Dolby, DTS : quelles sont les différences entre les formats audio home-cinema ?

Surround, Objet 3D, Dolby Atmos, DTS:X, les Dolby Digital, Dolby Prologic et autre DTS-HD Master Audio. Difficile de s'y retrouver dans la
jungle multicanal du Home-Cinema. Heureusement nous sommes là, et faute de pouvoir être exhaustif, nous n'en avons certainement pas la prétention, nous vous proposons de faire le tour de la question et, nous l'espérons, rendre plus clair le sujet.

Une brève histoire du multicanal

Resté très longtemps sur une approche mono, le son Cinéma fut marqué par quelques innovations restées sans suite, comme le très ambitieux Fantasound de Disney (testé pour Fantasia), ainsi que quelques balbutiements stéréophoniques, avant de vraiment se démocratiser à partir des années 50, puis encore plus tard pour les systèmes vidéo grand public.

Les choses s'accélèrent à partir de la fin des années 70 avec l'arrivée du Dolby Stéréo, puis au début des années 90 avec les premiers formats vraiment multicanaux : Sony SDDS (format uniquement cinéma), Dolby Digital, et DTS, tous les trois permettant de stocker 6 canaux distincts.

Dès lors, le multicanal se déclina dans l'univers de salon, via le Dolby Digital, avec le Laser Disc, mais surtout avec la démocratisation du DVD à la fin des années 90.

Il faudra encore patienter une vingtaine d'années, et l'emprunt à une technologie issue du jeu vidéo, l'objet sonore, pour que le multicanal s'ouvre à une troisième dimension, et intègre la notion d'objet sonore dans les formats Dolby Atmos, DTS:X, ainsi que plusieurs petits poucets et technologies dérivées.

Le multicanal

Mono Et stéréo

Nous les mettons pour la forme, mais le concept multicanal va normalement s'appliquer au-dessus d'un rendu 2.0.

Le mono est un enregistrement effectué sur une seule piste, normalement à partir d'une seule source. Peu d'informations spatiales peuvent ressortir, puisqu'il n'y a pas d'autre référentiel sonore.

Le Stéréo est déjà une grande avancée, car introduit le concept de canal gauche et de canal droit, une représentation permettant déjà d'établir un espace sonore cohérent, voir même suffisant si l'on utilise un casque audio.

Matriçage/dématriçage

Mais nous survolerons ici une technologie, utilisée par exemple sur le très vieux Fantasound de Disney, ou sur le Dolby Stéréo : les canaux matricés, par opposition aux canaux discrets. Les canaux discrets (distincts), sont les canaux enregistrés séparément des autres. Le Dolby Digital enregistre bien 6 canaux, pour un rendu 5.1.

À l'inverse, le Dolby Stéréo enregistre 4 pistes, qu'il matrice sur 2 canaux dans le mixage, c'est donc un signal stéréo. Mais le mixage est fait de telle façon que, une fois traité/dématricé par un décodeur Dolby Surround (en jouant sur la phase et les points communs entre les deux canaux gauche et droite), il puisse sortir dans un 4.0 cohérent. Ce procédé de dématriçage demande un signal enregistré avec des canaux matricés (Dolby Surround), mixés pour faire ressortir les informations de canaux surround, mais peut également fonctionner sur n'importe de quel type de signal stéréo ou plus, à partir des traitements Dolby Pro Logic II.

Surround

Le concept de Surround est directement lié à celui du stéréo, mais en élargissant largement les possibilités du son horizontal, en multipliant les canaux. Pour être carré, le terme surround pourrait s'appliquer aux formats 3D, puisque le concept de son englobant (surround) reste valable. Dans le langage usuel, la séparation entre les deux termes est généralement faite.

