Le cinéma
Je parle ici du cinéma d'un point de vue professionnel (je suis projectionniste) : ce que vous rencontrez dans vos salles. Ceci afin de d'extrapoler ensuite les informations utiles pour une application home cinéma.
Un peu de l'histoire du son au cinéma :
Au début du cinéma parlant, dans les années 1930, le son était monophonique et enregistré sur disque synchronisé (bonjour l'usine à gaz mécanique !)*, puis sur une piste analogique optique imprimée sur la pellicule.
Dès les débuts des années 1950, au cinéma fut employé un procédé dit stéréophonique (« en relief »), sur 4 canaux pour le CinemaScope 35mm ou 6 canaux pour le Todd-AO 70mm, enregistrés sur pistes magnétique analogiques sur le film. Les canaux étaient répartis en façade (gauche-centre-droite, voir plus), plus un canal arrière au fond de la salle ce dernier servant occasionnellement pour les effets « dramatiques ».
Au début des années 1970 les recherches (notamment en six canaux) menèrent à l'utilisation du canal arrière, désormais étendu aux cotés de la salle du cinéma et appelé « surround », comme source de fond sonore permanent, amenant à plus de réalisme dans la restitution sonore.
En
1976, Dolby Laboratories introduisit
un nouveau format pour les films 35mm : le
,
qui n'était plus enregistré sur piste magnétique,
mais optique (tel que le signal mono utilisé dès les
années 1930, puis ensuite comme piste de « secours »).
Ce mixage sur quatre canaux (gauche-centre-droite-surround) était
matricé et traité par le procédé de
réduction de bruit Dolby NR-A, afin
d'être enregistré sur deux pistes analogique optiques
sur le film (BP 50Hz-10kHz, SNR 60dB, diaphonie 20dB, THD 2%). Le
processeur associé permet optionnellement d'extrapoler un
canal LFE des autres canaux. Ce procédé remplaça
l'enregistrement quatre pistes analogiques magnétiques sur
les films 35mm.
En 1978, Dolby introduisit le Dolby Surround pour les films en 70mm : six canaux (Gauche-Centre-Droite-Low Frequency Effect-Surround Gauche-Surround Droit) enregistrés sur piste analogiques magnétiques séparées.
En 1982 fut introduit sur le marché grand public le Dolby Surround Pro Logic, permettant l'écoute domestique des pistes Dolby Surround et Dolby stéréo.
En 1987, Dolby introduisit le Dolby SR (spectral recording) reprenant le principe du Dolby Stéréo mais offrant un meilleur rapport signal/bruit permettant une plus large bande passante, plus de dynamique et moins de distorsions. (BP 50Hz-12,5kHz, SNR 75dB, diaphonie 20dB, THD 2%)
En
1992, Dolby introduisit le
: six canaux discrets (G-C-D-LFE-SG-SD)
enregistrés, après compression via l'algorithme de
compression propiétaire AC-3, sur piste numérique
optique entre les perforations d'entrainement du film (BP
20Hz-20kHz, SNR 96dB, diaphonie 96dB, THD 0,01%). Le Dolby
SR reste imprimé sur les films afin d'assurer la
compatibilité avec tous les cinémas et servir de
piste de secours (fort utile... ).
En
1993, Digital Theater Systems Inc. sors un format
concurrent le
,
il conserve l'architecture 5.1 (G-C-D-LFE-SG-SD)
cependant l'encodage se fait selon l'algorithme de compression
propiétaire Coherent Acoustic Audio (BP 20Hz-20kHz, SNR
96dB, diaphonie 96dB, THD 0,01%). L'enregistrement sonore en DTS
est gravé sur un support CD-ROM, le décodeur inclu
un lecteur qui est synchronisé avec l'image via une piste
d'horloge (time code) imprimée sur la pellicule. En cas de
défaillance, le processeur « maître »
retourne à la piste Dolby Digital, ou
encore la Dolby SR.
En 1995 le Dolby Digital fut choisi comme standard pour l'enregistrement des DVD de films commerciaux.
En 1997 sors le premier DVD commercial comprenant un mixage en DTS : Jurassic Park.
En
1999, Dolby introduisit le
ajoutant un sixième canal au Dolby Digital :
le surround central arrière, qui est mixé
indépendamment, puis matricé dans les deux canaux
surrounds classique afin d'assurer la compatibilité avec
les décodeurs 5.1.
DTS
Inc. sorti également un format étendu : le
,
reprennant le même concept que le Dolby Digital
EX.
Sony à développé le SDDS (Sony dynamic digital sound), ce dernier peut encoder jusqu'à 8 canaux (5 canaux de façade + 1 LFE + 2 canaux d'effet) via l'algorithme de compression propriétaire ATRAC offrant un taux de compression de seulement 5:1. Les pistes sont imprimées de manière redondantes de chaque cotés de la pellicule.
