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LE SYSTÈME CINÉMA HAUTE FIDÉLITÉ CABASSE

Le texte ci-dessous est extrait du livre La reproduction du son au cinéma écrit par M. Pierre-Antoine Coutant et édité en 1991 par La Fémis (École nationale supérieure des métiers de l'image et du son, anciennement Fondation européenne des métiers de l'image et du son) et la CST (Commission supérieure technique de l'image et du son). Toute l'équipe du forum Cabasse adresse ses plus vifs remerciements à M. Pierre-Antoine Coutant pour son aimable autorisation de reproduire ce texte.

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Quatrième de couverture :

La reproduction du son au cinéma est le premier ouvrage à traiter de toutes les techniques sonores intervenant dans une salle de cinéma. Une parfaite connaissance de ces techniques de reproduction analogique (Copie optique et magnétique, Dolby Stereo, Dolby A et Dolby SR) et de sonorisation de qualité (THX, Cinéma Haute Fidélité Cabasse, STS Omnidirectionnel) permet de mieux comprendre et maîtriser leurs répercussions tant à la prise de son et au montage son qu'au mixage.

Les plus récentes innovations en matière de reproduction numérique (L.C. Concept, Cinéma Digital Sound, Dolby SR.D) sont également présentées par l'auteur.

La reproduction du son au cinéma s'adresse non seulement aux professionnels et aux futurs professionnels du son, mais aussi aux réalisateurs, aux monteurs et aux exploitants.

L'auteur :

Pierre-Antoine Coutant est né le 25 avril 1966 à Boulogne-Billancourt. Diplômé du département son de La Fémis (1er promotion), il avait déjà travaillé sur une vingtaine de films, principalement de court métrage, au moment de la parution de cet ouvrage.

LE SYSTÈME CINÉMA HAUTE FIDÉLITÉ CABASSE

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CHF Cabasse est une marque déposée.

Présentation

Le fabricant d'enceintes acoustiques haute fidélité Cabasse propose maintenant un ensemble de sonorisation professionnelle adapté aux salles de cinéma. C'est un retour aux sources, puisque Cabasse débuta par le CinémaScope, et mis au point, plus récemment, la sonorisation de la Géode de la Villette.

Le Cinéma Haute Fidélité, ou CHF, reste fidèle aux concepts qui ont fait la réputation de Cabasse. La philosophie du CHF Cabasse est d'offrir une reproduction sonore totalement naturelle. Pour cela, il s'appuie sur une absence de coloration, une large bande passante et une forte dynamique (haut rendement, faible distorsion).

D'abord consacré aux salles de taille moyenne, le CHF s'attaque maintenant aux salle de plus de 600 places. De plus, il s'agit de préférence de sonorisation multicanaux Dolby Stereo. Après installation et contrôle, les salles équipées bénéficient du label Cinéma Haute Fidélité.

Description

Le système, composé d'enceintes de très haute fidélité, peut fonctionner parfaitement en passif. Il devient optimal en biamplification. En fait, il est plutôt question de triamplification. Les deux voies actives du CHF opèrent sur les canaux d'écran. La troisième voie active est délivrée par l'extension sub-basse du processeur Dolby Stereo. C'est la même option que celle qui a été retenue pour le THX.

Les enceintes d'écran sont à trois voies avec un filtrage actif, et l'autre passif. L'extension sub-basse est dotée d'un ou plusieurs caissons de grave, et enfin les ambiances bénéficient d'enceintes deux voies à filtrage passif.

L'équipement est réalisé en Ile-de-France par la société TACC. Celle-ci installe le matériel Cabasse, les enceintes et les filtres, en association avec des amplificateurs Amix.

Une analyse acoustique de la salle est effectuée pour définir le type, le nombre et la disposition précise des enceintes. Elle est aussi utilisée pour permettre les réglages de la chaîne B (cf. infra, 4.1) sur le processeur Dolby (CAT 64B sur le CP 55), conformément à la norme ISO 2969. Néanmoins, la bande passante réelle du CHF s'étend de 40 Hz à 20 000 Hz.

