionnement dans la scène sonore des objets. Au total, les objets sonores et les métadonnées de positionnement représentent en moyenne 15 % du poids total du fichier Dolby Atmos. Il s'agit d'une moyenne communiquée par Dolby et tout dépend en réalité de la quantité et la taille des objets sonores utilisés lors du mixage.

Quels sont les films disponibles et où les visionner ?

Les sites officiels de Dolby, DTS et Auro 3D proposent une liste des films mixés avec son immersif. C’est souvent le cas des blockbusters américains, mais pas seulement, puisque les films produits par EuropaCorp sont également proposés dans ce format. Quant aux salles de cinéma avec son immersif, il n’en existe bien souvent qu’une par cinéma multiplexe. Quelques vérifications s’imposent avant d’acheter son billet. Fin 2016, un total de 500 films étaient mixés en Dolby Atmos.

Le son immersif à la maison

Les formats audio Dolby Atmos et DTS:X sont présents sur disques Blu-ray et Blu-ray UHD 4K. Surprise, ce ne sont pas uniquement les films sortis ces cinq dernières années qui sont proposés, mais également des films plus anciens, qui ont fait l'objet d'un nouveau mixage immersif (Le 5e Élément, Léon, Dracula, etc.). Dans le cas du Dolby Atmos, Netflix propose également des films avec piste audio Atmos. En raison d'évidentes contraintes de bande passante (2 h d'audio pèsent 5 Go), la couche Atmos n'est pas intégrée à un flux lossless Dolby TrueHD, mais à un flux Dolby Digital + (compressé avec perte). Outre le gain en bande passante (facteur 10), un flux Dolby Atmos avec noyau DD+ peut être transmis par HDMI ARC à un amplificateur compatible. Ce n'est pas possible avec le Dolby Atmos à noyau TrueHD et il faut alors brancher le lecteur Blu-ray directement à l'amplificateur home-cinéma.

Un amplificateur home-cinéma compatible Dolby Atmos et DTS:X est nécessaire pour profiter du son immersif avec enceintes de plafond. Depuis l'été 2017, les fabricants proposent des amplis à 5 canaux compatibles son immersif, avec une configuration dite 3.1.2 (G,C,D, Atmos/DTS:X G et D, LFE). Dans ce cas, les canaux surround traditionnels sont émulés par les enceintes de plafond. Plus conventionnellement, on préférera un ampli à 7 canaux, capable d'une configuration 5.1.2 (G,C,D,SR G, SR D, SR AG, SR AD et Atmos/DTS:X G et D). Pour une configuration avec 4 enceintes de plafond (5.1.4), un ampli à 9 canaux est requis.

Quelles enceintes utiliser chez soi ?

Idéalement, ce sont des enceintes de plafond qui doivent être installées. Autrement dit, des enceintes de faible profondeur fixées au plafond, ou bien des enceintes encastrables. Si seulement deux enceintes de plafond sont utilisées, celles-ci seront idéalement positionnées au-dessus des auditeurs. Les enceintes surround pourront être positionnées sur le même axe et/ou bien derrière le point d'écoute. Lorsque quatre enceintes de plafond sont utilisées, il est recommandé de placer la seconde paire à mi-distance entre la paire située au-dessus de l'auditeur et l'image.

Faute de pouvoir installer des enceintes au plafond, on peut utiliser des enceintes Dolby Atmos (également pour le DTS:X) à poser sur les enceintes avant gauche et droite. Celles-ci sont orientées vers le plafond et étalonnées (fréquences médiums renforcées) pour qu'un son équilibré parvienne au point d'écoute, après réflexion.