La plupart des gens associent le cinéma maison à un immense mur d’enceintes et à un caisson de basses qui fait vibrer le plancher. C’est l’expérience cinématographique classique. Mais soyons honnêtes. Tout le monde n’a pas la superficie nécessaire pour une configuration 5.1 complète. De nombreux locataires souhaitent simplement regarder Netflix sans transformer leur salon en une jungle parsemée de câbles. Vous n’avez pas besoin d’une salle multimédia dédiée pour obtenir cette sensation immersive. Vous avez juste besoin d’un son surround virtuel.
Cette technologie imite les effets spatiaux d’un réseau multi-enceintes en utilisant beaucoup moins de composants. Vous n’achetez pas un nouvel ensemble de murs. Vous achetez un type spécifique de traitement audio.
Il existe deux versions principales de cette technologie. Le premier est le système 2.1 surround. Cela signifie généralement deux haut-parleurs avant et un caisson de basses séparé. C’est ça. Bien que leur nom implique la simplicité, ces systèmes sont conçus pour inciter votre cerveau à entendre toute l’expérience sonore surround d’une configuration à cinq haut-parleurs. La deuxième variété est la projection sonore numérique. Ceux-ci ont tendance à utiliser une seule bande de petits haut-parleurs. Il leur manque souvent un subwoofer dédié, s’appuyant sur la bande elle-même pour projeter le son dans la pièce.
Quel que soit le matériel, l’objectif est le même. Le système modifie les ondes sonores afin qu’elles semblent provenir d’endroits où aucun haut-parleur physique n’existe. Ce n’est pas magique. C’est de la psychoacoustique. Nous parlons de la façon dont les humains perçoivent le son. En comprenant les particularités de l’audition humaine, les ingénieurs peuvent faire en sorte que deux haut-parleurs ressemblent à cinq.
Comment votre cerveau cartographie l’espace
Pour comprendre pourquoi cela fonctionne, vous devez examiner le matériel de votre propre tête. Un haut-parleur est essentiellement une machine qui convertit les impulsions électriques en mouvement physique. Il utilise un diaphragme. Ce cône se déplace rapidement d’avant en arrière. Lorsqu’il pousse, cela crée une compression. Il s’agit d’une zone de haute pression atmosphérique. Lorsqu’il recule, cela crée une raréfaction. C’est une pression plus basse.
Ces compressions et raréfactions se propagent dans l’air sous la forme d’une onde longitudinale. Ils sont entraînés par le mouvement des particules d’air. Lorsque les particules se poussent les unes contre les autres, la pression augmente. Lorsqu’ils se séparent, la pression chute. Cette vague finit par atteindre votre oreille.
Il atteint le pavillon, également connu sous le nom d’oreillette. C’est le cône externe de votre oreille. Le son voyage ensuite dans le conduit auditif. Il déplace physiquement votre membrane tympanique ou votre tympan. Cela déclenche une réaction en chaîne de minuscules structures à l’intérieur. Finalement, les vibrations atteignent le nerf cochléaire. Le nerf envoie ces impulsions à votre cerveau. Votre cerveau les interprète comme du son.
Mais entendre ne consiste pas seulement à détecter le volume ou la hauteur. Votre cerveau utilise le son pour localiser sa source. Cela se produit via des signaux auditifs. Vous n’y pensez peut-être pas consciemment, mais votre cerveau calcule constamment d’où vient un son. C’est une compétence de survie évolutive. Les animaux l’utilisent pour trouver de la nourriture ou éviter les prédateurs. Les humains l’utilisent pour déterminer si on frappe à leur porte ou à celle de leur voisin. Si vous parvenez à localiser la source, vous pouvez réagir.
Les systèmes surround virtuels exploitent ces signaux. Ils modifient les ondes sonores afin que votre cerveau reçoive des données contradictoires ou modifiées. Le résultat est une image fantôme. Vous entendez le son venant de derrière vous, même si l’enceinte est devant vous.
