Les consoles de mixage, 1ère partie : Caractéristiques, environnement, entrées et sorties.

La console de mixage est le centre névralgique du studio. Elle est reliée à tous les autres périphériques audios utilisés : Magnétophone, instruments, amplis casque, enceintes de monitoring, traitements et effets sonores. Il est donc essentiel de comprendre sa place dans la chaîne du signal et son fonctionnement, aussi bien en mode prise de son qu’en mode mixage.

FONCTIONS ET CARACTÉRISTIQUES

La fonction première d’une console de mixage est de réduire tous les signaux enregistrés en un seul signal (mono, stéréo ou multicanal selon le produit qu’on veut créer) en équilibrant le volume de chacun d’eux et en les mélangeant.
La console de mixage sert aussi à gérer les prises de son et à  amplifier les signaux qu’elle reçoit afin qu’ils soient exploitables et enregistrables sur un magnétophone.

Les consoles peuvent être soit analogiques soit numériques. Ces dernières, plus récentes, présentent beaucoup d’avantages (ergonomie, automation, routing) et quelques inconvénients (qualité sonore) par rapport aux consoles analogiques. Nous développerons cela un peu plus loin. Il faut savoir quand même que le très haut de gamme reste souvent analogique, en raison d’une qualité sonore souvent meilleure (Cela dit, c’est de moins en moins vrai car les progrès dans le numérique ne cessent d’améliorer la qualité des appareils).

Les consoles de mixage, bien que gardant toutes le même principe de fonctionnement, présentent des caractéristiques différentes : leur taille, leurs possibilités, leur technologie.

On peut pour commencer classer les consoles selon leur domaine d’utilisation :

  • En prise de son cinéma : ce sont de petites consoles portables n’offrant d’habitude pas plus de 4 entrées. Elles sont aussi appelées mixettes. Il s’agit souvent de matériel professionnel et son prix peut monter jusqu’à plusieurs milliers d’euros.
  • En mixage cinéma : Ces consoles sont uniquement destinées aux professionnels et leur prix peut être très élevé. Elle présentent habituellement un grand nombre de voies et de possibilités pour permettre le mixage souvent complexe d’un film. Le numérique est ici préféré car il offre l’automation (mémorisation et automatisation des variations de volume et des autres commandes), outil indispensable dans ce cas.
  • En télévision ou radio : Souvent ce sont des consoles spécialisées dans la diffusion, de haute qualité, numériques, et aux possibilités ciblées.
  • En sonorisation de concert : Souvent numériques, elles doivent permettre l’automation et le « total recall » c’est à dire l’enregistrement de la position de chaque commande (faders, potentiomètres) à un instant donné, afin de pouvoir la rappeler plus tard.
  • En prise de son et mixage musical : c’est le type le plus répandu et où le choix est le plus large. Pour subvenir aux besoins du petit home-studio ou du gros studio professionnel, les constructeurs offrent du matériel allant du bas de gamme au prix relativement bas, aux très haut de gamme (plusieurs centaines de milliers d’euros). Elles présentent un nombre d’entrées/sorties élevées et de nombreuses possibilités de routing (cheminement) du signal. Ce sont les plus polyvalentes et elles peuvent servir dans les autres domaines ci-dessus.

C’est à cette dernière catégorie que nous allons nous intéresser ici.

Console dédiée à la diffusion radiophonique

Une console de mixage est composée de deux parties : La partie regroupant toutes les tranches d’entrée, et la partie correspondant au bloc master (ou général) qui regroupe toutes les fonctions autres que les voies d’entrée (volume de notre mixage stéréo par exemple, monitoring, ordres, automation, vu-mètres,etc…) et gère surtout les sorties.
Lors du mixage on choisira d’envoyer ou pas le signal présent sur chaque tranche vers le bloc master via le bus master (voir 2ème partie du l’article), et on dosera l’envoi en niveau grâce au fader de la tranche.

Les signaux provenant des tranches d’entrée sont mélangés sur le bus L/R, on récupère le mixage sur la sortie principale.

Le nombre d’entrées est la caractéristique la plus importante à prendre en compte lorsqu’on prévoit d’utiliser une console. Ce nombre va définir combien de sources vont pouvoir être traitées en même temps. Pour enregistrer un orchestre symphonique il faudra bien sur une console proposant beaucoup plus de voies d’entrée que pour enregistrer un trio de jazz par exemple.

A gauche nos 8 tranches d’entrée, à droite le bloc master.

