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Les archives de l'Audiophile AA
LE COIN AUDIOPHILE HI-FI
pour les audiophiles mélomanes et bricoleurs

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EUPHONIE & MUSIQUE
Mis à jour le
  

3Dphonie - Holophonie - Ambisonie
Le son en trois dimensions


Comment reproduire une scène sonore
quasi tridimentionnelle à partir
de deux voies stéréophoniques

Pour éviter toute confusion, je précise immédiatement que ce dossier ne concerne pas la reproduction sonore multicanale en 5.1 ou 7.1, ni le home-cinéma THX, ni le SACD, ni la quadraphonie. La 3D phonie décrite ici utilise une simple source à deux voies, sans aucun traitement informatique DSP ou autre, provenant d'un simple CD audio du commerce!
1°) Comment m'est venue l'idée d'un tel système?

Le point de départ se situe vers 1975. Je m'étais penché principalement sur trois phénomènes acoustiques que j'avais tenté d'approfondir - les documents étaitent plutôt rares à l'époque - et ce système en représente la synthèse. Aujourd'hui il y a de nombreuses sources sur ce sujet qui sont disponibles sur Internet .
- Le premier phénomène est connu depuis des siècles, il s'agit du phénomène acoustique appelé "'effet de choeur". Son utilisation par exemple avec des chœurs féminins chantant à l’unisson confère au message musical une plus grande aération, il a été grandement utilisé surtout dans la musique religieuse. Le même phénomène a été constaté aux débuts de la radio, avec deux TSF de modèles différents (donc avec des harmoniques et des spectres sonores différents) mais diffusant le même programme et placées dans deux pièces séparées, portes ouvertes. Les américains avaient nommé cet effet “next set effect”.

- Le deuxième phénomène acoustique a pour base la constatation que la part du son direct que l'on entend d'un instrument de musique dans un concert est nettement inférieure à celle du son indirect de ce même instrument réfléchi par le mur du fond, les murs latéraux, le plafond, l'estrade etc... (11% direct pour 89% réfléchi selon le Dr Bose, 30% direct pour 70% réfléchi selon Ian Paisley. J'ai opté personnellement pour 25/75%) Cette constatation a été à l'origine de la conception d'enceintes acoustiques à diffusion latérale, dorsale, ou face à face par Roy Allison (voir les Allison four, en 1976), Bose (voir les 802 seriesIII ou les Bose 901 et ce diaporama sur le principe du direct/reflecting ) et bien d'autres: voir les colonnes Beveridge, la Joran ou la OE-One ... Pour mettre en application ce principe, j'avais à l'époque réalisé des enceintes colonnes qui s'écoutaient ainsi face à face. La scène sonore se construisait très naturellement entre les deux enceintes acoustiques, mais sans une "réalité" ponctuelle des musiciens (enceintes inspirées de plans publiés par la Revue du son et ... elles fonctionnement encore!).

- Le troisième phénomène acoustique concerne la génèse du son par l'instrument de musique. Celui-ci génère en effet le son dans toutes les directions à 360°. C'est ce point d'émission, assimilé à une sphère pulsante, que Peter Walker a cherché à reproduire quand il a conçu son haut-parleur électrostatique large bande Quad ESL63 "Fred". Travaillant en doublet sonore quasi parfait, reproduisant, grâce à des lignes de retard, une source virtuelle placée à 30 cm derrière les panneaux, ces haut-parleurs Quad ne demandaient, à mon avis, qu'une voie verticale en plus pour s'approcher de vraiment très près d'une sphère pulsante. Les Quad ESL63 en terme d'impulsion, de respect de la phase et des timbres sont en outre des outils de référence ( banc d'essai ) qui ont d'ailleurs été choisis comme haut-parleurs de contrôle par de nombreux studios d'enregistrement (par exemple cliquez sur 'informations' sur ce site qui présente un CD audio de Vivaldi par l'Ensemble Il Seminario musicale chez Harmonic Records).
2°) Schéma de principe du système
Disposition dans la pièce d'écoute
cliquez sur l'image pour agrandir

3°) Principe de fonctionnement du système, réglages 
Réglage des voies verticales
Réglage des voies frontales
Juxtaposition des deux images sonores
Ecoute avec les deux voies actives

Les réglages sont assez longs à effectuer car tout déplacement d'un haut-parleur réagit sur les 3 autres et sur la scène sonore. En gros il faut trouver le bon emplacement des haut-parleurs diffusant les voies verticales seules (des JMLAB DB13 à double bobine - de fabrication personnelle et "un peu" modifiées -) qui donne une image de la scène sonore, au niveau du placement de chaque musicien, identique si possible à l'image générée par les voies frontales fonctionnant seules.