L’approche de l’algorithme Dolby
L’une des méthodes les plus connues pour créer cet environnement est Dolby Virtual Speaker. Ce n’est pas un appareil physique. C’est un ensemble de règles et d’algorithmes. Ces règles recréent un son multicanal pour les appareils dotés de seulement deux haut-parleurs ordinaires.
Vous trouverez cette technologie intégrée à certains téléviseurs, systèmes stéréo et ordinateurs. Il traite le signal audio avant qu’il n’atteigne le conducteur. L’algorithme manipule le timing et la fréquence des ondes sonores. Il trompe les signaux de localisation du cerveau. L’effet est similaire à Dolby Headphone. Cette technologie utilise des algorithmes de traitement du son pour permettre à des écouteurs normaux d’imiter une configuration d’enceintes à son surround.
Cette approche supprime le besoin d’un câblage complexe. Vous n’avez pas besoin de percer des trous dans les murs. Vous n’avez pas besoin de mesurer les distances entre les enceintes. Le traitement s’effectue numériquement. Le matériel doit juste être capable de produire un signal stéréo.
Cela soulève une question simple. Pourquoi lutter contre la physique quand on peut simplement tromper le cerveau ?
Les mécanismes de la direction auditive
Vous êtes dans une salle d’examen silencieuse. L’air est calme. Ensuite, une pièce tombe.
Votre tête se tourne vers le son. Cela arrive si vite qu’on n’y pense pas. C’est instinctif. Votre cerveau calcule la source en une fraction de seconde. Il se peut que vous n’entendiez que d’une oreille. Cela fonctionne toujours. Comment?
Le cerveau est un moteur de traitement. Il extrait les données brutes des oreilles et exécute des analyses complexes. Il y a deux entrées principales. La première est la différence entre ce que l’oreille droite entend et ce que l’oreille gauche entend. L’autre est la façon dont les ondes sonores rebondissent sur votre tête et votre corps. Ce sont les signaux sonores. Le cerveau les utilise pour trianguler la localisation.
Pensez à nouveau à la pièce. Il touche le sol à votre droite.
Le son se propage sous forme d’ondes physiques. Il se déplace à une vitesse finie. Cela prend du temps. La vague frappe d’abord votre oreille droite. Une fraction de seconde plus tard, il heurte votre gauche.
Il y a aussi une baisse de volume. Le son est plus faible dans l’oreille gauche. Pourquoi? La vague se dissipe naturellement. Votre tête en absorbe une partie. Cela en reflète certains. Cela crée un écart.
Cet écart a un nom. Il s’agit de la différence de niveau interaurale (ILD).
L’intervalle de temps est un autre nom. Il s’agit de la différence de temps interaurale (ITD).
Ces deux mesures donnent à votre cerveau une image claire. Le son est-il à gauche ou à droite ? La réponse est généralement oui.
Mais l’élévation ? C’est délicat.
Si un son est au-dessus ou en dessous de vous, le chemin vers vos oreilles change. La longueur du chemin varie. Mais la différence entre les oreilles gauche et droite reste la même. L’ILD et l’ITD ne changent pas avec la hauteur. Donc votre cerveau se débat.
Le devant ou le dos est encore plus difficile.
Si vous vous fiez uniquement aux différences de temps et de niveau, vous risquez de vous perdre. Un son derrière vous peut produire exactement les mêmes ILD et ITD qu’un son devant vous. Les points de données correspondent. L’emplacement ne le fait pas.
Cela crée une zone à problèmes. Il s’agit d’une zone en forme de cône s’étendant vers l’extérieur de votre oreille. Nous l’appelons le cône de confusion.
À l’intérieur de ce cône, les chiffres sont identiques. Votre cerveau ne peut pas distinguer l’avant de l’arrière en utilisant uniquement le temps et le volume.
Cela suppose que vous ayez deux oreilles fonctionnelles. Et si vous ne le faites pas ?
Si vous n’entendez que d’une oreille, vous pouvez toujours localiser le son. Le cerveau s’adapte. Il regarde les reflets. Il analyse la façon dont le son rebondit sur les surfaces de cette seule oreille. Ce n’est pas parfait. Mais ça marche.