L'audio multicanal actuel :
Il y a, à ce jour, quatre formats audio associés aux films lors de leurs projection en salle :
Le
Dolby SR et le Dolby Digital (parfois
appelé Dolby SR-D par les projectionnistes, ceci est
un abus de langage), le DTS (beaucoup moins sensible à
l'usure de la copie) et le SDDS pour les grandes salles (et
les films à gros budget).
L'image :
Les films sont actuellement soit sur pellicule, la plupart du temps en 35mm (ce qui corresponds à la largeur de la pellicule) parfois en 70mm, soit en numérique (norme française : définition 2k : 2048x1080 pixels @ 24 ou 48 im/s, format de compression JPEG2000, soit un débit maximal de 250Mo/s).
Les différents formats d'images sont le 1.33 (4/3), le 1.37, les panoramiques 1.66 et 1.85 et le « Scope » 2.39 (2,35 jusqu'en 2000). Au cinéma l'écran est au format 2.39 afin de conserver une hauteur d'image identique.
La
largeur de l'écran est définie par « la
plus grande largeur exploitable », en général
la largeur de la pièce moins l'espace nécessaire au
rangement des rideaux (si rideaux il y a).
Conditions de vision selon la norme française NF S 27.001 :
- la distorsion géométrique de l'image doit être inférieure ou égale à 3%.
- dans le cas d'un écran courbe, le rayon de courbure doit être supérieur au double de la distance de vision depuis le dernier rang
- la distance de vision minimale doit être supérieure à 0,6 fois la largeur de l'écran en 2,39 ; la distance de vision maximale doit être de 2,9 (3,5 toléré) fois la largeur de l'écran en 2,39
- les conditions de renversement des têtes sont définies telles que : l'angle de vision du haut de l'écran doit être inférieur à 45°, l'angle de vision du centre de l'écran doit être inférieur à 30°
- le dégagement de tête doit permettre que l'axe de vision du bas de l'écran passe au minimum à 12cm au dessus de la tête du spectateur du rang précédent (hauteur standardisée à 1m), ceci en tenant compte du dévers et de la distance inter-rang
- l'espacement entre deux rang de sièges consécutif doit être au minimum de 35cm, mesuré entre la verticale du point le plus reculé du siège avant et la verticale du point le plus avancé du siège arrière
- la luminance de l'écran est établie à 40cd/m² (-10/+25) afin d'éviter le phénomène de scintillement. Selon la norme SMPTE 196E la luminance de référence en numérique est de 48cd/m² (soit 14fL).
Le réglage des niveaux sonore :
La sonorisation d'un cinéma est normalisée en terme de niveau spl et de bandes passantes. Le système est étalonné à partir d'un signal de référence : un signal sinusoïdal à 1kHz et/ou un bruit rose pleine bande dont la valeur efficace est établie à -20dBfs (« Dolby level »). De manière générale le volume du processeur « maître » de l'installation est référencé à 7/10, les niveaux relatifs sont réglés via le gain de l'amplification associée à chaque canal, le volume réel lors de la projection reste donc tributaire de la volonté du projectionniste.
D'autre part, toutes les enceintes offrent une réponse acoustique moyenne dans la salle, suivant la norme X-curve ISO 2969 (à ±3dB, Small X-curve pour les salles de moins de 150m3 : en pointillés). Les voies avant seront compensées, en fonction de l'absorption des hautes fréquences par l'écran, pour respecter cette courbe.
Le système principal (gauche/centre/droite ou G/GC/C/DC/D) : chaque canal est réglé afin que le niveau sonore moyen dans la salle soit de 85dBspl, le niveau crête y est donc de 105dBspl.
Chaque canal surround est atténué de 3dB par rapport aux principales, le niveau sonore moyen en salle généré par l'ensemble des enceintes d'une voie surround est donc de 82dBspl (niveau crête 102dBspl).
Le canal LFE est amplifié de 10dB par rapport aux enceintes principales, gain mesuré par analyse fréquentielle (type RTA), dans le cas d'une mesure au sonomêtre le niveau est approximativement de 91dBc. Dans la bande 40-120Hz le canal LFE doit pouvoir délivrer une pression sonore de 115-120dBspl.
Le choix des enceintes se fait en fonction de la taille du cinéma (nombre de places, disposition et volume total) :
- Du fait du couplage important avec la pièce dans le grave et de l'omnidirectivité de ces fréquences, le nombre de caisson à dédier au canal LFE est déduit du volume de la salle. Un bon ordre de grandeur* est d'installer un caisson pour chaque 700m3 (arrondi à l'entier supérieur) soit environ 250 places, et bien entendu en placer d'avantage ne peut qu'amplifier la qualité et la dynamique sonore. La bande passante de ce canal (limité à 120Hz) doit s'étendre le plus possible dans le grave, minimum 30Hz. *selon JBL Pro, cet ordre de grandeur est valable pour un caisson doté d'un haut-parleur de 46cm, de sensibilité égale ou supérieure à 97dBspl/1W/1m et de puissance continue supérieure ou égale à 400Wiec (soit 123dBspl max à 1m).