Ensuite il convient de corriger la courbe des voies verticales pour éviter tout éventuel renflement du grave dû, dans mon cas personnel, à leur position en angle de la pièce (au dessus -image- des blocs Mono Kenwood L-08M utilisés pour les voies frontales), compenser un peu la perte en aigus des tweeters qui sont de ce fait tournés vers le plafond, et enfin régler le niveau sonore des voies verticales (alimentées par un préampli-ampli Marantz PM26) pour qu'elles "pèsent" environ le même niveau sonore ou un peu moins (cela dépend du niveau de réverbération ou d'absorption de la salle d'écoute) que les voies frontales seules.

J'ai utilisé pour ces réglages des voix de sopranos et de barytons qui devaient rester naturelles et sans toniques surajoutées. On sera amené à baisser le niveau général quand les deux amplis stéréos fonctionneront ensemble. En effet les panneaux Quad travaillent en doublet, cela signifie que le son direct frontal représentera au final environ le quart de la puissance acoustique totale émise (puissance totale = ESL63 avec une voie frontale + une voie dorsale + DB13 pour la voie verticale) , et le son réfléchi (ESL63 voie dorsale + DB13 verticale) représentera les trois quarts. Les deux images sonores doivent fusionner et se confondre quand le système fonctionne au complet...

Les amplis ainsi doublés débitent très peu même dans les tutti (quelques watts seulement, même avec le faible rendement des panneaux Quad), ils doivent cependant avoir un temps de réponse immédiat... donc posséder des alimentations conséquentes et rapides. Dernière contrainte, le volume général du préampli (Kenwood L-08C) doit agir en même sur les voies frontales et verticales de manière uniforme ce qui implique un rendement à peu près équivalent de tous les haut-parleurs afin d'éviter des changements d'équilibre avant/arrière+vertical selon les niveaux. Ouf ! mais le résultat en vaut la peine...


4°) Résultats à l'écoute

La notion de son "3D" ou "holophonique", je ne sais pas trop quel terme employer, se traduit ici par une "matérialisation" des instrumentistes dans la scène sonore virtuelle. On peut tourner la tête, rester assis, se lever, se déplacer dans une zone d'écoute élargie sans que les musiciens changent de position. En fait, c'est ce j'appellerais le "mentir-vrai" d'une reproduction sonore imitée au point que le cerveau s'y trompe. Du coup, on "entre" immédiatement dans la musique et dans l'interpréation sans se poser la moindre question de nature "hifi-esque". Les artistes ont du corps, de la chair, une présence et une véracité qui fait que naturellement on les cherche des yeux et même... jusqu'à presque les voir tant on les imagine, et cela sans effort. On y croit, un point c'est tout. Aucun son ne semble d'ailleurs provenir des enceintes acoustiques frontales elles-mêmes qui paraissent ne pas fonctionner, il faut vraiment s'en approcher de près pour se rendre compte qu'elles marchent. A noter que le cerveau est très pointilleux sur ce qu'il entend quand il "voit" et entend ainsi. La source sonore doit en effet être à un niveau crédible par rapport à l'éloignement que le cerveau a estimé. (Je suis certainement un peu conditonné par l'écoute en concert... et je suis rarement au premier rang, hélas!) Si les haut-parleurs sont réglés a un niveau sonore trop élevé, ça ne "colle" pas, le cerveau n'y croit plus et la scène sonore perd sa "matérialisation mentale". Par contre, tant que le cerveau y croit, il suffit de "regarder" un peu le soliste ou la flute au troisième rangs de pupitres pour l'entendre beaucoup mieux... comme au concert, et nul besoin de retoucher au niveau sonore.