Lorsqu’une onde sonore vous frappe, elle ne rebondit pas uniquement sur votre tympan. Cela vous frappe la tête. Cela frappe vos épaules. Il s’enroule autour de la coque incurvée de votre oreille externe. Chaque réflexion modifie subtilement l’onde. Ces réflexions interfèrent les unes avec les autres. Certaines parties de la vague grossissent. Les pièces deviennent plus petites. Cela change le volume et la qualité.
Ces changements sont connus sous le nom de fonctions de transfert liées à la tête (HRTF).
Contrairement aux différences de niveau interaurales (ILD) ou aux différences de temps interaurales (ITD), les HRTF gèrent l’élévation. Ils vous indiquent si un son vient d’en haut ou d’en bas. Ils distinguent également l’avant de l’arrière. Le cerveau lit ces distorsions d’ondes pour en identifier l’origine.
Pourquoi nous ne pouvons pas mesurer les HRTF à l’oreille
L’oreillette humaine est un labyrinthe. Il possède d’innombrables surfaces. La plupart sont courbés. Le son rebondit sur une surface, en frappe une autre et rebondit à nouveau avant d’atteindre la membrane tympanique.
Ajoutez le visage. La tête. Les cheveux. Le torse.
Essayer d’isoler manuellement ces réflexions est presque impossible. Les interactions sont trop complexes. Les scientifiques avaient besoin de données. Beaucoup.
Ils ont utilisé des sources sonores. Ils ont utilisé des réseaux de microphones. Ils utilisaient des programmes informatiques.
Le rôle de KEMAR dans la recherche HRTF
Les chercheurs ne se sont pas contentés de deviner. Ils ont mesuré.
Dans certaines études, ils ont fixé de minuscules microphones directement sur le corps des participants humains. Dans d’autres, ils ont utilisé des mannequins réalistes. Ces mannequins imitent la peau, le cartilage et les proportions humaines.
Le plus célèbre est le Knowles Electronic Manikin for Acoustic Research (KEMAR). C’est un incontournable dans des laboratoires comme le MIT Media Lab.
Pourquoi des mannequins ? Parce que chaque tête est différente. Chaque forme d’oreille est unique. Pour créer un modèle universel, il faut une standardisation. KEMAR fournit cette base de référence.
Les HRTF sont essentiellement une empreinte digitale de la façon dont votre corps filtre le son. Sans eux, l’audio manque de profondeur.
De la mesure à l’algorithme
Les microphones n’ont qu’une seule tâche : capturer le son.
Les ordinateurs analysent ensuite les différences. Ils examinent comment un son unique interagit avec différentes parties du corps. Ils suivent les sons provenant de différents points d’origine.
Ces données mènent à un algorithme.
Un algorithme n’est ici qu’un ensemble de règles. Il décrit comment les HRTF et d’autres facteurs ont modifié la forme de l’onde sonore. Si vous appliquez cet algorithme à une nouvelle onde sonore, cela modifie la forme de cette onde. Cela lui confère les mêmes propriétés que l’onde originale avait après avoir interagi avec un corps.
C’est le moteur du son surround virtuel.
Comment fonctionne le Surround virtuel
Voici ce qui se passe lorsque vous mettez des écouteurs prétendant imiter un système surround 5.1.
- Capture : Les chercheurs utilisent des microphones pour enregistrer le son d’une configuration physique à haut-parleurs 5.1. Ils enregistrent à partir d’oreilles et de corps de différentes formes et tailles. Cela explique les différences de perception individuelles.
- Modèle : À l’aide d’ordinateurs, ils développent un algorithme. Cet algorithme reproduit les caractéristiques spatiales de ce champ sonore du monde réel.
- Appliquer : L’algorithme est appliqué à un système à deux haut-parleurs (stéréo). Il remodèle l’audio. Le résultat est un champ sonore qui imite la forme d’une véritable configuration 5.1 canaux.
