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2.3 Calibration du niveau sonore

Pour être clair il faut rappeler qu'en home-cinéma, c'est comme au cinéma : on ne choisit pas le niveau sonore !

La calibration du niveau sonore consiste à trouver la position du réglage du volume qui donne le niveau sonore de référence.

Différents outils peuvent utilisés pour cette calibration.

2.3.1 PREAMPLI HC

Un premier outil est le générateur de bruit rose généralement inclus dans les processeurs home-cinéma.

Par exemple sur le Pioneer LX55 :

http://www.pioneer-latin.com/downloads/operating%20manual%20%28vsx-lx55%29-eng.pdf

Autre exemple avec le Onkyo PR-SC5509 :

On retrouve cette façon de faire dans les recommandations de THX :



Un deuxième outil est un DVD de calibration.

Cette méthode me semble préférable, puisque le signal est généré "à la source", c'est à dire au niveau du lecteur de DVD.

2.3.2 DVE

Un premier exemple de DVD de calibration est "Digital Video Essential" (DVE).
http://www.homecinema-fr.com/forum/viewtopic.php?t=29799094


Le chapitre 8 dédié à la calibration du niveau sonore est décliné en sous-chapitres :

Et la méthode conseillée de calibration est la suivante :
"Audio levels should be set among the channels using band limited pick noise.
The important point is to set all of the channels so that they are equal in level.
Band limited pink noise is used so that possible tambour differences among speakers will not affect the level setting process.
The –30 dBSF should produce a + 75 dB acoustic level if the volume control is turned up to reference level."

Le niveau maximal des canaux principaux
8.1 (FL) 8.3 (C) 8.5 (FR) 8.7 (SR) et 8.9 (SL) étant de 105 dB(SPL) pour 0dBFS, il est donc recommandé de visé 105-30 = 75dB(SPL) avec un sonomètre en pondération C et vitesse lente pour ces canaux.

Curieusement, en ce qui concerne le test du canal LFE (piste 8.11), la documentation de DVE ne précise pas le niveau sonore visé !!!

A priori, avec un niveau moyen d'enregistrement de -33 dBFS, et compte-tenu du gain de +10 dB amené par le processeur home-cinéma, il faudra viser 115-33 = 82 dB(SPL).


(MAJ le 13/09/2012)

Il est intéressant de vérifier le contenu réel de ces pistes son servant à la calibration sonore.

Une première étage consiste à extraire le fichier .VOB du chapitre concernant la calibration sonore
à partir du DVD DVE.

Par exemple avec le logiciel DVD Shrink :
http://www.clubic.com/telecharger-fiche11021-dvdshrink.html

On notera que ce chapitre contient également une piste son "caché" en DTS 5.1 ch Anglais.

Une deuxième étape consiste à extraire les 6 fichiers .WAV de la bande son Dolby Digital contenue dans le fichier .VOB.

Par exemple avec
le logiciel Besweet :
http://www.videohelp.com/tools/BeSweet

Les fichiers sons .WAV sont ensuite lus avec un éditeur audio (Audacity, Adobe Audition...) afin d'afficher le spectre en fréquences.

On obtient pour les canaux principaux :

Comme annoncé par DVE, on a bien un bruit rose filtré par un passe-haut vers 500 Hz (ordre ~ 2) et un passe-bas vers 2 kHz (ordre ~ 4).

Pour la piste LFE :

Ici la largeur de bande est nettement plus importante que les 40 à 80 Hz annoncés...

Reste l'évaluation du niveau moyen (RMS) de ces bruits roses filtrés...

Il était attendu pour les canaux principaux un niveau moyen de -30 dBFS.

Avec le paramètre RMS "0dB = Signal sinus 0dBFS", Adobe Audition donne plutôt un niveau moyen de... -33 dBFS !
Le facteur de crête (rapport entre le niveau maximal et le niveau moyen RMS) est de 10 dB.