Avec ce système d'ajout d'une voie stéréo verticale en "chorus", la dynamique fine est mieux respectée, les pupitres gagnent en aération, en corps, et d'une manière générale on écoute nettement moins fort tout en ayant plus de plaisir musical... et sans le moindre sentiment de manque de dynamique dans les forte ou les tutti. Le gain de dynamique semble se faire par le bas, sur les niveaux sonores les plus faibles qui deviennent alors plus perceptibles et surtout plus riches de nuances.Améliorations: Ce système visait à obtenir un gain de satisfaction auditive par la construction d'une image sonore encore plus crédible, en décembre 2004 il s'est vu adjoindre un accessoire étonnant qui a encore amélioré mes conditions d'écoute, un ionostat (cliquez ici), et qui marque le début d'une recherche passionnante - et fructueuse - sur les autres voies d'amélioration du rendu sonore d'une chaine hi-fi (cliquez ici), hors des sentiers battus.

   




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Documentation

Mesures du HP Quad ESL 63
Technologie du Quad ESL 63
Quad ESL.org (site non officiel mais très complet)
Avis d'utilisateurs de Quad ESL 63

Blocs mono Kenwood L-08 M ( photos)

Du son à l'émotion: la haute fidélité (doc.pdf)

HAUT-PARLEURS et ENCEINTES ACOUSTIQUES
- Modèle mathématique de la sphère pulsante

MBL 101D, un système réellement omnidirectionnel

Les enceintes omnipolaires
- Études de psychoacoustique (Mirage et Conseil national de recherches Canada) (CNRC)

Refractions of sound waves Acoustics animations, Spherical waves

Ircam: Synthèse de champ sonore holophonique

Ircam: Spatialisation synthèse

Ircam: Spatialisation

Navigation sonore située

LIMSI-CNRS Expérimentation sur la Perception de l’Espace en Réalité Virtuelle Immersive Audio (doc .pdf)

L'ambisonic

Le système ambisonic

Ambisonic.net

Ambiophonics.org

Ambiophonics AES

AES, Audio Engineering Society : Further Investigations of High Order Ambisonics and Wavefield Synthesis for Holophonic Sound Imaging (doc .pdf)

What is holophonic sound?

Holophonic Sound - 3D Audio with Just Two Speakers

Holophonic sound & Hugo Zuccarelli

Holophonie et effet de choeur

Au delà de la stéréo 2

Haut-parleurs: données abusives, niveaux sonores


 

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Etudes

Comprendre la façon dont nous entendons

<<La recherche a démontré que dans un environnement musical en direct, approximativement 30% de ce que nous entendons est constitué de sons directs, alors qu’approximativement 70% de ce que nous entendons est constitué de sons réfléchis par les murs, les plafonds et les planchers, et ces derniers sons atteignent nos oreilles seulement quelques millisecondes après les sons directs. Le cerveau humain utilise les sons directs pour identifier et calculer son emplacement, mais utilise les sons réfléchis pour évaluer la musicalité et la profondeur, de même que la direction. Si ces sons réfléchis arrivent à nos oreilles en générant des hautes fréquences indésirables, alors la musique reproduite est identifiée par le cerveau comme étant une musique artificielle. Ian (Paisley) a reconnu qu’une enceinte capable de recréer le bon rapport entre les sons directs et les sons réfléchis reproduirait donc des sons d'un plus grand réalisme et d'une plus grande fidélité à l'instrument original et à l’environnement original.>>
Source: Miragespeakers.com études de Ian Paisley, 1971.

Sur la nécessité d'utiliser des haut-parleurs large bande pour créer une image holophonique

<<Most speaker on the market today are actually "three way", and include separate woofer, mid-range, and tweeter speakers to handle the full range of sound frequencies. Separation of sound in this way within a single speaker cabinet results in different harmonics reaching the ear at different times, distorting the information for the listener. Also, certain systems which manipulate sound before it reaches the speaker can destroy special information contained in a HOLOPHONIC recording or broadcast. Virtually any type of headphone will provide a perfect HOLOPHONIC effect. The ideal speaker for HOLOPHONIC listening is one where each speaker driver is placed in the same point, such as single cone designs, or the phase coherent, time compensated coaxial speakers available from numerous manufacturers. Only two speakers should be used and they should be placed either directly on each side of the room or brought forward on each side to a position 45 degrees from center.>>
Source: Audio4D

Chorus et effet de choeur

<<Chorus : Traitement du signal sonore qui le désaccorde de façon cyclique et infime (quelques cents) ou plus marquée (aux alentours du demi-ton) et le mélange au son d'origine. Cela crée un effet de choeur électronique (d'où son nom), une sorte de quasi-unisson qui rend le son plus présent.>>
Source: Matthieu Metzger
mémoire sur Esthétique et technique de composition, glossaire - Université de Poitiers

 


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