lundi, 21 février 2005 00:00

Les niveaux audio

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niveauxAlors les niveaux... C'est toujours le même problème, et finalement la solution n'est pas universelle. La norme censée être appliquée et utilisée par l'ensemble des diffuseurs est la suivante: Les niveaux sont controlés sur un peak-metre DIN aligné comme suit : niveau de ref à -9PPM, niveau maximum du programme 0PPM avec des dépassements occasionnels tolérés(dans les fait seul ARTE tolère). Les dialogues doivent tenir dans un gabarit de 30dB (moins dans la réalité) soit de -21PPM à 0PPM et le mixage dans 45dB donc de -36 à 0PPM.
Dans la réalité beacoup de diffuseurs controlent aussi, voire surtout, les niveaux numériques et transposent ce que nous avons dit dans le domaine digital à savoir: niveau d'alignement -18dBfs et niveau max -9dBfs (voir même -10dBfs pour M6) avec des dépassements tolérés (jusqu'a -6dBfs pour ARTE).

Alors quid du Vu-mètre? Ben pas grand chose pour deux raisons. La première c'est que les diffuseurs ne controlent plus sur cet appreil de meusure, la deuxième est que l'on s'achemine vers une méthode plus logique pour controler les bandes sons, c'est le Dialnorm. Ce mode d'appréciation du niveau sonore perçu, nous vient de dolby et risque fortement de devenir l'unique mode de controle des bandes sons à destination de la diff TV. Pourquoi? C'est très facile de tenir dans les niveaux max digit imposés par les diffuseurs, nombre de très bons limiteurs numériques permettent de mixer sans tenir compte de quelque appareil de mesure que ce soit (L1, L2, Maxim pour les Plugs, JungerAudio, DBmax...). Avec l'avantage d'avoir un niveau ressenti très fort puisque les niveaux moyens et crètes sont rapprochés. Le coté obscur est de créer des programmes hyper compréssés (et hyper limités donc écrétés) et fatiguant à écouter. On se rapproche de la pub. Beurk! Alors que le dialnorm analyse le programme sur un temps donné et détermine un niveau moyen lié au dialogue. Ensuite le niveau de diff sera modifié pour atteindre ce que souhaite le diffuseur. Dons plus c'est compréssé plus le dialnorm sera haut et plus le niveau sera baissé... Ceci dit c'est déjà un peu le cas puisque les chaines hertziennes sont équipées de systèmes de traitements sonores complexes qui baissent les programmes ayant peu de dynamique pour éviter de saturer les émétteurs et pour harmoniser les niveaux entre les programmes.

Conclusion:
Le peak-metre DIN n'est utile qu'au mixage final, pour avoir une forme de cohérence, le vu-mètre est une indication complémentaire mais pas indispensable qui peut rendre compte d'une compréssion trop importante (niveaux crète ok+ niveau vu très fort=comprésseur trop sollicité).
J'ai pas fait avancer le shmilblic, c'est vrai. Alors voici quelques pistes: RTW fait une très bonne bécane (plus cher) qui affiche peak et loudness en même temps la série 1061-62-63-64 sinon, moins précis et trop cher en france Dorrough qui affiche les niveaux Num et loudness (model 280 et 380) 850dollards sur leur site internet contre 1850€ chez pilotfilms.

Voici les URL des constructeurs de solutions de mesures les plus répandus:
RTW : importateur français: www.audiopole.fr
DK audio : importateur français: www.diversity.fr
Dorrough : importateur français: pilote film(92)