Par contre, pour le canal LFE, avec la même convention pour le paramètre RMS, on a bien le niveau moyen RMS attendu de -33 dBFS :


Toutefois, il faut prendre en compte le fait que la mesure du niveau sonore est effectuée avec un sonomètre utilisant la pondération C.
Contrairement aux canaux principaux peu impactés par cette pondération, puisque le signal a une bande passante limitée à 500 - 2000 Hz, le canal LFE sera concerné puisqu'il contient des très basses fréquences.
Nous allons donc appliquer au canal LFE un filtre passe-haut LR2 à 20,6 Hz afin de retrouver le signal "vu" par le sonomètre.
http://www.diracdelta.co.uk/science/source/c/w/cweighting/source.html

On obtient le spectre d'un bruit rose filtré par un passe-haut vers 23 Hz (ordre ~3) et un passe-bas vers 98 Hz (ordre ~3).
Ce qui reste assez différent du "40 to 80 Hz noise" annoncé :
Conséquence de l'application de la courbe de pondération C, le niveau moyen RMS diminue à environ -35 dBFS.

Il existe un autre point important qui concerne la gestion du canal LFE et son filtrage éventuelle.

En prenant en compte les recommandations de THX, le canal LFE est filtré par un passe-bas d'ordre 4 à 80 Hz.

Dans ce contexte, le niveau moyen RMS du canal LFE filtré ( dB(C) + THX ) se réduit à environ -38 dBFS :

La calibration du niveau sonore pour le canal LFE va donc dépendre du bass management choisi ! (gestion du canal, filtrage éventuelle)

En conclusion, et de mon point de vue, il faut viser pour la calibration du niveau sonore avec le DVD DVE :
- pour tous les canaux principaux (FL, C, FR, SR et SL) :
105-33 = 72 dB(SPL)
- pour le canal LFE : 115-38 = 77dB(SPL) à 115-35 = 80dB(SPL) en fonction du bass management choisi.


2.3.3 DVE HD


Ce DVD est également sorti en version HD :
Pour la partie calibration sonore, on retrouve les même niveau moyens et les mêmes spectres que sur le DVD SD.


2.3.4 THX OPTIMIZER


(MAJ le 2/10/2012)

THX propose sur certains DVD le THX Optimizer qui a pour objectifs de vérifier plusieurs thèmes pour le son :

- le bon raccordement des enceintes (enceinte gauche sur la sortie gauche...)
http://www.thx.com/consumer/home-entertainment/home-theater/thx-optimizer/thx-optimizer-speaker-assignment/

- la bonne polarité
http://www.thx.com/consumer/home-entertainment/home-theater/thx-optimizer/thx-optimizer-speaker-phase/

- la bonne transition avec le caisson de grave
http://www.thx.com/consumer/home-entertainment/home-theater/thx-optimizer/thx-optimizer-subwoofer-crossover/

Comme précisé par THX, ce THX Optimizer n'est donc pas destiné à la calibration sonore :
"Please note that these tones are not for adjusting the volume level of each speaker"

Une analyse du contenu spectral des pistes principales confirme ce point de vue, puisqu'il s'agit de bruit rose non filtré par un passe-bande 500 - 2kHz :


2.3.5 AUDIO TEST AVS FORUM


(MAJ le 7/06/2013)

Un autre DVD de calibration est celui disponible sur AVS Forum :
http://www.avsforum.com/t/742969/diy-audio-test-dvd
Il est proposé une archive auto-extractible d'environ 200 Mo qui génère un fichier ISO d'environ 800 Mo.
http://jarrodchristman.com/AudioTestDVDv2.exe
Le fichier ISO peut être gravé sur un DVD ou monté avec un utilitaire comme Daemon Tools.

Ce DVD propose des test en 2.0 et en 5.1 :


Les tests proposés en 5.1 :


Les tests de calibration concernent le niveau sonore et la phase :


Nous allons nous intéresser aux tests de calibration du niveau sonore "Levels Check" :


Et en particulier au test de de calibration du niveau sonore de l'enceinte gauche "Front Left" :


Il est proposé un bruit rose d'un niveau moyen RMS à -20 dBFS pour une calibration à 85 dB(SPL) au point d'écoute.

Si on s'intéresse au niveau sonore de cette piste, on observe ceci :


Cette fois-ci, le niveau moyen RMS de -20dBFS est conforme à ce qui est attendu.