Vous entendez une simulation. Votre cerveau traite l’audio modifié par HRTF comme si les sons provenaient de directions spécifiques de l’espace.
Ce n’est pas magique. C’est des mathématiques. Et c’est pourquoi un film semble immersif même lorsque vous êtes seul dans une pièce.
Outils et techniques de son surround virtuel
C’est une astuce. Un tour de passe-passe numérique sophistiqué. Le processeur prend votre signal stéréo standard et le déforme avec des signaux sonores. Changements de phase. Amortissement de fréquence. Lignes à retard. Cela oblige votre cerveau à accepter un mensonge : le son explose à partir de cinq points distincts dans l’espace plutôt que de deux haut-parleurs gauche et droit. Vous n’en entendez pas plus. Vous êtes convaincu que vous l’êtes.
C’est la promesse principale des outils de son surround virtuel. Ils n’ajoutent pas de matériel. Ils ajoutent de la tromperie.
L’approche DSP : façonner le signal
La plupart des configurations grand public reposent sur le traitement du signal numérique (DSP). Ce n’est pas magique ; ce sont des mathématiques appliquées aux ondes sonores. Le logiciel analyse la piste stéréo entrante et applique des fonctions de transfert liées à la tête (HRTF). Ces fonctions modélisent la manière dont vos oreilles et votre tête filtrent le son provenant de différentes directions.
En modifiant artificiellement le timing et l’intensité des fréquences entre les canaux gauche et droit, le système crée des « images fantômes ». Votre cortex auditif comble les lacunes. Il place un son derrière vous ou à vos côtés en fonction d’indices subtils auxquels votre cerveau a évolué et auquel il fait confiance.
Solutions matérielles et logicielles
Vous avez des options. Ils diffèrent par leur efficacité et leur coût.
- Virtualisation basée sur logiciel : Elle s’exécute sur votre PC, console ou smartphone. Des applications comme Dolby Atmos for Headphones ou 360 Reality Audio de Sony prennent un mixage 5.1 ou 7.1 et le convertissent. C’est pratique. Mais cela semble souvent mince. Les profils HRTF sont génériques. Ils prennent une forme de tête moyenne. Si votre tête n’est pas moyenne, l’illusion se brise.
- Mixage ascendant basé sur le matériel : Certains récepteurs AV et barres de son haut de gamme le font en interne. Ils traitent le signal avant qu’il n’atteigne les haut-parleurs. Une configuration 5.1 peut simuler une expérience 7.1 ou même 9.1 en utilisant les haut-parleurs arrière et les canaux en hauteur pour combler le vide. Cela dépend moins de la précision du HRTF puisque vous utilisez de véritables haut-parleurs physiques.
- Formats Ambisonic : C’est là que ça devient technique. Ambisonics capture le son sous forme de sphère. Il enregistre directement les informations directionnelles. Lors de la lecture via des outils Surround virtuels, le panoramique est plus précis. Il est principalement utilisé dans les casques VR. Si vous regardez simplement un film sur un canapé, vous ne remarquerez probablement pas la différence.
Pourquoi c’est important pour les utilisateurs quotidiens
Vous n’avez pas besoin d’un théâtre. Il faut une immersion.
Le problème avec la stéréo, c’est qu’elle est plate. Tout se passe devant vous. Les films d’action perdent leur profondeur spatiale. La musique perd de sa largeur. Le son surround virtuel corrige ce problème en élargissant la scène sonore. Ce n’est pas du vrai surround. C’est une approximation convaincante.
Pour les joueurs, c’est essentiel. L’audio directionnel peut faire la différence entre repérer un ennemi derrière un mur et se faire flanquer. Les indices doivent être précis. Un HRTF mal réglé peut masquer entièrement les traces de pas.
Là où ça échoue
L’illusion est fragile.
- Mouvement de la tête : Si vous tournez la tête, le son reste fixé sur les haut-parleurs. Il ne tourne pas avec vous. Cela brise instantanément l’illusion spatiale.