Sinon, concernant la différence de balistique entre Crète mètre DIN et crétre mètre digital (Full Scale): je suis d'accord qu'ils ne rendent pas forcement compte de la même chose. Maintenant aucun appareil de mesure ne fonctionne en rapport avec la sensation auditive.
L'histoire des appareils de mesure du son est liée à celle des techniques d'enregistrements.
Le VU mètre a sa place pour un enregistrement sur bande analogique ou le meilleur compromi de qualité est obtenu en modulant dans la plage électrique du Vumètre.
Le peakmètre DIN(PPM Peak Program Meter) est lié aux contraintes électrique de diffusion analogique afin d'éviter les crètes de signaux que le vumètre ne montre pas et qui provoquent la saturation de la chaine de diffusion (émétteur TV).
Enfin, l'adoption du crètremêtre FullScale (ou digital) à la TV est arrivée avec le Béta Numérique. Car en fait, alors que les supports analogiques gomment naturellement les crètes très courtes, le travail en tout numérique permet de restituer les transitoires presque telles qu'elles existent dans la nature. Manque de pot le PeakMètre Din a un temps d'intégration trop court pour les mesurer, d'où le controle sur un indicateur instantané, le crètre mètre digital ou Full Scale.
Mais toujours pas de relation à la sensation auditive.

Par Yomguifau.


Je suis surpris que des gens qui travaillent dans le numérique parlent de Vu mètres avec 600 msec de latence. ce doit être une mode ou une mauvaise habitude qui fait PRO

les crêtemètres 10mesc type France 2 ou Arte sont des compromis venant de normes de diffusion très techniques rien à voir avec le signal numérique.

Vous qui êtes numériques vous devez travailler avec des ballistiques instantanées (OdBFS) sinon avec les 600 et les 10 mesc vous allez laisser passer des crêtes que l'AES EBU ne laisse pas passer.

J'ai lu qq lignes sur le LEQ et le Dialnorm, ceux qui connaissent sont sur la bonne voie. D'une part ils mesurent des crêts instantanées avec des équipements 0dBFS pour être sûr de ne pas saturer ce qui fait partie du métier des ingés sons. D'autre part ils font une mesure de LEQ ou de Dialog Level pour ceux qui qui font de la TV ou du DVD. cette mesure de "Loudness" donne une idée parfaite de la dynamique du programme d'où son utilité pour un mixage. Si le mixeur est digne de son titre tout son mix est cohérent on peut coller les deux premières minutes du mix avec les deux dernières sans être géné à l'écoute. Ce qui veut dire qu'un mixeur avec de m'expérience va avoir un dialog level (Loudness) constant tout au long du mix.

Description du Loudness

Le Loudness n'est pas une quantité physique mais plutôt une sensation subjective qui fait partie de l'audition humaine. C'est une sensation liée grossièrement à la proximité de la source. Plus le son est fort, plus nous le sentons proche, gros et plus puissant. Tout cela trouve ses origines dans la théorie de la perception pour la survie et accompagne l'évolution de l'espèce humaine.
Le Loudness possède le même type de relation à l'amplitude que la hauteur à la fréquence. Dans les deux cas, si l'on change une qualité, l'autre change aussi et nous utilisons fortuitement des quantités physiques objectives pour quantifier une valeur subjective. En effet, nous pouvons changer la fréquence sans changer la hauteur et vice versa. Nous pouvons changer aussi le Loudness sans changer l'amplitude. Le Loudness d'une source change en fonction du spectre de la source. Le Loudness est bien plus subjectif qu'une simple corrélation avec l'amplitude.
Les mystères de l'audition
Notre système auditif est un ensemble complexe de fonctions qui possède une paire d'oreille, deux nerfs auditifs et un traitement très élaboré dans le cerveau qui est responsable de la mémoire, de la reconnaissance, de la perception et de l'action. Nous ne comprenons pas bien ce système compliqué.
Les contours des courbes
La réponse en fréquence de votre audition n'est pas plate. Au contraire, c'est fortement atténué dans les basses fréquences ainsi que dans les hautes fréquences avec une bosse à 4 kHz et de nombreux accidents.
En plus de la forme de sa réponse en fréquence, votre audition change dès que le niveau change. Ce qui signifie que chaque fois que nous changeons le niveau, nous changeons aussi la perception du spectre, du timbre et de la couleur d'un son.
Loudness et spectre
Le loudness augmente si la largeur du spectre augmente. Une bande bruit rose semblera plus fort qu'une signal sinusoïdal de même amplitude. Si vous voulez qu'un son semble plus fort, il faut augmenter ses composantes graves et aiguës. C'est ce que fait la distorsion harmonique en ajoutant des harmoniques qui augmentent le Loudness.
Le Loudness et le temps
Le Loudness est lié au temps. Des sons transitoires extrêmement courts ne semblent pas aussi forts que des sons tenus. Un son de 1ms semblera 20db moins fort qu'un son identique qui dure 100 ms. Les sons transitoires paraissent plus forts que les sons transitoires. Les sons transitoires doivent être extrêmement plus forts pour paraître aussi forts que des sons tenus.
Mesurer le loudness
C'est très compliqué de mesurer le Loudness. Les appareils de mesure mesure l'amplitude et pas le Loudness. Si vous voulez connaître le niveau subjectif d'un son, vous devez réunir un groupe d'auditeurs et recueillir leurs opinions qui dépend de la manière de conduire la mesure auditive.

