5 Dolby SR Dolby E DTS et norme THX

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Formats son pour le cinéma historique…

Léon Gaumont avec son Chronophone avait exploité le cinéma sonore avec un asses bon synchronisme mais le premier film à sonore (on dit parlant) est le Chanteur de jazz en 1927. Le son est inscrit de manière optique sur le bord de la pellicule. Une lampe éclaire cette piste optique et l’intensité lumineuse est transformée en un signal électrique par une cellule photoélectrique (voir schéma). En 1931 Alan Blumlein met au point l’enregistrement de deux pistes optiques distinctes. Le premier film stéréo, Blanche Neige de Disney, date de 1937.

Par la suite l’écran s’agrandit. L’arrivée de la télévision en est, sans doute, un déclencheur déterminant. Avec les grands écrans arrivent le CinémaScope et les grands formats tels que le 70 m/m. On innove pour convaincre de plus en plus le spectateur de sortir vers les salles obscures. Le son suit évidemment la tendance. Déjà, on utilise un grand nombre de hautparleurs afin de couvrir toute la salle et d’entourer le spectateur et on se retrouve devant les dilemmes de la sonorisation de vastes audiences : intelligibilité, homogénéité de couverture et localisation pour tous.
Le 70 m/m offre six pistes magnétiques : cinq canaux derrière l’écran et un surround autour de la salle sont utilisés. Le 35 m/m n’a que deux pistes optiques, mais certaines salles n’ont pas hésité à synchroniser des défileurs son supplémentaires avec le projecteur. Un canal de bande passante limitée était réservé pour entourer la salle… Cette piste au départ nommée canal d’effet est l’ancêtre du canal surround. Parmi les précurseurs dans l’utilisation de ces systèmes, on trouve le Fantasia de Disney en 1940, produit en quatre pistes optiques. Un lecteur audio adapté a été développé par RCA pour le « Fantasound ».

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Bobines 35mm cinema    Photo

Le Dolby Stéréo

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Les laboratoires Dolby développent le Dolby Stéréo en 1976. C’est un système de matriçage/ dématriçage analogique des canaux son, permettant de stocker 4 canaux sur les 2 pistes optiques du film 35 mm. Le dématriçage s’effectue en salle. Le signal Dolby Stéréo (Lt/Rt) est le résultat du matriçage sur les deux pistes du support.

Le Dolby Stéréo repartit ses canaux en gauche, centre, droite et surround. Typiquement le cinéma utilise trois H.P. derrière l’écran et une piste diffusée sur un grand nombre de H.P. entourant le spectateur. Un décodage optionnel du sub-bass (sans piste dédiée) est aussi propose. En général, la répartition est la suivante : centre = dialogues ; gauche, droite = musiques, bruitages, effets stéréophoniques ; surround = ambiances.

Lors du dématricage, une adaptation a la salle (égaliseurs, retards…) est effectuée pour permettre de restituer les messages sonores en fonction de leur rôle. Le canal surround, par exemple, est retardé de 15 à 25 ms pour éviter les inversions avant/arrière dues a l’effet de précédence ou effet Hass. Il n’apporte qu’une ambiance et n’est pas facteur de localisation.

Encodage : Les deux canaux enregistres sur le support sont appelés Lt et Rt (Gauche totale et Droite totale). Le canal S subit préalablement : un filtrage passe bande entre 100 Hz et 7 kHz, une réduction de bruit de type Dolby B, une réduction de gain de 3 dB et un déphasage de 90°.

Décodage : Le procédé est inverse : le canal S est filtré, passe par le décodeur Dolby B puis il est retarde de 15 à 25 ms selon la salle.

Le premier film a utiliser deux canaux surround sépares fut Apocalypse Now de Coppola en 1979.

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Le Dolby Pro Logic vers 1987 apporte une amélioration : il décode le canal central de façon indépendante. Il ajoute, de plus, divers traitements actifs de séparation des canaux. Il est utilisé aussi bien pour le cinéma que les systèmes domestiques.  Le Pro Logic II permet de décoder les voies arrière en pseudo stéréo (décorrélation).