- Le choix des enceintes avant se fait suivant la distance du point d'écoute. Exemple, la salle fait 250 places : les enceintes avant doivent porter à 14,2m, donc la pression acoustique subit une atténuation de 23dB, nous devons alors choisir des enceintes capables de délivrer un niveau maximal instantané de 128dBspl à 1m. Une enceinte équipée de deux haut-parleurs de 38cm, offrant une sensibilité de 100dBspl/1W/1m et acceptant une puissance de 600W convient. Bande passante 30/40Hz-20kHz.
- La démarche s'appliquent également aux enceintes d'effet, cependant il faut tenir compte du fait qu'il s'ajoute 3dB à chaque enceinte ajoutée par canal. Exemple : les enceintes d'effet doivent porter à 8m, d'où une atténuation de 18dB, chaque canal d'effet comporte 6 enceintes ce qui compense la perte de niveau. Le choix d'enceinte de sensibilité 90dB/1W/1m associé à 32W d'amplification par enceinte (soit 200W par canal) suffit. Bande passante 40/50Hz-20kHz.
Moyenne
des données relatives au nombre de places.
L'installation audio doit au minimum supporter le Dolby SR, qui offre une restitution sur quatre canaux (cinq avec le subwoofer optionnel). La bonne disposition et le nombre d'enceintes surrounds permet une évolution simple vers du Dolby Digital ou du DTS, voire du Dolby Digital Surround-EX ou DTS-es.
Il est défini un point d'écoute moyen tel qu'étant placé au 2/3 arrière de la salle depuis l'écran, et au centre de la largeur de la pièce.
Les enceintes principales sont placées derrière l'écran, et au plus près de celui-ci. L'enceinte centrale est centrée, les enceintes latérales écartées aux bords de l'écran. Elles sont surélevées de manières à ce que l'ensemble de haut-parleur(s) médium-aigu soit placé au 2/3 de la hauteur de l'écran, l'ensemble médium-aigu de chaque enceinte est orienté vers le point d'écoute moyen, les enceintes étant préalablement orientées horizontalement vers ce même point.
Le
caisson de grave du canal LFE est placé au sol derrière
l'écran, le plus près possible du mur frontal, de
manière à augmenter son efficacité. Lors de
l'utilisation de plusieurs caissons de grave, ils seront placés
cote à cote afin d'augmenter leur efficacité par
couplage mutuel.
Les
enceintes surrounds sont (en général) aux nombres de
12 à 24, dont au minimum 4 à l'arrière ; dans
les très petites salles nous pouvons descendre à 8
(dont 2 à l'arrière et 3 de chaque coté). Les
surrounds s'étendent depuis le tiers avant de la salle,
espacés de 2,75m à 3,65m entre eux et depuis le mur
du fond. L'ensemble médium-aigu doit être orienté
vers la hauteur d'écoute de la rangée de siège
la plus éloignée. La hauteur d'installation est
généralement comprise entre 3,65m et 4,60m, et doit
suivre (tant que possible) l'orientation du plancher.
Si
nous désirons assurer l'évolutivité du
système, les surrounds doivent être au nombre d'un
multiple de six. Exemple avec 12 surrounds.
En cas de connection d'enceintes en parallèle, le cablâge est fait depuis les borniers des amplificateurs. Chaque caisson LFE est connecté sur un canal d'amplification (pas de mise en parallèle), de puissance égale ou supérieure au caisson. Il ne faut pas oublier les pertes de puissance dans les câbles, nous en tiendrons compte dans le choix des sections de câble :
Traitement acoustique :
La réverbération de la salle doit être amortie afin de ne pas gêner la perception des réverbération d'ambiance incluses dans le mixage.
Fourchette
de RT-60 à 500Hz suivant le volume de la salle.
Temps
de réverbération suivant la fréquence,
rapporté au RT-60 à 500Hz.
La norme THX fut instaurée en 1983 à la demande de Georges LUCAS (il n'y malheureusement quasiment pas de chiffres communiqués) :
- bruit de fond mesuré ne dépassant pas la courbe NC-30, NC-20 conseillée.
- isolation phonique de la salle en conséquence, suivant l'environnement sonore (autre salle, rue adjacente...).
- amortissement de la réverbération de la salle.
- voies principales en multi-amplification (active ou passive).
- montage des enceintes avant en affleurement d'un « mur acoustique » intégralement amorti (l'effet en est fortement audible, et à mes oreilles indispensable).
- l'angle de vision depuis le dernier rang doit être au minimum de 36°, en conséquence la distance de vision depuis le dernier rang doit être inférieure à 1,54 fois la base de l'écran en 2,39.
- le centrage du projecteur doit être assuré pour limiter la distorsion de l'image (trapèze, uniformité, saturation des couleurs... ).
- La luminance serait de 16fL, soit 54,8cd/m².
- tout le matériel audio-vidéo doit être agréer THX (ce qui me fait dire, vu les produits labellisés, qu'un bon matériel peut avoir le niveau sans être agréée, question d'argent).