 

ENTRÉES ET SORTIES

Chaque tranche possède 3 entrées possibles et commutables :

  • L’entrée Micro
  • L’entrée Ligne
  • L’entrée Tape

Nous détaillerons ces entrées dans la deuxième partie de cet article (Etude d’une tranche).

Chaque tranche a une sortie directe (direct out) qui est la plupart du temps reliée à une entrée du magnétophone (enregistreur). Chaque tranche a également un point d’insert (sur les grosses consoles) permettant d’insérer un périphérique de traitement sur le chemin du signal. Ce point est donc composé d’un envoi et d’un retour, respectivement une sortie et une entrée en plus sur la tranche.

Le bloc master propose lui :

  • La sortie principale : généralement stéréo, nommée souvent L/R (left/right). Elle peut être connectée soit à une entrée stéréo d’un enregistreur, soit aux entrées d’un système de diffusion lors d’une sonorisation de concert.
  • Les sorties groupes ou sous-groupes : Elles permettent d’avoir plus de sorties principales, par exemple pour faire du mixage en multicanal (en 5.1 par exemple, les deux sorties principales ne suffisent plus, il en faut 6). Elle permettent aussi de faire des mixages partiels si besoin est ou de gérer le niveau de plusieurs sources en même temps : Par exemple, on fait souvent un groupe « batterie » qui regroupera tous les éléments de la batterie (grosse caisse, casse claire, toms, cymbales, etc…). De cette manière, on gère facilement le niveau de toute la batterie dans le mix (un seul fader au lieu de 8 ou 10). Dans ce cas, on assignera le signal de chaque groupe au bus master qui alimente la sortie principale.
  • Les sorties auxiliaires : Utilisées pour les départs casque des musiciens en studio ou de leur retours sur scène. Et également pour les traitements parallèles comme la réverbération ou le delay. On connecte donc sur ces sorties les entrées des amplis qui alimentent les casques ou les retours de scène, et les entrées des périphériques de traitements parallèles. Il y a autant de sorties auxiliaires sur le bloc master que de départs auxiliaires sur chaque tranche (voir Etude d’une tranche).
  • Les sorties monitoring : Ce sont des copies de la sortie principale qui vont alimenter les enceintes de la régie ou du studio. Elle sont pourvues d’un volume indépendant qui n’affecte pas la sortie principale.
  • Les sorties routing : Ce sont des sorties supplémentaires sur lesquelles on assigne ce que l’on veut et qui se retrouvent au patch (voir plus bas). Nous détaillerons ces sorties dans la deuxième partie de l’article.

Le bloc master propose aussi quelques entrées destinées seulement au monitoring : Aux In, 2Track In ou CD In. Ces entrées permettent de connecter facilement le retour du magnétophone sur lequel on enregistre le mix final, un lecteur MP3 ou un lecteur CD pour comparer notre mix à un autre produit du commerce par exemple.

Les entrées et les sorties citées ci-dessus sont des points physiques. En interne on peut faire transiter le signal sur d’autres chemins (voir la deuxième partie de l’article).

Connectiques d’une console sur le panneau arrière : On distingue bien les entrées micro (MIC), les entrées lignes (LINE), les points d’insert (INS), les sorties principales (MIX OUTPUTS), les sorties auxiliaires (AUX), les sorties directes (DIR), les sorties de groupes (SUB OUTPUTS), Les sorties monitor (MONITOR OUTPUT),une entrée 2 Track (2 TRK RETURN) et des entrées pour les retours d’effets stéréo (STE RETURN).

 

Lors de la prise de son, les sorties directes des tranches sont reliées aux entrées du MTR (MultiTrack Recorder/ Enregistreur Multipiste).
Les sorties auxiliaires sont surtout utilisées pour alimenter les amplis casque des musiciens.

Lors du mixage, les signaux en sortie des tranches transitent par le bus master de la console sur lequel ils se mélangent. Dans ce cas ce sont les sorties principales de la console (L/R) qui sont reliées aux entrées de l’enregistreur.
Néanmoins, les signaux en sortie de tranche peuvent aussi être envoyés vers les groupes ou les sous-groupes. Ce seront alors les sorties de groupes qui seront assignées au bus master.
Les sorties auxiliaires sont reliées aux entrées des périphériques de traitement parallèle tandis que les sorties de ces périphériques reviennent vers la console de mixage via d’autres tranches. C’est pourquoi il est important d’avoir plus de tranches disponibles que de sources enregistrées. Par exemple, si on a 30 sources à mixer simultanément, il faudra veiller à avoir au moins 40 ou 50 tranches disponibles sur la console. Certaines consoles sont équipées d’entrées stéréo dédiées à la récupération des signaux provenant des traitements parallèles (FX RETURN).