Le contenu spectral est celui-ci :

Il s'agit d'un bruit rose filtré avec un filtre passe-bande 300 - 1800 Hz.
Ce test est donc parfaitement utilisable.

Concernant le test du canal LFE :


Il est proposé un bruit rose moyen RMS à -20 dBFS pour une calibration à 95 dB(SPL) au point d'écoute.

Le niveau sonore moyen RMS est conforme au -20 dBFS attendu :


Par contre, le contenu spectral réserve une grosse surprise :

Il s'agit d'un bruit rose filtré par un passe-bande 40 Hz (ordre 8) - 240 Hz (ordre 3 jusqu'à 600 Hz).
Sauf que si votre système ne reproduit pas le canal LFE jusqu'à au moins 600 Hz, par exemple avec une configuration THX qui limite le LFE à 80 Hz, ce n'est pas 95dB(SPL) qu'il faut viser !

Conclusion : très bien pour les canaux principaux, mais peut mieux faire pour le canal LFE !



2.3.6 QUELLE RÉFÉRENCE POUR LE NIVEAU RMS ?

(Ajout le 16/06/2014)

Il y a (malheureusement !) deux conventions pour la référence du niveau moyen RMS :
http://help.adobe.com/fr_FR/audition/cs/using/WS58a04a822e3e5010548241038980c2c5-7f5c.html
    0dB = Sinus FS
    0dB = Carré FS

Avec un signal sinus FS, le niveau moyen RMS sera 0dB dans le premier cas et de -3 dB dans le deuxième.
Avec un signal carré FS, le niveau moyen RMS sera +3 dB dans le premier cas et de 0 dB dans le deuxième.

Les avis sont partagés sur le choix de la convention :
"
For the case in which the RMS value of a full-scale sine wave is designated 0 dBFS, a full-scale square wave would be at +3 dBFS. This is the definition specified in AES Standard AES17-1998 and IEC 61606 and used in Dorrough meters, Analog Devices and Wolfson digital microphone specs, etc
For the case in which the RMS value of a full-scale square wave is designated 0 dBFS, all possible dBFS measurements are negative numbers. A sine wave could not exist at a larger RMS value than −3 dBFS without clipping, by this convention.This is the convention used in Euphonix meters."
http://en.wikipedia.org/wiki/DBFS

Dans ce qui est présenté dans ce chapitre 2.3, nous avons utilisé la première convention en accord avec la norme AES17-1998 (r2004).
Norme qui est disponible ici :
http://www.ak.tu-berlin.de/fileadmin/a0135/Unterrichtsmaterial/KT-Labor_WS0809/1_ADDA/aes17.pdf


Cette référence 0 dB = Sinus FS semble largement utilisée.

Par exemple par Bob Katz (Digital Domain) qui propose des fichiers de calibration dont le "Pink_Noise 500-2K -20 dBFS RMS" :
http://www.digido.com/media/downloads/category/12-general.html

Ou par la société Blue Sky avec son "500Hz to 2500Hz bandwidth limited pink-noise file recorded at -20dBFS" :
http://abluesky.com/support/blue-sky-calibration-test-files/

Toutefois, après échanges avec Jimmy Thomas sur le forum Cinetips en avril 2014, il apparait que le choix de cette convention est discutable...
et que la deuxième convention a davantage de sens physique (niveau moyen RMS d'un signal sinus FS = -3 dB).

Meyer, par exemple, utilise cette deuxième convention dans son rapport technique "Calibrating Cinema Sound Systems"
http://www.meyersound.com/pdf/cinema_technical_papers/cinema_calibration_tech_report.pdf



2.3.7 THX CALIBRATOR DISC

(Ajout le 30/06/2014)

Autre disque de "calibration", le THX Calibrator Disc au format Blu-Ray.
http://www.thx.com/test-bench-blog/thx-calibrator-blu-ray-disc-explained/#audio

Ce Blu-Ray était disponible avec le n°200 de la revue Les années Laser :

Ce disque propose la version HD du THX Optimizer :
Comme explicitement précisé dans son chapitre Speaker Assignment :
"This test is not intended to be used to set exact speaker volume levels"
En clair, comme pour la version SD, c'est inutilisable pour calibrer le niveau sonore !

