Comprendre le son cinéma immersif Auro-3D

Auro-3D est un format de son cinéma immersif 3D qui offre une spatialisation améliorée des effets sonores, avec une dimension verticale. Il exploite pour cela un second niveau d'enceintes surround placées au-dessus des enceintes surround classiques, tout autour des spectateurs, ainsi qu'une enceinte de plafond optionnelle, au-dessus des spectateurs. En home-cinéma, le son immersif Auro-3D nécessite un système d'enceintes 9.1 ou 10.1, avec des enceintes surround supplémentaires placées en hauteur, à la verticale des enceintes avant et arrière gauche et droite et éventuellement une enceinte de plafond, centrée au-dessus des spectateurs.

Lors du mixage de la bande-son du film, le signal Auro-3D contenant les informations sonores additionnelles pour les enceintes en hauteur est ajouté au format sonore PCM 5.1 ou 7.1 de base. Un ampli home-cinéma compatible Auro-3D et un lecteur Blu-ray traditionnel suffisent donc pour profiter du signal Auro-3D qui est alors décodé simultanément au format sonore 5.1 ou 7.1 présent sur le disque Blu-ray. En l'absence de décodeur Auro-3D, seul le signal PCM 5.1 ou 7.1 est diffusé par l'ampli, les données Auro-3D étant tout simplement ignorées.

Le processeur Auro-3D intégré à l'ampli home-cinéma est également en mesure de créer un environnement sonore immersif 3D à partir de bandes-son mono, stéréo ou 5.1.

Voir les amplis home-cinéma compatibles Auro-3D

Genèse du son immersif Auro-3D

Le son immersif Auro-3D fait sa première apparition en 2006 durant la convention AES (Audio Engineering Society) à Paris et à San Francisco. Son inventeur, Wilfried Van Baelen (CEO des Galaxy Studios et de Auro Technologies) en fait la démonstration avec un système d'enceintes Auro 9.1 et Auro 10.1 à l'occasion d'ateliers dédiés au son surround avec une dimension verticale. La même année, il réunit une équipe d'ingénieurs pour développer le codec audio Auro-Codec et la technologie de mixage audio Auro-Matic.

La grande force de l'Auro-Codec, c'est qu'il fonctionne en PCM (un format audio non compressé) tout au long de la chaîne (du studio de mixage à l'ampli domestique), fournissant un son haute résolution pour tous les canaux encodés et décodés en Auro-3D. Quant à l'algorithme Auro-Matic, il est capable de traiter tout contenu audio existant - qu'il s'agisse d'une piste sonore mono, stéréo ou surround - pour le convertir en un son immersif et naturel, qu'il soit diffusé par un pack d'enceintes en configuration Auro-3D ou écouté au casque.

Au cours des 4 années de développement de la technologie Auro-3D, de nombreux tests ont été réalisés pour définir la manière la plus efficace de diffuser un champ sonore naturel tout autour de l'auditeur. L'objectif était de parvenir à offrir une solution évolutive et adaptable à différentes tailles et formes de salles, tout en maintenant une compatibilité matérielle maximale et en préservant l'intention artistique du réalisateur. La technologie Auro-3D constitue ainsi une solution tout-en-un adaptée aussi bien au marché professionnel (les studios de mixage, les salles de cinéma) qu'au marché domestique (amplis et systèmes d'enceintes home-cinéma). L'Auro-3D offre un son immersif extrêmement efficace sans compromettre la vision originale des créateurs et en préservant la qualité originale du son mixé en studio. Résultat : le spectateur bénéficie d'une expérience audio réaliste et immersive qui contribue à le rapprocher de l'action qui se déroule à l'écran.

En 2010, le format de son immersif Auro-3D, le codec audio Auro-Codec et les plug-ins Auro-Matic Pro ainsi que la configuration d'enceintes Auro 11.1 sont présentés lors de la 40e Convention AES de Tokyo dédiée au son spatialisé.

Auro-3D : le son immersif
Plutôt que de parler de « son surround avec une dimension verticale » (Surround Sound with Height), Wilfried Van Baelen préfère parler de « son immersif », une expression plus généraliste qui s'affranchit de toute dépendance à une technologie, qu'elle soit basée sur des canaux audio (5.1/7.1...) ou sur des objets sonores. Le recours à une technologie basée sur des objets audio n'est d'ailleurs pas nécessairement gage d'un son immersif convaincant. Tout dépend de la façon dont cette technologie est mise en œuvre. De plus, la création d'un son surround réellement immersif avec cette technologie nécessite un nombre très important d'enceintes amplifiées séparément.

Le format Auro-3D est un format hybride, qui exploite aussi bien les traditionnels canaux audio (5.1/7.1) que le concept d'objet audio (technologie AuroMax), selon le résultat sonore souhaité, avec un nombre limité d'enceintes.