Une nouvelle approche du Loudness TV

Les différences de Loudness subjectif entre les chaînes et les programmes de télévision gênent considérablement les téléspectateurs. Ce problème ne peut être résolu par l'usage des PPM et des VU mètres, ou en compressant la dynamique du son. Une méthode de mesure du Loudness perçu par l'auditeur propose un algorithme basé sur la mesure LeqA lié à la Dialog IntelligenceTM. La technique standardisée LeqA est utilisée de temps à autre pour des mesures acoustiques de longue durée. La Dialog Intelligence contrôle cette mesure en sélectionnant les mêmes types de signaux audio que le téléspectateur choisit à la maison pour régler la puissance sonore de son téléviseur. Dolby laboratories a intégré cette mesure dans le LM100 Broadcast Loudness Meter qui fournit une mesure adaptée à la diffusion et à la post-production.

Introduction

En diffusion analogique, les différences de Loudness entre les chaînes et les programmes de télévision gênent souvent les téléspectateurs. Avec la mutation numérique de la diffusion, on peut espérer que ce problème soit résolu mais ce n'est pas ce qui semble se passer. En fait, avec la plus grande dynamique disponible en diffusion numérique, la situation s'est dégradée.

Dolby vient de réaliser une étude sur les principaux programmes européens diffusés par satellite et reçus par le grand public. Dolby a constaté un écart du Loudness de 16dB entre les chaînes et les programmes. Dans une autre étude menée par Dolby pour mesurer dans une chaîne satellite les différences entre les programmes avant la numérisation, il a été constaté un écart du Loudness de 17dB entre les contenus.

Un des facteurs qui contribuent à ces écarts est la technique de mesure couramment employée. Les diffuseurs font traditionnellement confiance aux mesures avec le Peak Programm Meter (PPM) ou le Volume Unit (VU) pour normaliser les contenus audio mais ne tiennent pas compte de la puissance subjective à laquelle le grand public les percevra. Contrairement aux êtres humains qui mesurent le Loudness sur une longue durée, ces appareils de mesure indiquent des niveaux absolus du signal. La perception de l'auditeur est basée sur des facteurs comme la courbe de sensibilité de l'oreille et le niveau moyen du son et non pas les crêtes. Lorsque l'on évoque le Loudness, les passages dialogués sont particulièrement importants – l'auditeur règle le bouton de volume jusqu'à ce qu'il puisse comprendre clairement le sens du propos.

Les mesures absolues sont toujours essentielles dans une station de télévision pour calibrer le gain de l'infrastructure et mesurer les crêtes pour éviter des saturations et de la distorsion. Toute mesure du Loudness doit être menée en liaison avec une mesure réelle des crêtes (la plupart des PPM et des Vu mètres sous estiment la valeur réelle des crêtes à cause de leurs balistiques).

La pratique courante

La méthode de diffusion combine traditionnellement la compression dynamique et l'alignement des crêtes. En diffusion télévision analogique, l'usage a été de pousser les crêtes au maximum de modulation à cause du rapport signal sur bruit limité du vecteur analogique. Ceci a conduit a avoir des niveaux de programmes alignés sur le niveau crête, lus sur des PPM ou des VU mètres choisis par les ingénieurs de la station.

