Dolby Atmos, DTS:X, Dolby Digital… tout savoir sur les formats audio des barres de son et du home-cinéma

Longtemps réservé aux films et séries pour le home-cinéma, le son multicanal s’invite désormais sur les plateformes de streaming musical et remplace progressivement la stéréo. Du Dolby Digital au Dolby Atmos, sans oublier le DTS, on vous explique tout sur ces formats audio immersifs, que l’on peut désormais écouter avec une simple barre de son.

Source : LG

Avec le succès grandissant du Dolby Atmos et de l’audio immersif, tant sur les plateformes de SVOD pour les films et séries, que sur celles de streaming musical, nous vous proposons de faire le point sur les différentes normes actuellement en vigueur. Nous vous expliquerons comment fonctionne l’audio multicanal et quels sont les formats pris en charge par les barres de son et amplis home-cinéma.

Qu’est-ce que l’audio multicanal ?

L’audio multicanal, c’est tout simplement l’enregistrement du son sur plusieurs pistes séparées et sa diffusion sur autant d’enceintes placées autour, voire au-dessus de l’auditeur. Pour s’y référer, on utilise une nomenclature avec des chiffres, par exemple 1.0, 2.0, 5.1 ou encore 5.1.4. Le premier chiffre correspond au nombre de canaux horizontaux, le second à la présence ou non d’un canal dédié aux basses fréquences et le troisième au nombre de canaux au-dessus de l’auditeur.

Ainsi :

• 1.0 : 1 canal avant (mono)
• 2.0 : 2 canaux avant (stéréo)
• 2.1 : 2 canaux avant et 1 canal de grave
• 5.1 : 2 canaux avant, un canal central avant, 2 canaux arrière gauche et droit et 1 canal de grave
• 5.1.4 : identique à 5.1 avec 4 canaux verticaux

Le son multicanal, c’est aussi un vieux rêve d’ingénieur du son. En effet, depuis l’invention du disque à microsillon, la course à l’immersion sonore n’a jamais cessé, tant elle permet de se plonger au cœur de la musique. S’il est facile aujourd’hui de s’immerger dans un bain musical ou au cœur de l’action d’un film, écouteurs vissés aux oreilles et smartphone en main, ou même avec une simple barre de son, des décennies de progrès technologiques ont été nécessaires pour en arriver là. Et l’on est parti de loin, très loin…

De la stéréo au Dolby Surround

Un peu d’histoire. Lorsque le disque à microsillon est inventé au début du 20e siècle, le son n’y est gravé que sur un canal et reproduit le plus souvent par une seule enceinte. De fait, la musique peine à remplir la pièce et la scène sonore relève plus du joyeux mélange que de la diffusion bien ordonnée. L’industrie du disque prend vite le taureau par les cornes, en remplaçant la gomme-laque des premiers disques par le vinyle, qui permet de graver non plus un mais deux sillons, chacun avec des sons différents. Rapidement, une seconde enceinte s’invite dans les foyers et avec elle la stéréophonie. Grâce à la stéréo, la séparation entre les instruments et leur positionnement dans l’espace, tant en largeur qu’en profondeur, sont impressionnants. Malgré tout, le son ne remplit pas encore tout à fait la pièce d’écoute. Aussi, l’industrie du disque pousse l’expérience encore plus loin.

À la toute fin des années 1960 apparaissent ainsi des disques quadriphoniques, avec quatre canaux distincts. Ils doivent être lus par une platine spécifique et combinés à un amplificateur branché à quatre enceintes, installées chacune dans un coin de la pièce d’écoute. Malheureusement, faute de norme, le disque quadriphonique disparaît au profit du disque stéréo. C’est grâce à l’industrie du cinéma que les choses vont progressivement bouger, car la stéréo est jugée très insuffisante pour les salles obscures. Et pour cause, les salles de cinéma sont grandes, voire immenses aux États-Unis et deux enceintes positionnées derrière l’écran sont insuffisantes pour que les spectateurs les plus éloignés entendent convenablement, ou que ceux assis au bout des rangées de sièges aient l’impression que les dialogues sortent du centre de l’image.