Sur quoi se base le son Auro-3D ?

Le développement du concept de son immersif Auro-3D part d'un constat assez simple : dans la nature, la majorité des sons et de leurs réflexions les plus importantes ne proviennent pas directement d'au-dessus de nous, mais nous entourent plutôt à 360° (tout autour de nous). Par ailleurs, la forme et la position des oreilles implique un angle de perception optimal des sons compris entre 30 et 40° environ en dessous et au-dessus de l'axe horizontal.

Ce schéma illustre les différents niveaux de perception auditive qu'on peut expérimenter au quotidien, auxquels le son immersif Auro-3D fait correspondre trois couches d'enceintes.

Les êtres humains sont ainsi moins sensibles aux sons venant directement d'en haut. C'est pourquoi un champ sonore stéréo avec effets verticaux déployés devant et autour de l'auditeur, selon ces spécificités de l'appareil auditif humain, est la clé pour obtenir l'expérience sonore immersive la plus naturelle.

Le son immersif Auro-3D vise à reproduire de la manière la plus réaliste possible la diffusion naturelle des sons dans l'espace, en prenant soin de reproduire aussi bien les sons directs que les sons réfléchis.

Dans de nombreux cas, les configurations d'enceintes Auro-3D avec 3 couches d'enceintes permettent d'obtenir une localisation verticale beaucoup plus précise des sources sonores et de leurs réflexions les plus importantes, que les technologies basées sur le concept d'objets sonores (comme le format Dolby Atmos).

Le son basé sur les objets sonores
L'un des problèmes rencontrés par la technologie audio surround basée sur les objets, c'est que ces objets sonores sont généralement construits à partir de sources mono ou stéréo et sont dépourvus des réflexions sonores tridimensionnelles de la source sonore originale. C'est la grande différence avec le son immersif Auro-3D qui est en mesure de capturer et de reproduire ces objets sonores ainsi que leurs ondes sonores réfléchies, ce qui n'est pas possible avec la technologie basée sur l'objet. Bien que le son Auro-3D utilise également la technologie basée sur les objets (AuroMax), son approche est différente : un espace 3D est d'abord créé, avec une technologie basée sur les canaux audio exploitant jusqu'à trois couches pour créer un lit sonore naturel. Ensuite sont ajoutés des objets sonores, lorsque certains effets particuliers sont nécessaires.

Son immersif Auro-3D : le concept

Les sons naturels que nous entendons sont constitués à la fois des sons en provenance directe de leur(s) source(s) sonore(s) et des nombreuses réflexions de ces sons autour de leur(s) source(s). Mais même un million d'enceintes ne pourraient pas reproduire le son naturel dans toute sa richesse et sa complexité. Par ailleurs, chaque canal qui s'ajoute à un système audio peut devenir une source de problèmes de phase, de bande passante, etc. Partant de ce constat, le son immersif Auro-3D a pour objectif de fournir l'expérience audio la plus immersive possible en utilisant un minimum de canaux et d'enceintes.

Pour les salles de cinéma professionnelles, il est possible d'utiliser plus de canaux avec le système AuroMax, qui combine une technologie exploitant les objets audio avec le son immersif Auro-3D sur 3 niveaux d'enceintes.

Quid des enceintes au plafond ?
La question de l'ajout d'enceintes au plafond, et son alternative visant à exploiter le plafond comme une surface réflective, sont sujettes à discussion. Lors du CEDIA en 2014, le très respecté Dr. Floyd Tool, un éminent spécialiste de l'acoustique, a expliqué que de tels systèmes sont basés sur des « astuces » psychoacoustiques mais ne permettent pas de reproduire véritablement un champ sonore naturel. Si ces effets psychoacoustiques sont assez faciles à réaliser avec un système audio surround standard exploitant un seul niveau d'enceintes autour de l'auditeur, cela devient beaucoup plus difficile lors de l'utilisation d'un axe vertical. La position d'écoute optimale (sweet spot) qui en résulte est ainsi très restreinte. Pour sa part, le format de son immersif Auro-3D offre une position d'écoute optimale plus large que celui que les formats de son surround 5.1 et 7.1 standards peuvent fournir, même sans utiliser le canal au-dessus des spectateurs (la fameuse voix de dieu).