Comme il est essentiel de ne pas dépasser les crêtes à cause de la surmodulation, des systèmes de compressions très efficaces sont utilisés. Cela donne le même aspect à tous les sons des programmes : une dynamique réduite avec une réserve très limité entre les crêtes et la parole. Ces deux techniques réduisent la dynamique et alignent les crêtes. Elles alignent grossièrement les niveaux de Loudness en réduisant la dynamique et en contrôlant les crêtes. Ces pratiques donnent un alignement approximatif du Loudness moyen des programmes.

Malgré tout, comme les études sur la télévision l'ont montré, il existe encore un grand écart entre les niveaux de Loudness subjectifs des différents canaux et des programmes. Tout cela se confirme en regardant et en comparant les différentes chaînes de télévision et les pages publicitaires.

Ces écarts sont souvent attribués aux récents développements de la technologie des compresseurs qui permettent aux producteurs de programmes de pousser le niveau moyen de tout contenu (souvent publicitaire) vers son niveau crête. Le résultat, c'est que les créateurs de contenus sont aujourd'hui capables de réduire la dynamique de leurs mixages plus qu'il est possible et nécessaire aux programmes. Par exemple, une publicité peut être compressée pour obtenir un écart de quelques dB entre le Loudness moyen et le niveau crête. En procédant de même avec une dramatique TV ou un film, on obtient un résultat désagréable et émaillé des artefacts du compresseur qui a perdu tout lien avec la création artistique. Par conséquent, ces deux types de programmes ne doivent plus être compressés avec la même dynamique et l'alignement du Loudness par les crêtes n'est pas cohérent.

Les variations des niveaux de Loudness sont aggravées par d'autres facteurs parmi lesquels des différences d'alignement des niveaux des programmes, le manque d'opérateurs, l'extension de l'automatisation, un grand choix d'appareils de mesure et de standards et l'existence de nombreux media de diffusion.

On doit toujours avoir à l'esprit lorsque l'on compresse la dynamique d'un programme qu'on réduit sa qualité en comparaison à un autre média. Les chaînes payantes cinéma sont particulièrement concernées avec la compétition directe des loueurs de DVD.

Un cas d'école : le Loudness au cinéma

Pour bien comprendre quelle méthode utiliser pour mesurer le Loudness en diffusion TV, commençons par examiner comment l'industrie du cinéma effectue la mesure de son Loudness. Il y a quelques années, les spectateurs dans les salles de cinéma ont commencé à se plaindre des séances qui ont un son trop fort particulièrement pendant les publicités projetées avant le film. Les projectionnistes ont dû réduire d'au moins 10dB le niveau du son dans la salle. Sachant que les niveaux étaient souvent réduits dans les salles, les mixeurs ont compensé en mixant les publicités plus fort. Cette spirale infernale était incontrôlable avec les projectionnistes qui baissent toujours le niveau et les mixeurs qui compensent de plus en plus. La conséquence de cette situation a été que les niveaux baissés pour le début de la séance n'étaient pas toujours rétablis pour le film.

Une solution naturelle était d'aligner les crêtes à la finalisation du contenu. Les différences entre les appareils de mesure ont accru les rejets coûteux et la confusion. De plus, une simple lecture des crêtes ne permet pas de quantifier la perception du Loudness et la gêne du spectateur. Il faut noter que la lecture des crêtes est encore plus inadaptée au son multicanal. Pour ces raisons, Dolby Laboratories a travaillé avec l'industrie du cinéma, les associations d'annonceurs et les organismes de standardisation pour définir une mesure standard du Loudness de la publicité au cinéma. La mesure retenue a été le Leq(m), une mesure de longue durée qui correspond aux sensations des spectateurs.