Source : David Zornig via cinematreasures

Chez Dolby Laboratories, on estime qu’il serait mieux d’avoir une enceinte au centre de l’écran, mais aussi derrière les spectateurs et sur les côtés de la salle. Dans un premier temps, Dolby utilise une paire d’enceintes supplémentaire en fond de salle, auxquelles sont transmises certains sons extraits des canaux dédiés aux enceintes avant. Cette technologie, appelée Dolby Stereo puis Dolby Surround, sera utilisée dès la fin des années 1970, pour la projection notamment de Star Wars : Un nouvel espoir.

Qu’est-ce que le Dolby Digital ?

Dès les années 1980, le passage, avec le Compact Disc Audio, de l’analogique au numérique révolutionne la façon dont est enregistrée la musique et le son des films. Grâce à la numérisation, l’espace de stockage du son est considérablement réduit. Par ailleurs, Dolby s’intéresse aux traitements psychoacoustiques du son, pour éliminer du flux sonore les sons jugés peu audibles et réduire plus encore l’espace de stockage. L’idée sous-jacente est d’imprimer sur les bords de la pellicule, non plus deux pistes analogiques, mais six canaux numériques, qui seront transmis à trois enceintes frontales — dont une réservée aux dialogues — deux enceintes latérales arrière et une pour le renforcement des basses fréquences. En 1992, Dolby lance ainsi le Dolby Digital 5.1 avec le film Batman Le Défi, premier long-métrage à offrir un son surround au cinéma.

Parlons chiffres. Sur pellicule, une piste Dolby Digital 5.1 a un débit de 320 Kbps — 5 fois moins que le CD-Audio — dont 10 % correspondent aux données du canal des basses fréquences, d’où son appellation .1. En termes techniques, ce canal .1 est nommé LFE (Low Frequence Effects) : il contient essentiellement des fréquences inférieures à 120 Hz.

Source : Rotareneg

Le Dolby Digital est un format souple et, dès son arrivée dans les salons, par le biais des chaînes câblées et plus largement avec le DVD-Vidéo, son débit est porté pour les programmes 5.1 à 448 Kbps. Les films en mono ou stéréo proposés sur support DVD, dès 1995, bénéficient quant à eux d’une piste en Dolby Digital 1.0 ou 2.0, avec un débit de 192 Kbps, qu’il est possible d’écouter en surround grâce aux amplificateurs home-cinéma équipés des technologies Dolby Surround Pro Logic (2 canaux arrière mono émulé), puis Dolby Pro Logic II (1 canal central et 2 canaux surround stéréo émulés). Quelques temps après, Dolby introduit le Dolby Digital EX sur support DVD, avec une piste centrale arrière supplémentaire (mixée dans les canaux surround), mais sans grand succès, tant l’ajout d’une enceinte derrière le point d’écoute ne séduit pas le public, qui doit en outre changer d’ampli home-cinéma.

Le Dolby Digital est aujourd’hui délaissé au profit de formats plus performants, tels que le Dolby True HD et le Dolby Atmos, que nous évoquerons plus loin. Il reste néanmoins utilisé par certaines plateformes de streaming, d’autant que son brevet est tombé dans le domaine public en 2017 et que son utilisation est libre de redevance.

Pour résumer, le Dolby Digital, c’est :

• Une résolution numérique de 16 bits / 48 kHz
• Jusqu’à 6 canaux (5.1) : gauche, centre, droit, arrière gauche, arrière droit et piste LFE/.1
• Une compression détériorante (lossy) et un débit fixe jusqu’à 640 Kbps
• Une réduction dynamique optionnelle (pour écouter tard le soir sans déranger son entourage)
• Une présence sur support optique et en streaming
• Une prise en charge par toutes les barres de son et home-cinéma, via un câble optique, coaxial S/PDIF ou encore HDMI
• Un mixage automatique en stéréo (downmix) avec un casque ou sur 2 enceintes seulement

Qu’est-ce que le DTS ?