- Forme de l’oreille : Les pavillons de chacun sont différents. Les filtres utilisés dans la plupart des logiciels sont des moyennes. Si vos oreilles captent les hautes fréquences différemment,
Les mécanismes du faux son surround
Les systèmes surround virtuels ne reposent pas uniquement sur la physique ; ils piratent votre cerveau. Alors que les véritables configurations 5.1 utilisent de véritables haut-parleurs pour faire rebondir les ondes dans une pièce, les systèmes de traitement du son numérique tentent de vous tromper dans l’espace auditif. Ils réfléchissent les ondes sonores sur vos murs. Si une vague rebondit sur le mur derrière votre tête, votre cerveau l’enregistre comme venant de derrière vous.
Cela demande de la précision. Vous devez fournir les dimensions de la pièce ou utiliser un microphone de calibrage. L’angle vous manque ? L’illusion se brise.
Annulation et interférence
De nombreuses configurations à deux haut-parleurs utilisent l’annulation de diaphonie. Il s’agit d’une application créative de interférence destructrice. L’objectif est simple : empêcher votre oreille gauche d’entendre le son du canal droit.
Si vos oreilles captent les signaux de l’autre, l’image stéréo s’effondre. Le système utilise des algorithmes pour éliminer ce saignement indésirable. Ce n’est pas magique. C’est du traitement du signal.
La puissance de traitement derrière le son
Ces algorithmes ont besoin de muscle. Un processeur informatique, généralement à l’intérieur d’un récepteur ou d’un amplificateur, se charge du gros du travail. Cette puce traite les ondes sonores en temps réel. Il prend l’entrée d’un lecteur DVD ou d’un décodeur satellite. Il applique les mathématiques. Il règle le volume. Ensuite, il envoie le signal clair aux haut-parleurs. Certains systèmes cachent ce matériel à l’intérieur des haut-parleurs eux-mêmes.
Le problème du sweet spot
Voici le piège. L’immersion est une illusion. Cela ne fonctionne que si vous êtes assis au bon endroit. Vous devez regarder directement l’écran.
Déplacez-vous vers la gauche ou la droite du sweet spot et l’effet disparaît. Vous tombez en dehors du champ sonore dirigé. Les sons qui se propagent dans la pièce peuvent bégayer ou sembler peu naturels. Vous entendez deux orateurs prétendant être cinq. Le résultat n’a pas la puissance physique d’un réseau surround complet.
Considérations d’achat
Avant d’acheter, vérifiez ces facteurs.
- Taille et forme de la pièce : La projection sonore numérique repose sur les réflexions. Il échoue dans les espaces immenses et ouverts ou dans les pièces aux murs irréguliers.
- Effet souhaité : Vous voulez un son qui remplit la pièce ? Un système à deux haut-parleurs pourrait décevoir.
- Subwoofer : les systèmes 2.1 en incluent un. De nombreux systèmes de projection numérique ne le font pas. Vous pouvez en ajouter un pour les basses, mais cela coûte plus cher.
- Exigences de configuration : Certains systèmes sont plug-and-play. D’autres exigent que vous mesuriez la pièce et que vous exécutiez une routine d’étalonnage.
- Prix : Des systèmes 2.1 abordables existent. Les unités de projection numérique haut de gamme peuvent dépasser 1 500 $.
La technologie est impressionnante jusqu’à ce que vous vous leviez. Ensuite, ce ne sont que des échos.
Où approfondir la science audio
Si vous souhaitez aller au-delà des bases et voir exactement comment les ondes sonores rebondissent sur les murs ou comment les écouteurs incitent votre cerveau à entendre un cinéma, le chemin est jonché de ressources. Commencez par les guides fondamentaux. Comment fonctionne le cinéma maison ouvre la voie. Ensuite, vous devez comprendre le matériel. Comment fonctionnent les haut-parleurs explique la mécanique. Comment fonctionne le son du film plonge dans le mix.