Toutes les entrées et sorties de la console et de chaque périphérique sont reliées à ce qui s’appelle le patch (ou tableau de connections). Ce tableau permet de tout centraliser et de permettre très simplement n’importe quelle connexion. Plus besoin de ramper derrière les appareils pour brancher et débrancher les câbles !

 

Dans la deuxième partie de l’article nous ferons l’étude d’une tranche, nous détaillerons les cheminement du signal à l’intérieur de la console grâce aux différents bus, nous aborderons les notions de consoles à monitoring in-line ou split et nous reviendrons sur les différences entre consoles analogiques et consoles numériques.

Cheers !

La numérisation du son : Comment ça marche ?

Le numérique nous entoure.
Facile à stocker, facile à copier, offrant des possibilités d’exploitation et de traitement beaucoup plus importantes que l’analogique, le numérique a su se rendre indispensable, et ce dans tous les domaines.

Mais comment fait-t-on pour numériser un son ?

LA CONVERSION ANALOGIQUE/NUMERIQUE

On utilise pour ce faire, un convertisseur analogique/numérique (CAN).

Deux paramètres vont régir la numérisation du son, au sein de ce convertisseur :

  • L’échantillonnage : définition temporelle
  • La quantification : définition d’amplitude

 

Selon la méthode PCM (Pulse Coded Modulation/Modulation d’impulsion codée), qui est le standard en audionumérique (ainsi qu’en téléphonie), on va relever à intervalles réguliers la valeur de l’amplitude de la forme d’onde et coder cette valeur en langage binaire.

En rouge la forme d'onde analogique, en noir sa représentation numérique. On remarque que l'amplitude ne peut prendre qu'un nombre de valeurs fini. (Dans cet exemple, 16)

La fréquence d’échantillonnage détermine le nombre d’analyses par seconde. Plus elle est élevée, plus la définition temporelle sera bonne, et plus le résultat sera fidèle à l’onde de départ.

Plus la fréquence d'échantillonnage est grande, plus on se rapproche de la forme d'onde originale

Selon le théorème de Nyquist-Shannon, pour qu’il n’y ait pas de perte flagrante, la fréquence d’échantillonnage doit être au moins deux fois plus élevée que la fréquence maximale contenue dans le son à numériser.
Sachant que la bande passante de l’oreille monte jusqu’à environ 20000 Hz, il faut que la fréquence d’échantillonnage soit d’au moins 40000Hz pour avoir un résultat correct.

L’amplitude relevée à chaque étape va être codée en binaire sur un certain nombre de bits : 8, 16, 24, 32… C’est la quantification.
Là encore, plus le nombre de bits va être élevé, plus la valeur numérique de l’amplitude sera proche de la valeur originale.
En effet,

  • sur 8 bits on a 2^8 niveaux de quantification, soit 256 niveaux possibles.
  • sur 16 bits on a 2^16 niveaux de quantification, soit 65536 niveaux possibles.
  • sur 24 bits on a 2^24 niveaux de quantification, soit plus de 16 millions de niveaux possibles.

Lorsque la valeur réelle d’amplitude de l’onde est comprise entre 2 niveaux de quantification (ce qui est quasiment toujours le cas), on choisira le niveau dont la valeur est la plus proche. On a donc une approximation qui engendre une erreur de quantification. Cette erreur a une valeur maximale de q/2 avec q la valeur d’amplitude entre deux niveaux de quantification (pas de quantification).
Donc, plus on a de niveaux, plus cette erreur sera réduite.

De la même manière, plus on code sur un nombre de bits élevé, plus la dynamique de notre signal numérique sera importante.
La dynamique théorique est donnée approximativement par le nombre de bits multiplié par 6. Soit 96dB pour du 16 bits, et 144dB pour du 24 bits.

A la diffusion, on utilise une convertisseur numérique/analogique (CNA) sous le même principe, mais inversé.

Parmi les constructeurs de CAN et CNA, les plus réputés sont Apogee, SSL, RME ou encore Drawmer.

Lissage de la forme d’onde numérique

Nous sommes donc passé d’un signal continu (analogique) à un signal discontinu (numérique). Il est possible de lisser la courbe qu’on obtient à l’aide d’un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est supérieure à 20kHz.