Dolby a compris que la meilleure manière de faire adopter ce nouveau standard de mesure et d'assurer son succès était de concevoir un appareil de mesure efficace et totalement adapté au mixage cinéma. Le Dolby meter a été rejoint par d'autres appareils de mesure et l'échelle Leq(m) est rapidement devenu un standard mondial pour la mesure du niveau sonore des publicités et des films-annonce au cinéma. Le Loudness maximal autorisé des premières parties de séances s'est réduit progressivement et les annonceurs sont assurést que le niveau de leurs mixages ne sera pas modifié par le projectionniste. Cet état de fait a profité aussi aux producteurs de films qui peuvent aujourd'hui mixer sans se préoccuper d'une réduction du niveau à la projection.

La mesure du Loudness en diffusion TV

Comment pouvons nous aborder ce problème pour la diffusion TV? La réponse dépend de la méthode pratique retenue pour évaluer le Loudness des contenus dans un environnement de diffusion et de la mesure pour aligner les niveaux des programmes.

Au fil des années, beaucoup de méthodes différentes ont été testées pour définir comment un être humain évaluera un signal. Les premières solutions analogiques utilisaient des filtres pour reproduire la réponse de l'oreille humaine. La plus incontestable était la courbe de pondération A qui s'utilise en mesure acoustique pour modéliser la courbe de sensibilité de l'oreille dans les appareils conventionnels de mesure de la pression acoustique. Ces appareils n'étaient pas utilisés pour la diffusion à cause de leur coût et parce que les PPM et les VU mètres n'utilisaient pas encore de courbe de réponse en fréquence.

Des techniques récentes plus ou moins complexes ont été proposées, basées sur le modèle de la perception humaine. Pour des applications de diffusion en temps réel, ces techniques mettent en oeuvre des simulations sur ordinateur irréalistes et très coûteuses. La bonne solution de mesure doit être adaptée aux mesures du Loudness en diffusion, facilement reproductible et interprétable sans opération compliquée.

Les expérimentations de Dolby ont montré que la différence de précision entre les systèmes de mesure du Loudness les plus simples et les plus complexes était actuellement très faible, spécialement lorsque l'on compare avec les écarts de chaque auditeur. L'algorithme de la méthode de mesure LeqA a été standardisé. Il est souvent utilisé comme outil de mesure acoustique. Il réalise une somme de mesures pondérées A sur une longue durée qui fournit le résultat en temps réel en utilisant un traitement économique. Cet algorithme constitue le coeur de l'algorithme de mesure du loudness en diffusion TV. La précision de la mesure est plus fine que celle de l'auditeur moyen. Les techniques plus complexes n'offrent pas des niveaux de performances qui justifient leurs prix élevés et sont inadaptés à l'environnement broadcast.

Il faut noter une différence importante entre les courbes de pondération LeqA et Leq(m). La courbe de pondération A correspond à la courbe de sensibilité de l'oreille humaine pour des niveaux de conversation normaux comme ceux rencontrés dans une maison. La courbe de pondération (m) qui s'applique à l'industrie du cinéma correspond spécialement aux niveaux de reproduction dans les salles de cinéma et aux gènes occasionnées par un signal.

Par conséquent, une mesure LeqA correspond aux demandes de mesure du Loudness en diffusion TV. Les résultats sont reproductibles, la valeur de la mesure est unique, elle ne peut pas être interprétée différemment par plusieurs opérateurs, elle est en temps réel et son coût est faible. En combinant un appareil de mesure LeqA avec un autre qui mesure simultanément les crêtes, le problème des variations du Loudness en diffusion peut être résolu pour la télévision analogique et numérique.

Aux Etats Unis, le LeqA a été standardisé comme méthode de mesure dans le standard ATSC A.54. La méthode de mesure est déjà utilisée par les diffuseurs qui doivent contrôler des contenus pour la diffusion en Dolby Digital.

Dialogue Intelligence

Pour parvenir à mesurer précisément le Loudness, il est important de toujours choisir le bon passage du signal à contrôler. Par exemple, lorsqu'un téléspectateur regarde la télévision, il règle le niveau du son jusqu'à ce qu'il entende clairement et de manière réaliste les dialogues. Il ne réglera jamais le niveau sur une partie du programme qui ne contient pas de dialogue et ils ne le baissera pas après un son court et très fort comme un coup de pistolet.

