Son multicanal

Fantasound a été en 1940 le premier procédé stéréophonique à trois canaux, développé par l'ingénieur 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 à l'élaboration de ce qui est aujourd'hui connu comme le 5.1.

Il y a un distinguo sémantique à ne pas perdre de vue :

• Quand la prise de son est destinée à la reproduction d'un évènement (par exemple musical), elle est appelée « captation » ; c’est-à-dire que l'« espace sonore » reste relativement le même à l'enregistrement et à la diffusion.
• Lorsque cette même prise de son a pour mission d'accompagner l'image d'un film ou d'un évènement sportif (par exemple), elle est appelée « prise de son », destinée à manipulations d'espaces variant découlant du montage image et des changements d'axes apportés par les changements d'axes et de cadre. Ce qui induit de nouvelles problématiques psychoacoustiques complexes.

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

Comme à l'époque de la prise de son de musique classique, différentes écoles et systèmes s'affrontent; ceux-ci ne tiennent pas toujours compte des problématiques de mixage et de reproduction, lesquels possèdent chacun leurs propres contraintes.

Dans les années 2010, une multitude de systèmes se développent parallèlement à l’évolution des formats multicanal : MMAD, decca tree, OCT Surround, INA5, Soundfield, sphère Schoeps KFM360, carré Hamasaki, croix IRT, holophone H2pro, dpa S5, dpa 5100…

Ces formats rendent plus complexe le travail du mixage. Ils apportent des concepts à revisiter ou à 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 utilisés).

D'autre part, le mixage multicanal a ses subtilités de rapports psychoacoustiques doit trouver une cohérence plausible entre le champ visuel déployé en frontal et le champ sonore qui s’installe tout autour de l’auditeur en gérant les principes de l’attention auditive. La réalisation artistique trouve de nouvelles possibilités d'expression dans cet espace qui peut être aussi apprivoisé par la radio (fictions, documentaires), la télévision, la musique…

Label distinctif des médias enregistrés en quadriphonie.

• La quadriphonie (ou quadraphonie) est inventée au début des années 1970, c'est le premier format multicanal[4] proposé au grand public. Plusieurs systèmes concurrents s'affrontent. Ces systèmes ont été un échec commercial en raison de nombreux problèmes techniques, qui ont été résolus trop tard pour sauver la technologie de la catastrophe. Le format était plus cher que la stéréo standard Hi-Fi. Il nécessitait aussi deux haut-parleurs supplémentaires 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 succès escompté. Ce format ne peut être lu que sur un DVD-Audio, un SACD, ou un Blu Ray audio.

Format Dolby Surround analogique LCRS (4.1), le carré blanc indique une voie subwoofer ou renfort de basses facultative et minoritairement utilisées.

Le Dolby Stéréo est un format analogique. Quatre sources : gauche, centre, droite et arrière (surround) ou LCRS. En 1975, Dolby présente ce système analogique dérivé de la quadriphonie mais adapté à la reproduction sonore au cinéma en optique[5].

Matricé, dit 4.2.4

• 4 canaux au mixage: Left, Centre, Right, Surround (LCRS)
• 2 matricés en deux pistes dites « left total, right total » (LtRt). Ces pistes recopiées (« report optique ») sur les deux pistes optiques analogiques de la copie dite « d'exploitation ».
• 4 canaux d'écoute au cinéma, les deux pistes matricées (LtRt) sont dématricées en 4 voies de diffusion LCRS au moment de la projection.

En plus du matriçage, le Dolby SR analogique utilise un autre procédé de réduction du bruit (« NR », pour « Noise Reduction ») d'« enregistrement/lecture » qui permet d'améliorer 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, utilisé au cinéma pour la diffusion des copies 35 mm (« chimiques ») en salle. À la fois pour les cinémas pas encore équipés en numérique ainsi qu'en tant que format de secours en cas de panne du format numérique[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

Format 5.1 :
Le carré au centre est le canal .1 dit LFE[7]
Les autres sont les L,C,R,Ls,Rs.

Le format 5.1 a été le premier format multicanal numérique au cinéma. Plusieurs systèmes de codage sont en concurrence, certains disparaîtront au fur et à mesure des évolutions et des circonstances. Les deux systèmes les plus répandus sont le Dolby Digital et le DTS. Tous les systèmes utilisent la même configuration d'écoute.

Cinq enceintes entourent l'auditeur, accompagnées d’un subwoofer (le .1) qui diffuse les fréquences graves. Les cinq enceintes doivent être sur le même plan horizontal et identiques. Le subwoofer, alimenté par le canal LFE, est disposé le plus couramment devant, proche de l'enceinte centrale, sa bande-passante doit rester inférieure à 120 hertz. La disposition des enceintes est défini par l'UIT-R BS 775-1.