Photos : Projecteur 35mm   Bobine 35mm

photos © Christophe-Luc

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En 1988 apparait le format IMAX qui permet 6 pistes audionumériques linéaires. Ce format deviendra l’IMAX 3D (version 10 pistes) en 1993. Son utilisation est réservée a des applications de projections hémisphériques (Géode, Dôme…).

1990, Eeastman Kodak invente le système audionumérique Cinéma Digital Sound (CDS). Le informations sonores audionumériques compressées sont enregistrées a la place des deux pistes optique analogiques. Ce système cèdera sa place au Dolby Digital

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Dolby Digital ou Dolby SRD

Le Dolby Diogital permet d’encoder  6 canaux sonores indépendants et d’ inscrire les informations entre les perforations sur la pellicule 35mm, avec une fe de 48 kHz et  un taux de transfert de 640 kbit/s.  La norme AC3 est le procédé de compression numérique retenu. Comme le  Dolby Digital utilise ce principe de codage,  on le désigne parfois sous ce nom.

Dolby-Digital-150x112L’AC3 ou Audio Coding 3 permet de ramener respectivement les debits sonores entre 32 et 640 Kilo bits par seconde (kbps) en fonction du nombre de canaux. Actuellement, les debits typiquement utilises sont le 384 kbps pour le Dolby Surround AC3 5.1, et le 192 kbps pour la distribution stéréo.

Les 6 canaux sont disposés comme suit :

- 5 canaux qui utilisent la totalité de la bande passante (20 Hz à 20 kHz) : avant gauche, central, avant droit, arrière gauche et arrière droit qui

-1  canal qui utilise seulement les extrêmes graves (en dessous de 120 Hz) pour alimenter un caisson de grave couramment appelé subwoofer.

Batman Returns a été le premier film utilisant la technologie Dolby Digital 1992.

Mode emploi du CP650 DOLBY

Dolby Digital EX

Le Dolby Digital EX est un format de diffusion 6.1. (L, C, R, Ls, Cs, Rs, LFE) Inventée en 1999 à la demande de Gary Rydstrom, pour Star Wars Episode I- La menace fantôme. Identique au 5.1, pour les voies Gauche, Centre, Droite avant (LCR) mais différent du 5.1 sur les deux voies surround (arrières) Ls et Rs (left surround et right surround). Le format 5.1 discret devient 6.1 discret. Pour les canaux arrières on utilise un matriçage  LtRt  : les trois voies sont matricées deux canaux. Le Dolby Digital EX est totalement compatible avec une reproduction 5.1. Bien que supérieur dans sa gestion de l’espace sonore.

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Le Dolby Digital Plus :

Le Dolby Digital Plus permet un débit plus important (jusqu’à 6.144 Mbit/s), plus de canaux audio (jusqu’à 14 canaux en 13.1) et une meilleure compression. Le CODEC utilisé es le E-AC-3  . Très important : il est   »compatible » avec le matériel AC-3 dans la mesure où un décodeur Dolby Digital Plus est capable de fournir une sortie au format AC3 sur SPDIF. Ainsi le materiel (principalement les amplis audio/video) capables de décoder de l’AC3. Il faut absolument avoir un décodeur AC3+. Un décodeur AC3 ne décode pas d’AC3+.

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Dolby TrueHD,

Développé par Dolby Laboratories il se base sur le codec audio de Meridian. Il a pour but d’être utilisé dans les périphériques compatibles HD DVD et Blu-ray. TrueHD supporte 24 bit, 96 kHz avec un débit de 18 Mbit/s sur 14 canaux (HD DVD et Blu-ray Disc standard limitent ce nombre de canaux à huit). La technologie qualifiée de « lossless » c’est-à-dire sans aucune perte de qualité.

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Le DTS ou Digital Theater System

• 1990 Fondation de DTS par l’entrepreneur  scientifique Terry Beard.
• 1993 Introduction par DTS du Son numérique DTS, procédé d’ajout d’un code temporel propriétaire sur la copie du film, permettant de synchroniser la lecture de cédéroms comportant une piste encodée de restitution numérique 5.1. La piste son est restituée par cinq enceintes pleine gamme et un
caisson de basse. Des investisseurs, dont Universal Studios et Steven Spielberg, financent DTS.
• 1996 DTS lance DTS Coherent Acoustics, architecture audionumérique modulable propriétaire, compatible avec un large spectre d’appareils numériques grand public et de formats multimédias. L’entreprise commence à incorporer sa technologie aux produits audio grand public et professionnels.
• La DTS Cinema Division lance le Processeur cinématographique DTS-6AD et le décodeur DTS-ES.

historique : c’est Jurassic Park qui marque les débuts du DTS.