Le Digital Theater Sound (DTS) est un format audio multicanal développé dans la foulée du Dolby Digital, que l’on doit à Steven Spielberg. Au moment de la production de Jurassic Park, le réalisateur souhaite offrir une expérience sonore surround plus qualitative que le Dolby Digital. La société DTS retient alors une nouvelle technologie de compression (codec audio), appelée APT (Audio Processing Technology), qui deviendra plus tard l’aptX utilisé pour la transmission audio Bluetooth.

Conscient qu’utiliser la pellicule comme support de stockage limite la qualité du son, DTS opte pour l’enregistrement sur CD-Rom. Le débit d’une piste DTS 5.1 atteint alors 768 Kbps, puis 1,536 Mbps lorsque le format arrive sur DVD-Vidéo. Tout comme le Dolby Digital, le DTS peut contenir de 1 à 5 canaux et une piste LFE de renforcement des basses fréquences. Pour être tout à fait précis, le canal LFE du DTS est en pratique mixé dans les canaux surround. Lors du décodage, toutes les fréquences inférieures à 80 Hz sont adressées au caisson de basses ou, en l’absence de celui-ci, aux enceintes principales.

Source : DTS

Un temps, le DTS s’invite même sur Compact Disc et quelques albums musicaux (sans vidéo) sont ainsi proposés en DTS 5.1. Pour les lire, il faut impérativement disposer d’une platine CD avec sortie numérique, associée à un ampli home-cinéma compatible DTS.

Tout comme Dolby, DTS propose une version améliorée de son format audio sous l’appellation DTS-ES 6.1, là aussi avec un canal supplémentaire arrière central (mixé dans les canaux surround). Là encore, l’ajout d’une enceinte derrière le point d’écoute peine à séduire. Si ce format 6.1 disparaît assez logiquement, les processeurs DTS embarqués dans les amplis home-cinéma conservent aujourd’hui encore la possibilité d’émuler ce sixième canal, même à partir de programmes en stéréo, grâce au post-traitement surround DTS Neo 6.

En résumé, le DTS c’est :

• Une résolution numérique de 16 bits / 48 kHz
• Une qualité supérieure au Dolby Digital
• De 1 à 5 canaux et une piste LFE/.1
• Une présence exclusivement sur supports optiques (rien en streaming, Dolby a le monopole)
• Une prise en charge par les amplis home-cinéma et les barres de son, via un câble optique, coaxial S/PDIF ou encore HDMI

Que sont le Dolby TrueHD et le DTS HD Master Audio

L’arrivée sur le marché du HD-DVD, puis du disque Blu-Ray dans les années 2000, est une révolution pour l’image qui passe à la haute définition, puis à la Ultra Haute Définition 4K. On le sait moins, elle l’est également pour le son. Avec une capacité de stockage qui atteint jusqu’à 50 Go (contre 9 Go au DVD), le son peut y être enregistré sans perte (qualité lossless) d’une part, et en haute définition d’autre part.

Aussi, pour succéder au Dolby Digital au milieu des années 2000, Dolby lance le Dolby TrueHD, qui peut contenir jusqu’à 16 canaux d’une résolution numérique maximale de 24 bits et 192 kHz. Le passage à 24 bits apporte une marge dynamique supérieure — des écarts plus marqués entre sons faibles et forts — tandis que l’échantillonnage accru favorise un son plus précis et doux lors du décodage. Pour autant, le débit du Dolby True HD sur disque Blu-Ray étant limité à 18 Mbps, la plupart des films ou séries TV sont proposés au format 5.1 ou 7.1 24 bits / 48 kHz, voire 24/96. Pour profiter du Dolby TrueHD, il faut un lecteur Blu-ray d’une part, et un amplificateur home-cinéma équipé d’un décodeur Dolby TrueHD. Dolby a toutefois ajouté une rétrocompatibilité et chaque piste Dolby TrueHD possède un noyau en Dolby Digital, qui peut être interprété par les amplis home-cinéma et les barres de son les plus anciennes.