 

Les standards

  • CD : Fréquence d’échantillonnage 44,1 kHz sur 16 bits
  • DVD/SACD :  De 96 kHz à 192 kHz sur 16 ou 24 bits
  • Enregistreurs numériques professionnels et grand public (DAT, Minidisc) : 48kHz sur 16bits

 

Un mot sur la technologie DSD.

C’est une technique remplaçant la méthode PCM, notamment pour le SACD (Super Audio CD)
Le DSD (Direct Stream Digital) exploite des convertisseurs à suréchantillonnage (convertisseurs delta-sigma). Ceux-ci ont une fréquence d’échantillonnage beaucoup plus élevée que pour un convertisseur normal (2,8 Mhz) et codent sur 1 seul bit.
On a alors une représentation numérique dite en PDM (Pulse Density Modulation) qui donne la densité de pulsation de l’onde sonore.

Cette méthode donne une représentation numérique relativement proche de l’analogique. Par rapport au PCM, on obtient avec le DSD une gamme de fréquences beaucoup plus élevée (jusqu’à 100kHz), ainsi qu’une plage dynamique également plus grande (jusqu’à 120dB).

 

LES INTERFACES DE LIAISONS NUMÉRIQUES

 

Le Word-Clock

Tous les appareils numériques travaillant ensembles doivent être asservis au même word-clock.
Le word-clock est un signal carré à la même fréquence que la fréquence d’échantillonnage utilisée, ou à un multiple de cette fréquence. C’est l’horloge qui va ponctuer les opérations, et elle doit être très stable. Dans la plupart des cas, le word-clock est inclus dans le signal numérique. Si ce n’est pas le cas, il faut utiliser un générateur de word-clock externe. Le word-clock est alors disponible en In et Out sur les appareils en connecteurs BNC.

Si les appareils ne sont pas synchronisés, cela occasionne des anomalies tels des distorsions, des déformations de la courbe ou des clics numériques, extrêmement gênants lors de l’exploitation du son.

Lorsque plusieurs appareils sont reliés entre eux, il faut définir quel est l’appareil émetteur de word-clock (master/maitre). Tous les autres appareils seront donc en mode réception (slave/esclave). Les appareils sont reliés en série et forment une boucle (le dernier appareil de la chaine est lui-même connecté au premier (maitre). Il est logique de choisir l’appareil de plus haute qualité comme maitre car il aura certainement l’horloge la plus précise et la plus stable.

Exemple de générateur de word-clock externe : l'Apogee Big Ben

 

Les liaisons numériques

  • Le SP/DIF (Sony Phillips Digital InterFace) : C’est une liaison essentiellement grand public 2 canaux sur connecteurs Cinch/RCA, TosLink ou mini-jack optique. Niveau : -10dBu. Le word-clock est inclus dans le signal.
  • Le SDIF (Sony Digital InterFace) : 1 canal par liaison, WC non inclus, connectique BNC.
  • L’AES/EBU (Audio Engineering Society/European Broadcasting Union) : Liaison Pro, symétrique, +4dBu, 2 canaux par liaisons sur connecteurs XLR, WC inclus.
  • L’ADAT (Alesis Digital Audio Tape) : 8 canaux sur liaison optique, WC inclus
  • Le TDIF (Tascam Digital InterFace) : 8 canaux sur connecteur Sub-D 25 broches, WC inclus.
  • Le MADI (Multichannel Audio Digital Interface) : Version multipiste de l’AES/EBU permet de transporter jusqu’à 64 canaux sur câble coaxial ou liaison optique.

 

AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DU NUMÉRIQUE

 

  • Le numérique est facile à stocker : Sur un disque dur on peut stocker l’équivalent de milliers de bandes analogiques. Le gain de place est conséquent et l’accès à l’information grandement facilité.
  • La reproduction est aisée et ne détériore pas le signal, même après un grand nombre de copies.
  • On a en numérique un meilleur rapport signal/bruit qu’en analogique : le numérique est insensible au bruit de fond et aux parasites électriques ou mécaniques.
  • Les possibilités de traitement du son sont multipliées. On peut travailler et façonner le son à l’extrême.
  • Par contre, on a forcément une perte d’informations lors du passage au numérique, surtout dans le haut du spectre.
  • Le traitement numérique est plus lent et plus gourmand en ressources matérielles que le traitement en analogique.

 

Bonne lecture, et n’hésitez pas si vous avez des questions ou des remarques !