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Le Digital Theater System permet d’encoder six canaux comme le système Dolby Digital mais avec un taux de moins important. Le procédé de compression numérique pour le son est le « Coherent Acoustics« .

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Comme pour le Dolby EX, le DTS ES permettent d’ajouter un canal central arrière c’est donc un format capable de restituer 6.1 canaux audio discrets. Il existe divers formats :  le DTS-ES discrète ou matrix selon si la ou les voies arrière sont matricées.

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Pour le DTS, il n’y a plus d’inscription sur la pellicule :  les données sont gravées sur un support optique. Si on projette encore en analogique on utilise un code temporel propriétaire ajouté sur la copie du film pour se synchroniser avec les cédéroms. Le DTS XD10 permet de lire ces cédéroms : voir photo.

 Photo DTS XD 10

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Le DTS HD Master Audio ou DTS HDMA

C’est le nouveau codage  développé par les laboratoires DTS. Il permet une reproduction du son sans perte (lossless) sur 8 canaux : Deux canaux avant, un canal central, deux canaux arrières, deux canaux latéraux, un canal actif pour le caisson de basses.Au-delà de l’ajout de deux canaux supplémentaires par rapport au DTS classique ou un canal supplémentaire par rapport au DTS-ES, c’est la qualité de l’encodage et surtout son débit qui ont été améliorés. Le format est dit « lossless », c’est-à-dire sans perte de qualité due à la compression du son. Le DTS HD Master Audio peut délivrer huit canaux à 192 kHz en 24 bits (lossless). On parle ici d’un débit variable autour de 25 Mbits/s.

En Home cinéma, pour profiter de cette nouvelle norme de codage, il faut disposer d’un amplificateur Home Cinema compatible. Ce nouveau format a été développé pour les derniers supports Haute Définition, le Blu-Ray

Le SDDS (Sony Dynamic Digital Sound).

Le SDDS est un système de codage audiophonique mis au point par la société Sony. Le son est enregistré (sous forme numérique) sur les deux bords extérieurs de la copie 35 mm du film : position 2 en vert sur le schéma ci-dessous. Le système prend en charge jusqu’à 8 canaux sonores indépendants : 5 canaux avant, 2 canaux surround et un canal LFE. Cette disposition est similaire au format magnétique sonore du 70 mm, et est surtout utile pour les écrans de cinéma très grands.

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La compression utilisée est l’ATRAC pour Adaptive Transform Acoustic Coding, dévéloppée par Sony.

Norme de Diffusion THX

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Le THX pour Tomilson Holman eXperiment, est une  norme pour la diffusion du son dans les salles de cinéma. Apparu avec Le retour du Jedi de Georges Lucas, le THX doit son nom à son concepteur, Tomlison Holman travaillant chez Lucasfilm. Le X peut aussi exprimer crossover (filtre en français).

THX-Salle-mur-150x93    THX-mur-2-vue-arri%C3%A8re-dun-mur-type-THX-avec-mat%C3%A9riaux-absorbants-et-enceintes-cin%C3%A9ma-en-bi-amplification-active-Klinger-Favre-150x113  Photos THX.

Cette norme reprend toutes les caractéristiques de la salle : niveau de bruit de fond, temps de réverbération, et multi-amplification. Il a surtout introduit la construction d’un mur acoustique derrière l’écran. Ce mur, qu’on appelle désormais mur THX, sépare les sons qui partent vers l’arrière de ceux qui partent vers l’avant. Cette technique évite les perturbations parasites dans la propagation. C’est la mise en place de la théorie du baffle infini.
On l’aura compris, le THX ne concerne que la salle et en aucun cas un film donné. En France le THX est surtout répandu en province avec 32 cinémas.

Le logo THX sur des supports de diffusion signifie que le mixage du film s’est fait dans une salle certifiée THX.