Si la disposition des canaux Surround est marquée en X.1 ou X.2, X étant le nombre de canaux surround, la disposition des enceintes dans la pièce n'est pas quelque chose de standardisé, que ce soit entre les différents
formats ou pour un même format. Cela est d'autant plus vrai que les concepteurs de format multicanaux ne sont pas d'accord entre eux, par exemple sur le type d'enceintes à utiliser. Certains préfèrent des enceintes classiques, diffusant dans une direction, d'autres les enceintes Dipolaire/Bipolaire (enceinte à deux HP, diffusant dans 2 directions).

En 5.1 (Dolby Digital et DTS), la disposition est généralement ainsi : 1 voie centrale, 2 enceintes avant (placées comme des enceintes stéréo), deux enceintes à gauche et à droite de l'auditeur, un caisson de basses. En 7.1, deux enceintes supplémentaires viennent se placer derrière l'auditeur.

En Home-Cinema, il existe même des approches 9.1, 11.1, voire 9.2 et 11.2 (caisson supplémentaire), et plus encore. Dans tous les cas, nous ne parlons plus ici de formats utilisant uniquement des canaux discrets, mais de traitements sonores (Dolby Prologic IIz et DTS Neo:X) permettant d'ajouter les 2 ou 4 derniers canaux par dématriçage, en analysant les canaux discrets existants.

3D / Objets sonores

Le concept de son 3D est double en Home-Cinema. Premièrement nous avons l'apparition d'une verticalité du son, caractérisée par des enceintes au plafond pointées vers le bas, des enceintes pointées vers le plafond (réflexion), ou encore placé sur un plan plus élevé que les enceintes surround classique. La désignant se fait alors en X.1.Y, ou X.2.Y, X étant le
nombre de canaux surround, Y le nombre de canaux de verticalité, la norme est généralement entre 5.1.2 et 7.2.4.

Deuxièmement, les objets sonores, permettant de représenter, au mixage, des éléments localisés dans un espace sonore 3D, via des métadonnées
contenant des cordonnées (entre-autres). Le Dolby Atmos, mais également le DTS:X, pour citer les plus célèbres formats de son 3D, fonctionnent tous les deux sur cette coexistence :

D'un côté un codage en multicanal classique, chaque piste étant associée à un canal, pour un rendu 5.1.2 ou 7.1.2 la plupart du temps. Ces pistes sont appelées des « beds » en bon franglais, et peuvent se traduire comme des "pistes dormantes", des pistes d'ambiance, tout ce qui ne peut pas être défini comme un objet sonore (pluie, vent, bruit de fond, bruit non localisé, musique, etc).

De l'autre donc, les objets sonores, codés sur des pistes mono, Ils ne sont pas liés à un canal précis mais des coordonnées. Le décodeur se charge ensuite d'interpréter et rendre en temps réel la position de l'objet, utilisant plusieurs canaux en simultanés.

Précisons que (ce qui est le cas dans majorité des configurations de salon), le concept d'objet sonore peut exister dans une configuration 7.1 ou 9.1. Les formats DTS:X, et Auro-3D ne définissent pas les enceintes placées en hauteur comme fondamentalement différentes.

Le Marketing faisant, le Dolby Atmos/DTS:X Cinéma et le Dolby Atmos/DTS:X grand-public sont appelés de la même façon. En pratique, les exigences et possibilités sont clairement différentes. Le réseau d'enceintes plus réduit d'une configuration Home-Cinema, et sa capacités de traitement moindre, font que les deux systèmes n'ont finalement de commun que le modèle hybride Multicanal/Objets son. Pour beaucoup, le concept d'objet sonore sur ce genre de configuration n'a pas vraiment de sens, et il serait tout aussi simple de proposer une approche simplement multicanale, sans partir sur le concept de canaux virtuels que son les objets sonores, ni de rajouter des enceintes au plafond pour tenter de singer une salle de cinéma.

Décodage et Bitstream

Il y a deux manières de décoder un signal multicanal dans une configuration Home Cinema. Premièrement utiliser le décodeur interne du produit lisant le média : lecteur Blu-Ray, TV, ou encore boitier TV (Apple TV ou Shield TV par exemple). Deuxièmement, et cela reste optimal, laisser cela à un amplificateur multicanal audio/vidéo dédié, ou encore à la barre de son (dans cette configuration).