En réponse, DTS dégaine le DTS-HD Master Audio (DTS-HD MA), qui possède peu ou prou les mêmes caractéristiques que son concurrent : son 7.1 HD lossless, avec un noyau en DTS 5.1 classique pour assurer une rétro-compatibilité avec les anciens matériels. Tout comme le Dolby TrueHD, le DTS-HD MA offre un son d’une qualité exceptionnelle, conforme au mixage studio.

Attention néanmoins, compte tenu de l’espace relativement restreint des disques Blu-Ray, il n’est pas rare que les éditeurs ne proposent qu’une seule piste en Dolby TrueHD ou DTS-HD Master Audio. Il s’agit généralement de la piste en version originale, tandis que la version française est parfois limitée au Dolby Digital ou au DTS.

En résumé, le Dolby TrueHD et le DTS-HD MA, ce sont :

• Jusqu’à 8 canaux sur disques Blu-ray et Blu-ray 4K (gauche, centre, droit, latéral gauche, latéral droit, surround gauche, surround droit et LFE/.1)
• Un son de qualité studio (jusqu’à 24 bits / 192 kHz)
• Une compression sans perte (lossless)
• Un débit de données jusqu’à 18 Mbps (Dolby) et 25 Mbps (DTS)
• Un noyau en Dolby Digital 5.1 ou DTS 5.1 pour la rétro-compatibilité

Qu’est-ce que le Dolby Digital Plus (ou DD+)

Si le Dolby TrueHD et le DTS-HD MA offrent un son spectaculaire avec une installation home-cinéma — et d’excellentes enceintes — ces formats HD ne sont pas du tout adaptés à la SVOD, qui se développe à grand galop. C’est bien simple, le débit d’une piste Dolby TrueHD est au bas mot cinq fois supérieur à la bande passante que Netflix alloue pour streamer la vidéo de ses films et séries. Les plateformes de streaming qui utilisent depuis des années le Dolby Digital sont d’ailleurs demandeuses d’un nouveau format plus économique (compressé donc), avec une qualité au moins équivalente, le but étant d’économiser de la bande passante.

Source : Netflix

Dolby, qui n’a cessé de mener des recherches sur la compression sonore — il a participé au développement du codec AAC qu’Apple utilise aujourd’hui — finalise le codec E-AC3 (Enhanced AC3) et propose, dès 2005, le Dolby Digital Plus (DD+). Ce nouveau format multicanal utilise une compression avec perte nettement plus performante et peut contenir jusqu’à 8 canaux, dont un LFE/.1 pour le renfort des basses fréquences. Sa plage de débit est aussi plus large, comprise entre 32 Kbps pour un unique canal (1.0) et 3 Mbps pour un programme 7.1. En pratique, la plupart des plateformes de streaming diffusent leurs films et séries en DD+ 5.1 à 256 Kbps.

Aujourd’hui, le Dolby Digital Plus (DD+) est hégémonique sur les services de SVOD (Netflix, Amazon Prime Video, Apple TV+, HBO Max…). Il est en outre de plus en plus largement supporté par les téléviseurs, les lecteurs vidéo (Apple TV, Nvidia Shield, Amazon Fire TV, Google TV, Chromecast…), les lecteurs Blu-ray, les amplis home-cinéma et les barres de son.

Le Dolby Digital Plus doit également son large succès à sa compatibilité avec le Dolby Atmos…

Qu’est-ce que le Dolby Atmos ?

Le Dolby Atmos est un format audio multicanal révolutionnaire à plus d’un titre. Lancé par Dolby en 2012, il contient de 6 à 8 pistes audio (5.1/7.1) avec des éléments sonores qui peuvent être déplacés dynamiquement pendant la lecture sur plusieurs enceintes, dont certaines sont positionnées au plafond. Un décodeur Dolby Atmos peut ainsi piloter plus de 100 enceintes simultanément et gérer une centaine d’objets sonores dans un même film. Dans une salle de cinéma équipée pour le Dolby Atmos, le son vient ainsi de toutes parts et entoure à proprement parler les spectateurs.