Format multicanal surround 6.1, les voies surround sont matricées LCR.

• le 5.1 normé aussi pour le home cinéma
• le 6.1 (5.1 plus une enceinte supplémentaire centrale à l'arrière pour le cinéma), ce format n'a pas eu le succès escompté, sans doute du fait de son sur-coût de mise en œuvre ;
• le 7.1 de Sony SDDS : cinq enceintes frontales et deux à l'arrière ; en voie d'abandon dans les années 2010 ;
• le 7.1 Dolby Surround : trois enceintes frontales, deux latérales et deux à l'arrière et un caisson de basse (depuis 2010), déployé dans de nombreuses salles de cinéma numérique ;
• le 7.2 Dolby Surround : trois enceintes frontales, deux latérales et deux à l'arrière 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 cinéma de la Géode à Paris par les ingénieurs de Cabasse[8].

Système 10.2

Avec l'éclosion de l'image 3D, une plus grande et meilleure gestion de l'« espace sonore » devient nécessaire. Une multitude de formats sonores apparaissent en devenir, notamment des formats gérant la verticalité.

Les formats suivants, destinés au cinéma numérique, prétendent ou tendent à gérer la verticalité de l'espace sonore :

• le Dolby Atmos, pour un son immersif en salle de cinéma
• le format Auro-3D, pour un son immersif en salle de cinéma, mais aussi pour le home-cinema
• le (10.2 (en)), inventé par (Tomlinson Holman (en)),
• le 14.1 (développement 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 à leur place,
• (22.2 (en)), format développé par la NHK pour accompagner le Super Hi-Vision, format supérieur à la HD 1920x1080 pixels, Super Hi-Vision = 7680x4320 pixels

Les techniques de codage qui accompagnent le 5.1 sont, pour le cinéma photochimique, le Dolby Digital et le DTS pour le DVD vidéo, 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 metadonnées utiles pour le bon enchaînement des programmes sur une chaîne HD, une bonne gestion de la dynamique, des possibilités de downmix pour les compatibilités stéréo et mono). Le SACD et le DVD audio sont des supports prévus pour la musique en 5.1, mais on trouve de plus en plus fréquemment le DVD hybride (CD et DVD vidéo DTS ou Dolby Digital) moins coûteux à produire. Les supports HD DVD et Blu ray sont compatibles 5.1, mais sont prévus pour intégrer un son 7.1, accompagné des techniques Dolby Digital évoluées (Digital +, Digital true HD), DTS HD, DTS Master HD, PCM, DSD. On trouve des formats 5.1 compressés pour Internet notamment le mp3surround et le mpegsurround. Ils servent aujourd'hui notamment à la diffusion des radios HD 5.1.

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 régie TV chargée de capter un opéra en direct installée près du site de l’évènement et la régie de diffusion de la chaîne de télévision qui diffuse le programme).

Pour l'audiovisuel, les métadonnées spécifiques sont toujours en voie avancée d'évolution et de normalisation[10].

• L'Advanced Media Workflow Association, Inc. (AMWA)[11] continue depuis 2000 de développer les compatiblilités 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).

Le sport est notamment le facteur décisif qui a porté la télévision en haute définition avec un son 5.1. Nombreuses sont les applications du son multicanal : la télévision haute définition, le cinéma, le film sur DVD vidéo et sur les nouveaux supports HDDVD et Blu ray, le jeu vidéo (DVD, HDDVD, Blu ray), la musique et les concerts (SACD, DVD audio, DVD vidéo), la radio HD, le DAB, Internet…

Historiquement, au début du multimédia, les jeux sont longtemps restés en mono, pour les systèmes d'exploitation (OS), la piste sonore est secondaire, les premiers logiciels multimédias d'animation sont axés sur l'image, la synchronisation entre l'image et le son est encore problématique.

L'apparition du format multicanal a aussi été tardive (comparativement au cinéma), aux alentours de la fin des années 2000 toujours pour les mêmes raisons. La plupart des jeux vidéo sont en 5.1 (parfois en 7.1), à l’exception des consoles portables qui se contentent de la stéréo.

Le système sonore de l'IMAX possède au moins six canaux discrets dont un disposé au plafond. Il gère donc l'espace sonore vertical.

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

La restitution sonore multicanal a accompagné le développement de la projection numérique en salle, avec le son 5.1, 7.1, Digital Imax, et plus récemment avec les débuts du son immersif Dolby Atmos.

Pour un téléphone portable, l'alternative est l'écoute au casque utilisant des systèmes d'écoute comme l'ambisonie via la technologie HOA Higher Order Ambisonics de 3D Sound Labs ou[12] l'holophonie.