Par conséquent, dès que l'algorithme de mesure est choisi, il est essentiel de développer une méthode qui définit quand réaliser la mesure. Le choix de quand mesurer était une décision de l'opérateur, la précision et la reproductibilité de la mesure étaient liées à son interprétation. Une méthode qui identifie quand mesurer devrait grandement augmenter la précision de la mesure.

Pour recréer les comportements quotidiens du téléspectateur, Dolby a introduit le concept de Dialog Intelligence. Cette fonction permet au Loudness meter de concentrer la mesure sur le dialogue pour obtenir des résultats plus précis et plus fiables. L'appareil de mesure peut identifier le même passage du programme que l'auditeur choisira pour régler le volume. Il utilise cette reconnaissance pour décider quand mesurer. La puissance de l'algorithme est accrue par cette intelligence supplémentaire qui aide en permanence chaque opérateur à réaliser une mesure correcte.

Le Loudness meter Dolby LM100 Broadcast

Le Dolby LM100 Broadcast Loudness meter est le premier appareil autonome capable de mesurer le Loudness subjectif d'un programme et de donner à l'opérateur une mesure numérique simple à interpréter. L'appareil de mesure combine un algorithme basé sur la mesure LeqA qui permet de mesurer les contenus pré-enregistrés ou en direct en utilisant la fonction Dialog Intelligence. L'aboutissement est une mesure simple d'alignement des niveaux de Loudness entre les différents programmes et les différentes chaînes aussi bien en TV analogique que numérique.

Des diffuseurs comme ORF (Autriche), SVT (Suède), BBC (G.B), Bell Express Vu (Canada) et HBO (U.S.A) ont adopté le LM100. Des sociétés de post-production comme SZM (Allemagne) contrôlent le niveau de Loudness des contenus qu'elles livrent.

Si il est utilisé pendant la numérisation et le contrôle qualité, le LM100 permet de normaliser tous les contenus archivés au même niveau de Loudness. A la lecture, tous les niveaux de Loudness des contenus archivés seront conformes à celui défini par la chaîne. A l'étape de numérisation, l'opération de contrôle qualité peut facilement être menée sans inquiétude sur l'interprétation d'un opérateur.

Les bouquets satellite ou les cablo-opérateurs peuvent utiliser le LM100 en différents points et sur différents canaux pour mesurer le Loudness. Des études montrent que souvent une différence entre des canaux peut être rattrapée par un simple réglage de gain.

Le LM100 offre plusieurs fonctions intéressantes comme des alarmes configurables et la possibilité d'enregistrer toutes les alarmes sur un fichier log. Ce fichier historique fournit des informations qui permettent d'analyser les raisons des gênes et les méthodes utilisées.

Conclusion

Les problèmes de Loudness compromettent le plaisir du téléspectateur. Il est naturel d'admettre que les technologies numériques apportent des améliorations bien que dans le cas des écarts de Loudness, ils sont souvent plus importants en numérique.

La confiance dans une compression très efficace, dans l'alignement des crêtes et dans le déploiement des appareils de traitement du signal audio a exagéré ce problème.

La réalisation d'un Loudness meter basé sur l'algorithme LeqA couplé à la fonction Dialog Intelligence permet aux diffuseurs d'adopter une approche différente. En mesurant le loudness subjectif des programmes de manière cohérente avec une écoute domestique, les écarts de Loudness disparaissent sans compromettre la dynamique des contenus.

Dolby travaille avec les organismes de standardisation comme l'ITU ou l'EBU qui s'intéressent au Loudness en diffusion. Dès qu'une chaîne TV utilise le LM100 pour contrôler le Loudness de tous les contenus qu'elle diffuse, le téléspectateur bénéficie d'une nette amélioration. Avec l'aide des standards mondiaux, il serait possible de faire respecter le Loudness entre les diffuseurs.

Par 3S.


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