Source : LG

Chez soi, la donne est un peu différente, car il est rare de disposer d’enceintes fixées ou encastrées au plafond, et encore moins d’en installer des dizaines. Ce n’est pas gênant, car les processeurs Dolby Atmos intégrés aux barres de son et amplis home-cinéma, s’adaptent au nombre d’enceintes ou de haut-parleurs présents.

De plus, les fabricants d’enceintes hi-fi ont développé de nouveaux produits, tels de petites enceintes à diffusion verticale à poser sur des enceintes existantes. Les barres de son, à l’image des Bose Soundbar 900, LG S95QR, Samsung HW Q990B ou Philips Fidelio B97, ne font pas autrement et sont également équipées de haut-parleurs tournés vers le plafond. Au-delà, si l’ont fait abstraction de la dimension verticale du son, le Dolby Atmos offre une circulation plus précise des sons horizontaux.

Dolby Atmos 5.1.2, 7.1.4, 9.1.4 : ce que cela signifie

Techniquement, le noyau d’un programme en Dolby Atmos est soit un flux Dolby Digital Plus 5.1 ou 7.1 (sur les plateformes de streaming), soit un flux Dolby TrueHD 7.1 (sur disques Blu-ray), accompagné de métadonnées pour identifier et positionner les objets sonores additionnels. Le nombre de canaux dédiés à ces objets sonores dépend des capacités des barres de son et des amplis home-cinéma.

Les appellations 5.1.x, 7.1.x ou 9.1.x sont directement liées aux capacités de l’amplificateur home-cinéma ou de la barre de son qui décode le Dolby Atmos, mais pas au flux Dolby Atmos lui-même qui est au format 5.1 ou 7.1. Dans 5.1.x, x correspond tout simplement au nombre de canaux verticaux. Ainsi, une barre de son 7.1.4 délivre un son horizontal sur 7 canaux, 1 canal de basses fréquences et 4 canaux verticaux, à partir d’un flux Dolby Atmos 5.1. Ce sont les métadonnées intégrées qui permettent d’exploiter tous les haut-parleurs et faire circuler les sons entre eux.

Source : Tristan Jacquel pour Frandroid

Dans le cas des amplis home-cinéma, la possibilité est souvent offerte à l’utilisateur de déclarer lui-même quel type d’enceintes il a branché. Faute d’enceintes au plafond, l’ampli peut répartir le son sur davantage d’enceintes horizontales, par exemple sur les côtés de la pièce d’écoute. Une piste en Dolby Atmos 5.1 peut ainsi être restituée sur 11 enceintes au sol, avec beaucoup de précision et d’immersion. Il en va de même pour les barres de son équipées de dizaines de transducteurs.

Le Dolby Atmos pour la musique

En 2021, Dolby a lancé conjointement avec Apple Music, Tidal et Amazon Music, le Dolby Atmos pour la musique. Des centaines d’albums et des milliers de titres ont été remixés en studio, passant de la simple stéréo au Dolby Atmos. Apple et Amazon ont fait le choix d’utiliser des fichiers DD+JOC (Dolby Digital Plus avec Joint Object Coding), qui sont totalement compatibles avec les barres de son et les amplis home-cinéma, à condition d’utiliser une Apple TV avec Apple Music et un lecteur Amazon Fire TV avec Amazon Music. Tidal a opté pour le plus récent format Dolby AC4-IMS (Immersive Stereo for Mobile), qui délivre un signal stéréo binauralisé, taillé pour les casques et écouteurs donc.