Il y a aussi des bords étranges et merveilleux dans ce domaine. Comment fonctionne LRAD couvre les appareils acoustiques à longue portée. Comment fonctionne la lévitation acoustique ressemble à de la science-fiction mais relève de la vraie physique. Et pour l’écran, Comment fonctionnent les téléviseurs n’est que le début. Il faut regarder les panneaux. Comment fonctionnent les ensembles DLP. Comment fonctionnent les écrans plasma. Comment fonctionne l’écran LCD. Et si vous vous sentez nostalgique ou simplement curieux de connaître les technologies mortes, Comment fonctionne SED-TV est un détour fascinant. Ensuite, il y a Comment fonctionne la TVHD pour tout relier à la haute définition.
Mais le vrai problème réside dans les comparaisons. Popular Mechanics a un article solide sur Multi-Speaker vs. Virtual Surround. Cela coupe le battage publicitaire. Vous voulez les données concrètes ? Accédez à l’Institut de recherche sur le son et les vibrations. Ils ne vendent rien. Ils étudient simplement les vibrations. L’État du Michigan se concentre fortement sur l’acoustique/psychoacoustique. C’est là que la psychologie rencontre la physique. Et pour les nerds qui veulent faire des calculs, recherchez ** Localisation du son à l’aide des fonctions de transfert de tête **.
La recherche derrière l’illusion
Ce n’est pas seulement une opinion. C’est mesuré.
“Le cerveau n’entend pas les haut-parleurs. Il entend une scène.”
La science s’appuie sur des mesures spécifiques. Les Mesures du mannequin de Burkhead d’Industrial Research Products, Inc. fournissent les données brutes. Vous pouvez toujours trouver le PDF. Cela montre comment le son frappe une tête factice. C’est précis.
Ensuite, il y a le côté cognitif. Les travaux de Coppin à l’Université Rice sur la localisation du son à l’aide des fonctions de transfert de tête prouvent que notre cerveau utilise de subtiles différences temporelles pour placer le son dans l’espace 3D. Ce n’est pas magique. C’est la géométrie et le retard.
Dolby joue avec ça depuis des années. Leur technologie Dolby Headphone est spécialement conçue pour les écouteurs stéréo. Il simule le surround. Cela crée de la largeur. Leur Dolby Virtual Speaker fait quelque chose de similaire, mais pour les configurations home cinéma sans haut-parleurs arrière. C’est un compromis.
Ivo Eames de Sound on Sound s’est effondré sur How Does Virtual Surround Work en 2004. Il n’a pas mâché ses mots. Il a expliqué les banques de filtres. Le masquage psychoacoustique. C’est complexe.
John Falcone de Cnet a posé la question au consommateur : Le Virtual Surround en vaut-il la peine ?. La réponse n’est jamais un simple oui. Cela dépend du matériel source.
Les fonctions de transfert liées à la tête (HRTF) sont la clé. L’Université de Miami maintient une bonne introduction. Cela explique pourquoi certaines personnes entendent le son surround et d’autres simplement « étouffé ». Vos oreilles sont uniques. La forme de votre tête compte.
L’Institute of Sound and Vibration Research de Southampton possède des archives qui remontent à plusieurs décennies. Si vous voulez comprendre pourquoi un film semble « grand », regardez ici.
Christian Koebel de GotFrag Hardware a couvert Virtual Surround Sound en 2006. Il a examiné les implémentations matérielles. Les moins chers. Les plus chers. La différence réside dans la puissance de traitement.
Jack M. Loomis a défini la psychoacoustique pour AccessScience. C’est l’étude de la perception. Pas seulement l’oreille. Le cerveau.
La page de Michigan State sur la Localisation des sources sonores se lit rapidement. Il est clair. C’est exact.
SRS Labs a poussé la technologie TruSound XT. Ils prétendaient transformer la stéréo en surround. C’était controversé. Cela a fonctionné, mais cela a coloré le son.
Eric Taub dans le New York Times a écrit The Sweet Deception of Virtual Sound. Il a appelé ça un truc. Il avait raison. Mais c’est une astuce utile.
Vann’s a proposé un guide sur Obtenir un son surround 5.1 à partir de deux haut-parleurs. C’est une question de placement.