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LE MATÉRIEL DU CHF CABASSE

La technologie

La société Cabasse construit elle-même ses haut-parleurs, ses enceintes et les filtres, actifs ou passifs, qui y sont associés. Elle a en particulier mis au point une conception nouvelle de haut-parleur.

Très exactement, l'innovation concerne la structure des membranes de haut-parleurs. Nous avons vue que la membrane devait répondre à deux exigences contradictoires. D'une part, sa masse doit être faible afin de répondre aisément aux déplacements de l'équipage mobile (meilleur rendement et faible distorsion). D'autre part, elle doit présenter une grande rigidité pour éviter les déformations. Sinon, il y a apparition de distorsions et une modification de la directivité.

Pour répondre à cette problématique, Cabasse, créateur des membranes à structure en dôme « nid d'abeilles », a mis au point des membranes à structure alvéolaire. Seule leur appellation permet d'imaginer à quoi ressemble effectivement ces structures, car le secret est bien gardé. Associée à des matériaux composites (fibre de carbone, mousses polymères), la distorsion de tels haut-parleurs représente environ 1/10 des valeurs habituellement rencontrées.

Le filtrage, actif ou passif, est conçu étroitement en fonction de chaque haut-parleur. En fait, il y a complémentarité entre leurs caractéristiques réciproques. Cette méthode permet de mieux maîtriser les fréquences de coupure et le rattrapage de phase (cf. infra, 4.2). Les filtres sont donc soit à pente régulière, entre 12 et 18 dB/octave, soit à pente variable, de 6, 12 à 18 dB/octave.

Enfin, pour assurer une reproduction optimale du point de vue acoustique, la société Cabasse dispose de multiples chambres de mesure. Mais l'un des tests, jugés très important par le constructeur, est assez original et donne la priorité aux oreilles. Les enceintes subissent une écoute comparative instantanée entre le son reproduit et le son direct d'un orchestre de musique vivante.

L'enceinte sub-basse Saturne

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C'est le caisson qui est alimenté via l'extension sub-basse Dolby Sereo. Un ou deux Saturne sont implantés derrière l'écran. Le caisson présente une puissance nominale de 200 W pour 8 Ω. Sa bande passante s'étend de 40 à 500 Hz.

Le haut-parleur, de 55 cm de diamètre, a une membrane en forme de dôme à structure nid d'abeilles. Cette technique permet au haut-parleur de subir de fortes amplifications sans déformation de sa membrane, laquelle fonctionne en piston. Il en résulte une grande efficacité, un très faible taux de distorsion, donc une excellente réponse transitoire. Et même si le fonctionnement en piston se fait au détriment de la directivité, cela n'est pas préjudiciable pour les grandes longueurs d'onde qui sont reproduites par cette enceinte.

L'enceinte d'écran Obéron

Les trois canaux d'écran sont reproduits par des enceintes Obéron. C'est une enceinte de type trois voies. En biamplification le filtre à la fréquence de coupure de 900 Hz est actif, celui à 5 000 Hz reste passif. La bande passante va de 50 à 20 000 Hz, pour une puissance nominale de 300 W pour 8 Ω.

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Le registre grave est reproduit par deux haut-parleurs de 30 cm de diamètre, dont les membranes sont réalisées en mousses rigides à structure alvéolaire.

Le registre médium a une membrane en fibre de carbone en forme de dôme. Elle est associée à un pavillon (meilleur rendement), sans chambre de compression pour réduire encore la distorsion.

Enfin, le registre aigu bénéficie aussi d'une membrane en fibre de carbone à structure alvéolaire. Mais, en outre, le diamètre de la bobine est équivalent à celui de la membrane. L'excitation, périphérique, agit sur le rendement. La directivité est améliorée par un pavillon où les problèmes de déphasage ont été pris en compte.

L'enceinte d'ambiance Janus ou Fun

Les enceintes d'ambiance Janus sont des deux voies à filtrage passif à la fréquence de coupure de 5 000 Hz. La bande passante s'étend de 100 Hz à 16 000 Hz. La puissance nominale est de 100 W pour 8 Ω.