Les niveaux dans une salle de cinéma. Chaque canal d’écran est calibré à un niveau de 85 dB(C). Le niveau maximal de reproduction dans la salle atteindra 105 dB(C). C =Pondération C

Photos des amplificateurs utilisés :   Rack amplis diffusion1    Rack amplis diffusion2

Le procédé de la Lucasfilm Home THX ne doit pas être confondu avec la norme de diffusion THX : c’est une évolution du système Pro Logic. Il ajoute une décorrélation gauche droite du canal surround, une égalisation des H.P. frontaux et un équilibrage des canaux avant et arrière.

Le projecteur numérique

Pour une projection numérique, il faut un projecteur DCI. Comme l’image qu’on va projeter est au format numérique, et non plus argentique, il doit savoir lire une image numérique pour la projeter et même être en mesure de lire une image qui lui arrive complètement chiffrée c’est-à-dire brouillée afin d’être déchiffrée uniquement sur certain projecteur.

Le projecteur numérique Christie CP 2000 est un des plus utilisé. D’autres fabricants existent comme Barco, Sony, Nec

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Le serveur de lecture DCI

Un serveur de lecture DCI (parfois appelé « player DCI »), c’est ni plus ni moins qu’un serveur informatique, doté d’une carte de chiffrement/déchiffrement estampillée Digital Cinema.
Il va lire une copie numérique, éventuellement la déchiffrer au moyen d’un KDM si elle est chiffrée, puis en extraire son et image qu’il expédiera respectivement sur une chaine son et un projecteur DCI.
Au passage, il se chargera également de balancer les sous-titres d’une façon que le projecteur puisse les restituer à la projection.

Serveur numérique Dorémi DCP 2000 mode d’emploi cliquez ici DOREMI DCP 2000

Il doit donc être capable de

•Lire une copie numérique chiffrée ou non  (voir KDM),
•Sortir une image à destination de votre projecteur DCI
•Sortir du son à destination de votre chaine son traditionnelle

Pour le son, il faut intercaler un convertisseur numérique/analogique pour pouvoir le lire sur une chaine traditionnelle Dolby (CP 500, CP 650…).

Ce serveur est bien sûr dotés de disques durs pour y stocker plusieurs copies numériques (la capacité de stockage variant d’un modèle de serveur à l’autre), d’interfaces d’entrée/sortie diverses et variées pour pouvoir « charger » une copie numérique arrivant sur un disque dur, une clef USB, voire un DVD-ROM. Les serveurs de lecture ont également des ports réseaux ethernet pour communiquer avec le projecteur DCI etc…

Les contenus : le « Digital Cinema Package » ou DCP

Les contenus numériques, qu’ils soient longs métrages, courts métrages, bandes annonces ou publicités, prennent la forme d’un DCP – Digital Cinema Package. Cette copie numérique est intégralement constituée de fichiers numériques. Ces fichiers composant un DCP contiennent :

•Les suites d’images au format JPEG2000, empaquetées dans un format MXF
•Les sons au format WAV, empaquetées dans un format MXF
•Les sous-titres, si existent
•Quelques fichiers contenant des meta-données : le nom du film, des versions, la liste des fichiers MXF nécessaires pour jouer le film et dans quel « ordre » il faut les lire…

Il arrive souvent que la copie numérique  soit chiffrée : si c’est le cas, le contenu (images/son) n’est pas lisible par quiconque sauf si le plyer DCI dispose d’une clé  KDM valide pour cette copie.

Les KDMs (Key Delivery Message)

Pour déchiffrer une copie chiffrée, il faut être un player DCI et disposer de la clef de déchiffrement :

•pour la version du contenu donné (ex: « Le Film – VOST »)
•pour le bon appareil (ex: le player DCI)
•pour la bonne durée temporelle (marquée dans la clef).
Un KDM est donc, en quelque sorte, l’association des 3 points ci-dessus, qui permet au player DCI de déchiffrer la copie numérique « Le Film – VOST » durant un laps de temps donné.

Si l’un de ces 3 éléments (appareil, version du film, espace temporel) est incorrect, alors le KDM ne sert à rien et la copie reste illisible.

Les KDMs prennent la forme d’un petit fichier texte au format XML, générés par des machines qu’on appelle des « encodeurs DCI », dont disposent les laboratoires ou sociétés spécialisées en contrat avec les distributeurs de films.

© Christophe-Luc  2012

 

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