Pour résumer, le Dolby Atmos c’est :

• Un format 5.1/7.1 avec des objets sonores dynamiquement placés au décodage, en fonction du nombre de haut-parleurs d’une barre de son
• Une compression sans perte (lossless), lorsque le fichier est au format Dolby TrueHD Atmos (±18 Mbps)
• Une compression avec perte (lossy) lorsque le fichier est au format Dolby Digital + Atmos (DD+ JOC de 768 Kbps à 1,2 Mbps)
• Une version pour l’écoute au casque avec un mobile (AC4-IMS à compression lossy)
• Une disponibilité sur support Blu-ray, en SVOD, en streaming musical et sur certains jeux vidéo

Quel matériel pour le Dolby Atmos ?

Pour les films, séries TV, concerts et documentaires avec audio en Dolby Atmos, plusieurs types d’installations sont possibles. La moins encombrante se compose d’un téléviseur et d’une barre de son, tous deux compatibles Dolby Atmos. Si vous visionnez vos films, séries, documentaires ou concerts en streaming, il suffit d’installer l’application du service concerné et le son sera automatiquement transmis à la barre de son, via un simple câble HDMI.

Si vous décidez de remplacer le téléviseur par un vidéoprojecteur Android TV, sachez qu’il est rare que le Dolby Atmos puisse être transmis par le vidéoprojecteur à la barre de son. Mieux vaut donc utiliser un lecteur Blu-ray ou un lecteur vidéo compatible (Google TV avec Chromecast, Apple TV 4K, Amazon Fire TV…), connecté directement à la barre de son, qui devra être équipée d’entrées et sorties HDMI. Pour une qualité audio HD, le mieux est de vous équiper d’un lecteur Blu-Ray 4K. Pour une immersion sonore plus spectaculaire, l’idéal est de combiner un amplificateur home-cinéma certifié Dolby Atmos, avec des enceintes hi-fi issues d’une même gamme. L’idée sous-jacente est d’utiliser des enceintes avec des transducteurs identiques, pour éviter que les sons qui se déplacent de l’une à l’autre ne changent de tonalité. Enfin, le caisson de basses est un vrai plus, car il apporte beaucoup de profondeur à la restitution et, pour les modèles les plus puissants, une pression physique.

Qu’est-ce que le DTS:X, concurrent du Dolby Atmos

Terminons avec le DTS:X, le format audio multicanal immersif de DTS concurrent du Dolby Atmos. Tout comme ce dernier, le DTS:X utilise des métadonnées de spatialisation qui sont prises en charge par les amplificateurs home-cinéma et les (rares) barres de son compatibles, afin de tirer le meilleur parti des haut-parleurs présents. Plus il y a d’enceintes ou de haut-parleurs dans la barre de son et meilleure est l’immersion. Le DTS:X est uniquement disponible sur support Blu-Ray dans les films, séries ou concerts récents.

Source : Tristan Jacquel pour Frandroid

Le DTS:X est en pratique une piste au format DTS-HD Master Audio, avec des métadonnées de spatialisation complémentaires. Sa très haute qualité — 24 bits / 96 kHz et compression sans perte — en fait un format de choix pour le home-cinéma. Il n’est en revanche pas utilisé par les plateformes de streaming, en raison de son débit bien trop important (jusqu’à 25 Mbps).

Pour résumer, le DTS:X c’est :

• Un format 5.1/7.1 avec des objets sonores dynamiquement placés au décodage, en fonction du nombre d’enceintes (haut-parleurs pour une barre de son)
• Une compression sans perte (lossless) et un débit max de 25 Mbps
• Une disponibilité exclusivement sur support Blu-ray
• Une faible prise en charge par les barres de son

Un dernier mot pour évoquer le THX, qui n’est pas un format audio mais un standard de qualité développé sous l’impulsion du réalisateur Georges Lucas. Il n’existe pas de piste audio certifiée THX, mais seulement des amplificateurs et des enceintes labellisés pour leur capacités à produire un volume sonore très élevé avec très peu de distorsion. De la même manière, le procédé audio IMAX Enhanced n’est pas un format audio, mais un post-traitement appliqué à certaines pistes DTS:X, afin d’en renforcer l’impact sonore.

Comparer les différentes normes Dolby et DTS

Et pour finir, un petit tableau récapitulatif des différents formats audio multicanaux :