Cette deuxième solution demande de faire transiter le signal audio brut, non décodé. Pour cela, il faut que la prise ciblée (côté lecteur/boitier/tv) puisse le permettre, ce que l'on appelle un mode Passthrough/Bitstream, mais également que son débit soit suffisant. Pour les formats pas trop lourds et ne dépassant pas 5.1, comme le Dolby Digital et le DTS, il est possible de faire passer ce flux en SPDIF (les prises optiques et Coaxiales).

Au-delà, il faudra immanquablement passer par la connectique HDMI, moins limitée. Pour cela, il faut compter au moins sur une version HDMI 1.4 pour transmettre du Dolby TrueHD et DTS-HD Master Audio en Bitstream. Si la connexion à l'amplificateur passe par la TV, il faut dans ce cas utiliser une prise HDMI ARC (permettant un retour du flux sonore) ou, plus idéalement, HDMI eARC, cette dernière n'étant ni limité par le nombre de canaux ni par le flux (jusqu'à 37 mb/s).

Si la connectique ne permet pas de prendre en charge le Bistream dans le format ciblé, le décodage passera alors par la TV/boitier/Lecteur Blu-Ray, qui enverra le flux décodé en PCM l'amplificateur, qui devra encore se charge de la conversion numérique/analogique. Si même cette option n'est pas possible, la conversion numérique/analogique se fera alors en amont, et la transmission audio passera en analogique, sur des ports RCA par exemple.

Pour ce qui est de la compatibilité avec tel ou tel format, tout se joue généralement au cas par cas, et va grandement dépendre de la génération des produits.

Les formats / Codecs

Nous ne traiterons ici que des formats grand-public les plus courants.

Surround

Dolby Digital

• Noms : Dolby Digital ; AC-3 ; Dolby Stereo Digital (plus utilisé)
• Type : Format de compression et codec (AC3)
• Canaux : 5.1
• Encodage audio : 16 bits, échantillonnage en 32, 44,1 et 48 kHz
• Type de codec : Compression à pertes
• Bitrate classique : 384 kb/s ou 448 kb/s en multicanal, parfois 640 kb/s
• Obligatoirement pris en charge sur DVD

DTS 6

• Noms : DTS ; DTS 6 ; DTS Digital Surround ; DTS Core ; DTS Coherent Acoustic (codec)
• Type : Format de compression multicanal
• Canaux : 5.1
• Encodage audio : 20 bits, échantillonnage en 32, 44,1 et 48 kHz
• Type de codec : Compression à pertes
• Bitrate : 1509,75 kb/s max, généralement limité à 754,5 kb/s sur DVD
• Prise en charge non-obligatoire sur DVD et Blu-Ray
• DTS est le nom de la famille de formats, mais cela désigne également, dans le langage courant, le DTS 6

Dolby Digital Surround EX

• Type : Extension du Dolby Digital, Format de compression multicanal avec composante matricée.
• Canaux : 6.1 ; Encodage 5.1 en discret, 7ème canal matricé. Correspond à l'ajout d'un canal Surround arrière
• Encodage audio : 16 bits, échantillonnage en 32, 44,1 et 48 kHz
• Type de codec : AC3, compression à pertes
• Bitrate classique : 384 kb/s ou 448 kb/s en multicanal, parfois 640 kb/s

DTS-ES

• Noms : DTS-ES Matrix ; DTS-ES Discrete
• Type : Format de compression multicanal à deux variantes
• Canaux : 6.1 discrets (DTS-ES Discrete) : 5.1 discrets + 1 canal matricé (DTS-ES Matrix)
• Encodage audio : 20 bits, échantillonnage en 32, 44,1 et 48 kHz
• Type de codec : Compression à pertes
• Le DTS-ES Matrix fonctionne exactement comme le Dolby Digital EX, le DTS-ES Discrete encode vraiment ce canal surround arrière