Mise en œuvre du son immersif Auro-3D

Ajouter une dimension verticale au son, ce n'est pas seulement ajouter plus d'enceintes. L'introduction de l'axe vertical dans les processus d'enregistrement et de reproduction du son propose une expérience complètement différente par rapport à ce qu'on est habitué à entendre sur un plan horizontal uniquement. On constate une amélioration significative de la transparence et de la profondeur de la scène sonore ainsi qu'une coloration harmonique naturelle lorsqu'on ajoute de la hauteur au champ sonore, tout autour de l'auditeur. Les recherches menées aux studios Galaxy où est né le son immersif Auro-3D ont établi que l'angle idéal pour le placement des enceintes d'effets verticaux est compris entre 25° et 35°. Cette configuration permet de créer un champ sonore quadriphonique tout autour de l'auditeur, en installant des enceintes au-dessus de celles constituant le premier niveau de son surround, à hauteur des oreilles des spectateurs.

La technologie de son immersif Auro-3D propose une solution évolutive pour le home-cinéma avec le son Auro-3D sur 9.1 canaux évolutif jusqu'à 13.1 canaux. Un système Auro-3D 8.0 est possible mais il convient principalement à l'écoute musicale puisqu'il s'affranchit du canal central et du canal LFE (basses fréquences), indispensables dans une configuration home-cinéma.

Dans les plus grandes salles home-cinéma et les salles de cinéma professionnelles, une troisième rangée d'enceintes peut être installée au-dessus des spectateurs, pour combler l'espace important entre le côté gauche et le côté droit de la salle. Ce canal, appelé fréquemment "Voix de Dieu", n'est cependant pas indispensable pour créer un véritable son immersif, son utilisation étant généralement limitée aux effets de survol (fly-overs) et certains effets spéciaux très spécifiques.

Les configurations d'enceintes Auro-3D

La principale différence entre une configuration Dolby Atmos et une configuration Auro-3D réside dans la disposition des enceintes. Grâce aux enceintes surround hautes placées autour des spectateurs (niveau 2), la technologie de son immersif Auro-3D parvient à créer une meilleure propagation du son dans l'axe vertical que ne le permet le Dolby Atmos, limité par l'utilisation d'enceintes localisant les sons verticaux uniquement au-dessus des spectateurs. En exploitant les spécificités de l'oreille humaine, notamment sa plus grande sensibilité aux sons directs et réfléchis sur une certaine plage angulaire par rapport à l'axe horizontal, la technologie Auro-3D permet ainsi d'obtenir une plus grande précision de la localisation du son et contribue à créer un son immersif beaucoup plus naturel.

Ce salon est équipé avec une configuration Auro-3D 9.1. Chacune des enceintes supérieures est positionnée précisément au-dessus de l'enceinte inférieure lui correspondant.

De plus, la technologie Auro-3D ne nécessite pas d'enceintes particulières pour être mise en œuvre, contrairement au Dolby Atmos. N'importe quelles enceintes couvrant une plage de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz sont compatibles, l'idéal étant d'utiliser les mêmes enceintes ou des enceintes de la même gamme dans toute la salle d'écoute pour préserver une parfaite cohérence sonore. Notez cependant que l'utilisation d'enceinte bipôles ou dipôles est déconseillée.

Auro 9.1

C'est la configuration d'enceintes sur 2 niveaux compatible 5.1 la plus efficace pour reproduire un espace sonore 3D. Son champ stéréo vertical autour de l'auditeur est la clé pour offrir une expérience surround immersive naturelle.

Auro 10.1

Salle de home-cinéma équipée en configuration Auro-3D 10.1, avec une enceinte encastrable au plafond pour le canal baptisé "voice of God".

Cette configuration d'enceintes reprend le même schéma que la configuration Auro 9.1 à laquelle elle ajoute une enceinte au plafond pour optimiser la couverture sonore verticale dans les grandes salles home-cinéma. Elle peut également être mise en place dans une salle home-cinéma en utilisant une enceinte encastrable au plafond.

Auro 11.1

La configuration d'enceintes Auro 11.1 est fréquemment utilisée pour la diffusion du son immersif Auro-3D dans les salles de cinéma. Elle reprend la configuration Auro 10.1 à laquelle elle ajoute un canal central haut, offrant ainsi un total de 6 canaux avant répartis sur 2 plans verticaux.

Privilégiée par Barco, la configuration Auro 11.1 offre une expérience sonore immersive très efficace dans les petites comme dans les grandes salles de cinéma.

Une variante consiste à utiliser une configuration d'enceintes 7.1 à laquelle on ajoute 4 canaux surround haut (HL, HR, HLS et HRS), sans canal central haut ni « voix de Dieu ».

Auro 13.1

La configuration d'enceintes Auro 13.1 exploite 3 niveaux d'enceintes. Elle est basée sur un système 7.1 auquel s'ajoutent 4 enceintes surround haute et une enceinte centrale haute ainsi que l'enceinte de plafond (« Voice of God »).

Elle peut être facilement adaptée à des salles de home-cinéma de tailles différentes :