Là encore, le registre grave-médium est confié à deux haut-parleurs à membranes à structure alvéolaire. Le registre aigu bénéficie d'un haut-parleur dont la conception est assez analogue à celle de l'enceinte Obéron (membrane, pavillon).

Le modèle Fun est de taille plus petite. C'est une enceinte deux voies (deux haut-parleurs) à filtrage passif. Sa réponse en fréquence est plus étendue (70 Hz à 20 kHz ± 4 dB), avec une puissance nominale de 50 W pour 8 Ω.

Les courbes de réponse de chaque enceinte étant mesurée dans les mêmes conditions (défilement du papier et vitesse d'écriture), on pourra aisément les comparer. On remarque une très bonne tenue de la réponse en fréquence en directivité jusqu'à 45°.

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L'amplification

L'amplification est confiée à une dizaine d'amplificateurs de puissance. Ce sont des appareils de la marque Amix. Avec une construction de qualité, ces amplis présentent de très bonnes caractéristiques (bruit de fond, réponse en fréquence, distorsion, niveau d'écrêtage). Les problèmes d'alimentation, qui peuvent donner naissance à l'écrêtage (cf. infra, 4.3), ont été bien étudiés. C'est en effet un élément essentiel pour une reproduction de qualité.

Leur puissance est répartie en fonction de la puissance des enceintes et de la répartition statistique naturelle du signal sonore. La répartition des cinq amplificateurs stéréophoniques qui est présentée ici n'est pas toujours la même. C'est celle du cinéma Le Grand Pavois, à Paris, le premier à avoir été équipé en CHF.

Canaux d'amplification Puissance par canal Référence de l'amplificateur Affectation des canaux
4 250 W 2 x Amix 2400S 3 canaux vers les voies graves de chaque Obéron

1 canal vers les ambiances Janus

4 150 W 2 x Amix 2200S 3 canaux vers les voies méd./aig. de chaque Obéron

1 canal de secours

2 450 W 1 x Amix 2700S 1 canal pour chaque Saturne

CONCLUSION

A l'heure actuelle, le CHF Cabasse équipe une dizaine de salles en région parisienne, et le STS omnidirectionnel une trentaine sur toute la France.

Le CHF est, à proprement parler, transparent, c'est-à-dire qu'il réussit pleinement son pari de reproduction naturelle, et ce quel que soit le niveau. Quant au STS, il réussit aussi son pari d'omnidirectionnalité.

De toute façon, il s'agit là de très bons équipements, dont le seul juge reste l'oreille.

Notes de renvoi

N.B. : Les renvois de l'auteur vers d'autres parties de son ouvrage qui présentent un intérêt pédagogique pour la bonne compréhension du texte ci-dessus ont été rassemblées ici sous forme de notes.

Chaîne A et chaîne B

On a pour habitude de représenter un système complet de reproduction du son dans les auditoriums et les salles d'exploitation cinématographique en deux parties.

La chaîne A va du transducteur (cellule ou tête magnétique) aux bornes d'entrée du potentiomètre principal de volume. Les caractéristiques de la chaîne A sont donc celles de la lecture de la piste sonore.

La chaîne B est la partie allant des bornes d'entrée du potentiomètre à la zone d'écoute dans la salle. Les caractéristiques de la chaîne B sont donc celles de la salle considérée.

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Filtre passe-bas et filtre passe-haut

A priori, la chose est simple. On désire séparer la spectre audio en deux bandes distinctes. Pour cela, on fait appel à deux types de filtre. Le filtre passe-bas coupe la bande dans le haut du spectre à partir de sa fréquence de coupure Fc. Un second filtre passe-haut élimine le bas du spectre jusqu'à sa fréquence de coupure Fc. La technologie retenue par THX est celle des filtres Linkwitz-Riley du quatrième ordre. Nous allons voir leur effet avec les graphiques représentant la fonction mathématique des filtres (fonction de transfert des quadripôles). Il y a deux représentations, l'une en amplitude/fréquence, l'autre en phase/fréquence.