Dolby Digital Plus

• Noms : Dolby Digital Plus ; E-AC-3 ; AC3+
• Type : Sur-ensemble du Dolby Digital ; Format de compression multicanal et codec
• Canaux : jusqu'à 15.1, généralement 5.1 ou 7.1
• Encodage audio : 16 bits, échantillonnage en 32, 44,1 et 48 kHz
• Type de codec : AC3+, compression à pertes ; optimisation par rapport au AC3
• Bitrate max : 6 144 kb/s, la plupart du temps bien inférieur
• Très utilisé pour les sites de streaming, et diffusion TNT HD
• Codage sonore utilisé pour le Dolby Atmos (site de streamin par exemple)

DTS 96/24

• Type : Format de compression multicanal ; DTS core avec extensions
• Canaux : 5.1
• Encodage audio : 24 bits, échantillonnage jusqu'en 96 kHz
• Type de codec : Compression à pertes
• Bitrate : 1509,75 kb/s max, généralement limité à 754,5 kb/s sur DVD
• Compatible sur un décodeur DTS standard, lecture ramenée à du 16 bits / 48 kHz max

DTS-HD High Resolution Audio

• Type : Format de compression multicanal ; DTS avec extensions
• Canaux : 7.1
• Encodage audio : 24 bits, échantillonnage jusqu'en 96 kHz
• Type de codec : Compression à pertes
• Bitrate : 3 mb/s ou 6 mb/s

DTS-HD Master Audio

• Type : Format de compression multicanal ; second membre de la famille DTS-HD
• Canaux : illimité ; généralement 5.1 ou 7.1
• Encodage audio : 24 bits, échantillonnage jusqu'à 192 kHz (en 5.1) et jusqu'à 96 kHz (7.1)
• Type de codec : lossless (sans perte)
• Bitrate : débit variable, max à 24,5 mb/s
• Compatibilité : lisible sur un décodeur DTS classique, en qualité 20 bit/ 48 kHz
• Uniquement présent sur Blu-Ray pour le grand public

Dolby TrueHD

• Type : Sur-ensemble du Dolby Digital ; Format de compression multicanal et codec
• Canaux : jusqu'à 14 canaux, limité à 7.1 sur Blu-Ray
• Encodage audio : 24 bits, échantillonnage jusqu'à 96 kHz
• Bitrate : 18 mb/s max
• Type de codec : Lossless ; basé sur le codec Meridian Packed PCM
• Facultatif pour les lecteurs Blu-Ray, mais toujours présent en pratique sur les modèles récents
• Non utilisé pour les services de streaming (trop lourd)

3D/orienté objets

Dolby Atmos

• Type : Format multicanal avec prise en charge des objets sonores
• Canaux (version grand-public) : techniquement limité à 24.1.10, rarement plus de 7.1.2 sur les décodeurs classiques. 10 canaux « beds » et jusqu'à 118 objets sonores
• Encodage audio : dépend du codec
• Type de codec : AC3+ ou Dolby TrueHD
• Usage : TV (AC3+), Streaming (AC3+), Blu-Ray (AC3+ et TrueHD)

 DTS:X

• Type : Format multicanal avec prise en charge des objets sonore
• Canaux (version grand-public) : Limité à 11.1 canaux
• Encodage audio : DTS-HD Master Audio
• Usage : Blu-Ray
• Plus grande souplesse que l'Atmos dans la configuration d'enceintes, enceintes verticales non-imposées

Auro 3D

• Type : Format multicanal avec prise en charge des objets sonores
• Principe : repose sur 2 ou 3 niveaux horizontaux d'enceintes
• Canaux (version grand-public) : de 8.0 à 13.1
• Encodage audio : PCM (pas de compression)
• Usage : Blu-Ray
• Système de quadrillage sonore en doublant le quadrillage surround classique sur un deuxième niveau
• Format assez rare

