Que signifie 5.1 ?

La vérité sur un format méconnu

Un peu d’histoire

Le son multicanal pour le cinéma ne date pas d’hier. Déjà en 1939, Walt Disney présentait Fantasia, un dessin animé en couleurs enregistré en 8 pistes et diffusé en 3 pistes audio distribuées sur une centaine d’enceintes. En 1952, on pouvait assister à New-York à une démonstration du son 6 pistes lors de la présentation du film "This is Cinerama". En 1954, la 20th Century Fox sortait "The robe" en Cinemascope, format 2.55:1, avec 4 pistes magnétiques (3 canaux en façade + 1 surround), aussitôt suivie par Todd-AO en 1955 avec "Oklahoma" en 70mm et 6 pistes magnétiques (5 canaux en façade + 1 surround). Rapidement, d’autres films 6 pistes 70mm suivirent, tous offrant une plage dynamique et des performances supérieures à la traditionnelle piste optique.

Il fallut attendre 1976 pour assister à la naissance du Dolby Stereo multicanal sur 6 pistes magnétiques en 70mm avec "Logan’s run" (L’âge de Cristal). Les performances en termes de dynamique et de bande passante étaient sans précédent.

Le début des années 90 fut marqué par l’apparition des premiers formats numériques. En 1992 sortait le premier film en Dolby Digital 5.1: "Le retour de Batman".

Un peu de technique

Biologiquement, nous ne sommes pas capables d’identifier l’origine d’un son quand la fréquence devient très basse. Par conséquent, dans une salle d'écoute, il n'est pas nécessaire de distribuer les très basses fréquences sur plusieurs canaux distincts.

Par ailleurs, la sensibilité de l'oreille humaine d'écroit avec la fréquence. Si le seuil d'audition à 1000Hz et fixé à 0dB, il faut une pression d'au moins 78 décibels pour percevoir un son à 20Hz. Il est donc normal de relever le niveau des basses fréquences pour mieux les entendre.

Au cinéma, les sons infra-graves sont dirigés vers un canal spécifique appelé LFE (Low Frequency Effects). On y trouve généralement le grondement du tonerre, les pas des dinausores, les canons et les bruits industriels. Contrairement à ce que beaucoup pensent, le canal LFE n'est pas limité en fréquence, même si dans la pratique il ne contient pas de fréquence supérieure à 120Hz (Dolby), ce qui lui vaut son nom et sa désignation.

Les subwoofers d’une salle de cinéma, car il y en a généralement plusieurs pour produire plus de puissance, ne distribuent en tout qu'un seul canal LFE.

A la différence des installations privées, le ou les subwoofers d'une salle professionnelle ne reçoivent que le canal LFE. Les enceintes satellites des home-cinémas ne sont pas toujours en mesure de reproduire les fréquences basses à cause de leurs caractéristiques, notamment la taille des boomers.

Le bass management, inventé par THX, consiste à diriger les basses fréquences des canaux satellites vers le caisson subwoofer qui contient déjà le canal LFE. La fréquence de transition est fixée à 80Hz par THX mais d'autres fréquences peuvent être choisies. Le niveau sonore de cette extension est le même que celui des canaux satellites. Par exemple, si chaque canal satellite est aligné pour produire 75dB au dessus de 80Hz, sa partie basse dirigée vers le subwoofer sera également réglée à 75dB.

Toutefois, si plusieurs canaux satellites projettent simultanément un même son grave, les intensités respectives s'ajoutent. Ainsi on observe une élévation de 7 décibels pour 5 canaux décoréllés, c'est dire sans relation de phase, pouvant atteindre 14dB pour des signaux corrélés.

Dans ces conditions, pour que les effets sonores aux très basses fréquences soient clairement perçus, le niveau du canal LFE est plus élevé que les autres canaux de 10 décibels, quel que soit d'ailleurs le nombre de subwoofers. Remarque: l'écart de 10 décibels ne doit pas être mesuré avec un sonomètre car la largeur de bande du signal a une incidence sur l'intéprétation de la mesure.

On peut se demander comment le canal LFE peut contenir 10dB de plus que les autres canaux sans saturer. A l’époque où les 6 pistes étaient enregistrées sur la pellicule 70mm, la plage dynamique était limitée par l’étroitesse des pistes magnétiques. Les spectateurs percevaient mal les infra-graves et la réserve de dynamique au dessus du niveau de référence était insuffisante pour accepter l'amplitude des effets sonores du canal LFE.

La solution fut de mixer le film en écoutant le canal LFE au niveau désiré, puis de l'atténuer de 10dB sur la piste magnétique pour ne pas la saturer et de relever d'autant le niveau lors de la lecture en salle. On retrouve cette limitation du niveau avec tous les circuits électroniques dont les convertisseurs numérique. Par conséquent, cette pratique est toujours d’actualité, y compris pour le son numérique.

Combien d'enceintes ?

Il faut bien admettre qu’il existe une grande confusion sur ce sujet. Je lis et j’entends beaucoup d’âneries à propos des formats d’écoute, autant de la part des amateurs que des professionnels, des intégrateurs et même des fabricants d'amplis ou d'enceintes.

Il faut savoir et comprendre que le nombre de canaux n'est pas lié au nombre d'enceintes.

Bien sûr, l'installation doit disposer d'au moins une enceinte par canal, mais il peut y en avoir beaucoup plus et cela ne change pas la désignation du format qui deumeure toujours calquée sur le nombre de canaux et pas sur le nombre d'enceintes. Ainsi, une salle équipée de 4 caissons de graves et de 12 enceintes surround, sera toujours une salle 5.1 si le film est au format 5.1 (y compris en cas le lecture en up-mixing).

Que signifie 5.1 ?

L’expression 5.1 est d’origine anglo-saxonne.

En anglais on prononce "five point one". Le "point" anglais désigne une décimale. Le "point" de ponctuation se dit "dot".

La traduction française de "five point one" est "cinq virgule un".

Pourquoi cette virgule ? Parce que le chiffre décimal ne désigne pas une enceinte, ni même un canal mais une fraction de la bande passante des autres enceintes.

La réponse en fréquences du canal LFE s’étend depuis 20Hz jusqu’à 120Hz, soit une centaine de Hertz tout au plus, alors que les autres canaux contiennent une bande beaucoup plus étendue, allant jusqu’à 20.000Hz.

Le rapport de largeur de bande entre le canal LFE et les canaux satellites est

100/20.000 = 0,005.

C’est sur cette base qu’est né ce format qui devrait s’appeler 5,005 et non 5.1

Le "point one" a été proposé pour simplifier la prononciation et faciliter l’intégration marketing.

Par conséquent, parler de 5.2 signifierait un seul canal LFE dont la bande passante serait deux fois plus large.

Ce qui précède s'applique bien sûr au 7.1, 9.1, 7.1.4, etc...

On doit l’expression « 5.1 » à Tomlinson Holman, professeur de techniques cinématographiques à l’University of South California et inventeur de la charte THX.

Cela se passait en 1987, lors d’une réunion de la SMPTE visant à définir les formats sonores pour le cinéma et la télévision numérique. (SMPTE = Society of Motion Picture and Television Engineeers).

Extrait d’une interview de Tomlinson Holman qui raconte la naissance du 5.1