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Le graphique représente la pente du filtre, qui dépend de son ordre. Un filtre d'ordre 4 a un pente de 24 dB/octave (à chaque ordre correspond une pente de 6 dB/octave supplémentaires). Il indique aussi la fréquence de coupure Fc. Avec la pente du filtre, on peut alors représenter l'atténuation du filtre à sa fréquence de coupure. Celle du filtre THX est de - 6 dB.

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Cette deuxième représentation en phase/fréquence représente la déphasage qu'induit tout filtrage. Celui-ci est de 360° pour un filtre du quatrième ordre.

Le graphe est symétrique par rapport à un point qui dépend de la fréquence de coupure. Sa pente dépend de l'atténuation du filtre.

[...]

Les deux filtres sont ensuite assemblés (voir fig. 7).

Sur le graphe amplitude/fréquence, on remarque un creux dans la bande passante. Ceci est effectivement un problème important de ce montage. On y remédie par un recouvrement d'un filtre sur l'autre en choisissant des fréquences de coupures différentes. Dans le cas d'un filtre du quatrième ordre, ce creux est évidemment moins important. On parle alors de fréquence de transition au point de recouvrement.

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On déduit du graphe phase/fréquence l'écart de phase entre les deux filtres. Dans le cas du THX, il est de 360°. Le tweeter est en avance d'un période par rapport au woofer.

Pour remédier à cet inconvénient, on peut soit décaler les haut-parleurs d'une longueur d'onde (déduite de la fréquence de transition), soit effectuer une remise en phase électroacoustique à l'aide d'un retard.

La fréquence de coupure est choisie en fonction des haut-parleurs. Pour cela, on utilise des graphiques ou abaques.

Amplificateur de puissance

D'apparence simple, l'amplificateur est un matériel qui peut, en fait, présenter de mauvaises surprises.

Aujourd'hui, les amplificateurs de puissance sont tous des amplis à transistors. Pour obtenir la puissance nécessaire, l'ampli est constitué d'amplificateurs de tension et d'amplificateurs de courant (P = U × I). On réalise ainsi ce qu'on appelle plusieurs étages d'amplification. Cependant, il est apparu récemment des amplis opérationnels de forte puissance et faible bruit de fond limitant les étages d'amplification. Un bon amplificateur doit pouvoir fournir une forte puissance très brièvement (réponse impulsionnelle) quel que soit le régime où il se trouve. Il ne doit pas non plus décrocher sur une longue période de forte amplification.

En fait, on demande à l'amplificateur soumis à de grandes variations d'amplitude très rapidement dans le temps de n'apporter aucune déformation (distorsion, saturation) au signal en sortie. Il doit avoir une réponse linéaire. Mais ce n'est pas exactement ce qui se produit. Sa réponse dépendra essentiellement du régime où il travaille (pleine puissance ou non) et de la résistance de charge. Les deux schémas (fig. 13 et 14) nous montrent comment réagit l'amplificateur.

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Sur ce premier schéma, on voit la variation de la tension d'alimentation de l'appareil (celle des transistors, donc). Une demande en puissance supplémentaire la fait chuter à chaque fois. De même, la réduction de la résistance de charge fait aussi chuter cette tension. A chaque fois, on se rapproche de la limite où l'appareil ne fonctionne plus correctement (saturation, distorsion).

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Cette figure montre la réaction d'un amplificateur en régime musical (courbe exponentielle) et en régime permanent (rectangle). La chute de la tension d'alimentation est ponctuelle et brève dans le premier cas, mais catastrophique dans le second.

Un amplificateur n'est donc pas linéaire. Le gain des transistors dépend de la tension qui les alimente. La difficulté de réaliser un bon amplificateur est de s'approcher le plus près possible de la linéarité. On peut aussi signaler brièvement les déphasages qui se produisent entre le courant et la tension à chaque étage d'amplification. Ceux-ci doivent être calculés et rectifiés.

Remerciements

Je remercie toutes les personnes qui m'ont aidé dans ce travail, et en particulier : [...] M. Alain Vié (Cabasse) [...].

Auteur : Pierre-Antoine Coutant


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