MPEG-H 3D Audio

• Type : Format multicanal et codec, avec prise en charge des objets sonores et composants ambiosoniques (utile pour la VR par exemple)
• Fonctionne en 5 niveaux de complexité différents, suivant la configuration
• Canaux : De 8 max (niveau 1) à 64 max (niveau 5) canaux physiques
• Encodage audio : À pertes (pas plus d'info), très optimisé
• Usage : Broadcast (TNT-HD), streaming, et application audio 3D
• Utilisé comme base pour le système 360 Reality Audio. Pas impossible qu'il soit intégré au traitement sonore Tempest de la PS5 (pure spéculation)
• Permet énormément de réglages sonores, notamment le réglage séparé du volume des canaux

Dolby AC-4

• Type : Format multicanal et codec, avec prise en charge des objets sonores (métadonnées Atmos, sans être intégré à ce format)
• Codec : AC-4
• Amélioration du codec AC-3+ (Dolby Digital Plus), annonce une qualité équivalente à 50% du débit
• Canaux : 7.1.4 maximum
• Débit classique : entre 224 et 288 kb/s en mode 7.1.4
• Usage : Broadcast (TNT-HD), streaming
• Intégration d'ici 2024 dans la norme TNT française
• Permet des réglages sur les canaux sonores pour l'usage broadcast (mise en avant des dialogues, coupure d'un des canaux, etc), et peut analyser le matériel cible pour adapter la dynamique sonore. Format privilégié par Dolby pour le futur du Broadcast

Les traitements sonores

Souvent confondus avec les formats, les traitements sonores multicanaux permettent, à partir d'une source mono, stéréo, ou multicanale, d'ajouter
des canaux supplémentaires, pour donner un rendu plus immersif. Leur
fonctionnement de base est en général à dématriçage, même si des modèles plus récents vont beaucoup plus loin.

Mis à part avec les très anciens Dolby Surround et le premier Dolby Pro Logic, devant utiliser un signal matricé en Dolby Surround, il n'est pas nécessaire de travailler le mix en amont, de matricer les canaux, pour permettre ce traitement.

Dolby Surround

• Type : À la fois un format d'encodage et traitement sonore (décodage)
• Fonctionnement encodage : mixage sonore spécial, matriçant quatre voies sur deux canaux
• Décodage : Décode signal Dolby Surround stéréo en un signal 3.0 (stéréo + canal surround arrière), le canal surround étant un canal d'ambiance
• Compatibilité : Laser disc, VHS, certaines pistes stéréo de DVD

Le Dolby Surround pourrait être placé dans le paragraphe format, puisque son fonctionnement de base repose sur un encodage stéréo spécifique.

Dolby Pro Logic

• Type : Version renommée du décodage Dolby Surround, légèrement améliorée
• Décodage : Décode signal Dolby Surround stéréo en un signal 4.0 (stéréo + canal surround arrière + voie centrale)

Dolby Pro Logic II

• Type : Traitement sonore multicanal
• Fonctionnement : permet de transformer un signal stéréo, même non-Dolby Surround, en 5.1
• Plusieurs modes de fonctionnement : Movie, Music, Game
• Mode Game intégré sur les consoles PS2 et Gamecube

Dolby Pro Logic IIx

• Type : Traitement sonore multicanal, version améliorée du Dolby Pro Logic II
• Fonctionnement : permet de transformer un signal, de stéréo à 5.1, en signal 6.1 à 7.1

DTS Neo:6

• Type : Traitement sonore multicanal
• Equivalent du Dolby Pro Logic IIx
• Fonctionnement : Permet de transformer tout type de signal de 2.0 à 7.1, en signal 3.1 à 7.1
• Fonctionnement un peu plus complexe
• Moins répandu

Dolby Pro Logic IIz

• Type : Traitement sonore multicanal avec introduction de canaux d'ambiance (bruits de fond du mixage sonore : type pluie, vent, etc)
• Fonctionnement : Même possibilité de base que le Dolby Pro Logic IIx. Possibilité d'ajouter deux canaux d'ambiance (à placer au-dessus des canaux stéréo avant) à un signal 5.1 et un signal 7.1, pour passer 7.1 ou 9.1

DTS Neo:X

• Type : Traitement sonore multicanal avec introduction de canaux d'ambiance
• Fonctionnement : Idem que le Pro Logic IIz, mais rajoute encore 2 canaux d'ambiance supplémentaires (11.1), soit au-dessus des enceintes surround arrière, soit à un angle de 45° avant par rapport à l'auditeur.