Heureusement (?), ce "Calibrator Disc" contient un chapitre "Advanced Audio Tests" :
avec un "Speaker Balance Test" :

disponible en plusieurs versions, dont la 5.1 en PCM 96kHz et la AC3 48 kHz :

Pas de calibration ici, puisqu'il s'agit simplement de vérifier que toutes les enceintes délivrent la même pression sonore...

La documentation de LAL donne un peu plus d'informations en précisant qu'il faut viser 85 dB :

Reste à connaitre le contenu réel des pistes audio...

Les outils utilisés :
AnyDVD HD pour transférer le contenu Blu-Ray Disc sur le disque dur
http://www.slysoft.com/fr/anydvdhd.html
MPC HC pour lire les fichiers *.mpls et *.m2ts
tsMuxeR pour extraire la piste .ac3 du fichier 00135.m2ts
eac3to (pour changer de BeSweet) afin de demuxer la piste .ac3 en 6 fichiers .wav
http://www.videohelp.com/tools/eac3to

L'Analyse des Fréquences avec Adobe Audition montre que les canaux principaux sont constitués de bruit rose non filtré !
et que le canal LFE est constitué par le même bruit rose, filtré par un passe-bas à environ 120 Hz.
Le niveau moyen RMS des canaux principaux est de -20 dB (en prenant la convention 0dB
= sinus FS),
ce qui est cohérent avec l'affirmation de LAL de viser un niveau sonore de 85 dB (hors effet de la pondération C du sonomètre).

Du fait du filtre passe-bas vers 120 Hz, le niveau moyen du canal LFE passe à -25 dB et à -28 dB si on prend en compte la pondération C.
Pour ce canal, il faut donc viser un niveau sonore de 115-28 = 87 dB(SPL)(C), en supposant que la gestion des fréquences basses ne "castre" pas le LFE.
 
En résumé, du fait de l'utilisation d'un bruit rose non filtré et de l'absence d'information claire sur le niveau sonore visé et la gestion des fréquences graves à mettre en place, ce Blu-Ray semble peu adapté à la calibration du niveau sonore.


2.3.8 WORLD OF WONDER

(Ajout le 9/07/2014)

Un autre classique de Disney :

La documentation associée est, en première approche, curieuse :

Deux pistes en DTS 48kHz 6ch 1536kbps sont utilisables pour cette calibration :
- le fichier 00586.m2ts qui génère du bruit rose filtré sur les 5 canaux principaux,
-
le fichier 00594.m2ts qui génère du bruit rose filtré uniquement sur le canal LFE.

Voyons maintenant le contenu de ces pistes...

Les outils utilisés :
tsMuxeR pour extraire la piste DTS 48kHz 6ch 1536kbps des fichiers .m2ts
http://www.videohelp.com/tools/tsMuxeR
Tranzcode afin de demuxer la piste .dts en 6 fichiers .wav
http://www.digital-digest.com/dvd/downloads/showsoftware_tranzcode_503.html

L'Analyse des Fréquences avec Adobe Audition montre que les canaux principaux sont bien constitués de bruit rose filtré avec une bande passante 500 - 2kHz à fortes pentes,
et que le canal LFE est constitué un bruit rose filtré par un passe-bas à environ 100 Hz.
Le niveau moyen RMS des canaux principaux est de -20 dB (en prenant la convention 0dB = sinus FS).
Pour ces canaux, il faut donc lire 105-20 = 85 dB(SPL) sur le sonomètre à la position d'écoute.

Le niveau moyen RMS du canal LFE est de -18 dB
(en prenant la convention 0dB = sinus FS).
Après application de la pondération
C, le niveau moyen RMS passe à -23 dB.
Pour ce canal LFE, il faut donc lire 115-23 = 92 dB(SPL)(C) sur le sonomètre en pondération C,
en supposant que la gestion des fréquences gestion des fréquences graves permet d'envoyer toutes les fréquences < 100 Hz vers le caisson de grave.

En conséquence, la recommandation de WoW de viser entre 78+3=81 et 85+3=88
dB(SPL)(C) pour la calibration du niveau sonore du canal LFE semble étrange....






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