Audyssey DSX et DSX2

• Type : Traitement sonore multicanal avec introduction de canaux d'ambiance
• Equivalent du DTS Neo:X dans sa deuxième configuration d'enceintes (à 45°)
• Peut monter jusqu'à 11.2 (ajout d'un second caisson)
  

Dolby Surround (version récente)

• Type : traitement sonore multicanal avec prise en charge de canaux verticaux
• Censé remplacer, à terme, la famille Dolby Pro Logic
• Peut simuler un son multicanal type dolby atmos en sortie, de 5.1.2 à 24.1.10 (limite du atmos grand-public), à partir de signaux 2.0, 5.1 ou 7.1
• Nom amenant énormément de confusion, mais à ne pourtant pas mélanger avec l'ancien format/décodeur Dolby Surround.

Traitements dédiés aux casques

Même si l'idée est plutôt de parler de multicanal/multi-enceintes, l'écoute au casque a eu le droit, dès la fin des années 90 (voire même avant) à
ses propres traitements, adaptés aux particularités stéréo de cet objet. Terminons donc sur ces traitements spécifiques en les survolant.

Les traitements récents passent pratiquement tous par une prise en charge d'un signal multicanal ou 3D, ramené à un signal stéréo binaural, en tentant une HRTF aussi universelle que possible. La HRTF, ou « fonction de transfert relative à la tête », va prendre en compte les spécificités d'une tête humaine dans son ensemble, et son rôle dans le repérage 3D du son pour un individu.

• Dolby Headphone : Technologie gaming dérivée du Dolby Pro Logic II, ramenant le 5.1 ou 7.1 vers un signal stéréo adapté. Dans la
  majorité des cas, les décodeurs étaient incorporés à des casques de jeu, comme
  les A50 de Astro Gaming
• Dolby Atmos for Headphones : Conversion d'un signal Atmos en un son Binaural 360°, adapté à un casque audio, version améliorée du Dolby Headphone donc. Ce traitement est implémenté sur les versions récentes de W10, la Xbox One/Series X et S, ou de nombreux smartphones comme les Iphone Xs/Xr et 11 depuis iOS 14 (même si déjà un peu introduite dans iOS13).

• NX Waves : Traitements propriétaires, intégrés par exemple sur l'excellent Mobius de Audeze. NX Waves combine une approche binaurale et un suivi des mouvements de la tête pour conserver la « source » (écran) au même endroit d'un point de vue sonore. Cela vous rappelle quelque chose ?
• Système Apple : Dévoilé à la WWDC20, la récente maj des airpods 2/ Airpods Pro permet de profiter de la mise en place du Dolby Atmos pour créer un équivalent du Dolby for Headphones sauce Apple, tout en récupérant l'idée de suivi des mouvements de la tête de NX Waves.

• DTS Headphone:X : Equivalent DTS du Dolby Atmos for Headphones, virtualisation à partir d'une source multicanale ou DTS:X d'un signal stéréo binaural.
• Auro-Headphones : Là-aussi, équivalent Auro-3D du Dolby Atmos for Headphones.
• Sony Tempest Engine (PS5) : Nous ne savons presque rien de cette technologie, qui n'est en soi pas dédiée uniquement au casque. Le peu dévoilé va toutefois mettre en avant sa gestion 3D orienté objet du son et, surtout, sa mise en avant de ce son 3D pour les casques, via un son binaural avec utilisation de courbes HRTF.

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