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La gestion des niveaux (6): Maîtriser la dynamique sonore

La dynamique sonore

Aujourd’hui, la plage dynamique sonore disponible “in the box” est conséquente (144 dB théorique à 24 bits et quasi-illimitée en bits flottants). Cependant, cela ne veut pas dire qu’on peut faire n’importe quoi avec les niveaux dans son ordinateur. Juste parce que les 32 bits float permettent un montant considérable de réserve de niveau ne signifie pas que tu ne peux jamais dégrader ton audio!

La maîtrise de la dynamique sonore implique toujours de surveiller les deux limites de la plage dynamique:

  • le clipping au-dessus du 0 dBFS. C’est la gestion du headroom, c’est-à-dire la marge entre le niveau des pics de volume les plus élevés et la valeur max à 0 dBFS;
  • le “bruit de fond numérique” ou bruit de quantification. C’est la gestion des “bits depth”, c’est-à-dire la résolution en bits de l’audio travaillé puis exporté.

La gestion de cette dynamique sonore le long des différentes étapes de la production musicale (de l’enregistrement au mastering) s’appelle le “gain staging”. C’est le terme couramment employé en anglais pour faire référence à la bonne gestion du volume des pistes et du Master tout le long du processus de production.

On va voir dans cet article en quoi ce “gain staging” est différent à chaque étape de la production et à quoi il faut rester vigilant. Quelles sont les conséquences de l’architecture à bits flottants dans le travail “in the box”?

La gestion des niveaux à l'enregistrement

Lors de l’enregistrement d’une source audio, l’avantage des bits flottants ne s’applique pas encore! Il faut donc à tout prix ne jamais faire dépasser le signal au-dessus du 0 dBFS! Il est nécessaire de distinguer deux phases dans le cheminement du signal:

  1. Quand le signal est encore dans le monde analogique. Il passe du micro au préampli puis dans le convertisseur A/N. Si tu possèdes un préampli externe, le niveau nominal du signal se situe à 0 VU.
  2.  Après conversion A/N, le signal entre dans la piste armée de ta DAW. Le signal doit alors osciller très en-dessous du 0 dBFS!

Quand tu vois le signal à enregistrer sur la piste armée de ta DAW, il est inutile de le faire flirter avec le 0 dBFS! Contrairement à l’analogique, le niveau nominal n’est plus le 0. Tu dois le choisir bien en-dessous afin de ne jamais risquer d’enregistrer des pics de volume au-dessus du 0 dBFS.

En effet, en 24 bits, et encore plus en 32 bits float, un niveau d’enregistrement plutôt bas n’est plus un problème. En effet, l’architecture à bits flottants après l’enregistrement ne présente plus de limite à 0 dBFS. Elle apporte une réserve de headroom presque illimitée et un bruit de fond extrêmement bas (tant que l’on ne repasse pas par un convertisseur, voir plus loin).

mesure des niveaux de la dynamique sonore en analogique et numérique
Représentation et correspondance des niveaux nominaux et pics en analogique et numérique

C’est pourquoi un niveau d’enregistrement à -18 ou -20 dB en moyenne, avec des pics ne dépassant jamais les -6 ou -8 dB, permet de conserver une très bonne qualité audio à posteriori. Tout en gardant une bonne réserve de niveau, les pistes seront alors plus facile à mixer!

Calibration des convertisseurs à -18 dBFS

Quand le signal est toujours analogique, au niveau du préampli, tu peux pousser le gain de celui-ci afin de l’attaquer en saturation et profiter de sa “couleur analogique”. C’est pourquoi le standard de calibration des convertos se fait autour des -18 dBFS. On a alors le niveau nominal du préampli (0 VU) qui correspond au niveau nominal numérique d’enregistrement à -18 dBFS.

Tu peux te demander pourquoi ne pas simplement effectuer un traitement limiteur brickwall à la prise pour être sûr de ne pas dépasser le 0 dBFS?

Mais ce procédé reviendrait alors à “écraser” les niveaux les plus forts et donc à réduire la plage dynamique du morceau! C’est au mastering que l’on s’occupera de la plage dynamique (voir plus loin). Un limiteur brickwall est idéalement utilisé lors de cette dernière étape seulement.

La dynamique sonore à 32 bits float pendant la production

Une fois tous les signaux audio convertis en numérique, on entre dans le monde “32 bits float” de la DAW. Comme on l’a vu, on possède maintenant une plage dynamique de travail presque infini! On pourrait alors se laisser tenter à complètement ignorer les niveaux audio des différentes pistes. Mais en réalité, il faut rester vigilant pour plusieurs raisons (car après tout pourquoi a-t’on des indicateurs de clipping pour chaque piste si à priori la distorsion n’est pas un problème?):

  •  d’abord parce que si on laisse le niveau de toutes les pistes passer au-dessus du 0, le niveau de la piste Master sera aussi trop élevé. Ce n’est pas du tout une manière “safe” de procéder en vue de la phase du mixage de la track (voir ci-après);
  • ensuite parce que beaucoup de plugins (et notamment les émulations analogiques) fonctionnent de manière optimale si on garde une structure à gain unitaire (comme on le ferait en travaillant avec du hardware).
  • enfin et surtout, dès qu’on exporte l’audio hors de la DAW, l’avantage bits float disparaît! C’est pourquoi il est primordial de ne pas clipper le convertisseur D/A si on veut exporter l’audio hors du monde digital.

Attention au changement de résolution en bits des fichiers audio:

Un autre point important sur lequel tu dois avoir conscience est la résolution en bits de tes fichiers audio dans un environnement 32 bits flottants. Tant que tu travailles ton son en mode “non-destructif” au sein de ta DAW, aucun problème!

En revanche, à chaque fois que tu réalises un “bounce”, une consolidation, un export hors de la DAW, le fichier audio est “découpé” (échantillonnage). Si tu travailles avec un format audio à une résolution inférieure à 32 bits (dans l’immense majorité des cas, le standard de travail d’un fichier audio est à 24 bits), alors la conversion entraîne du bruit de quantification (voir article précédent).

Choix de la dynamique sonore d'un export wav
Exemple d'export audio sur Ableton Live: on a le choix d'exporter le fichier en 16, 24 ou 32 bits. Si on veut le faire en 24 ou 16 bits, une option de dithering est recommandée.

En considérant le nombre de fois que tu vas bouncer/consolider/exporter durant ta production, tu peux estimer à quel point tu peux introduire ce genre de bruit dans le signal. Bien sûr, à 24 bits, ça se passe à un niveau tellement bas qu’on ne l’entends pas. Mais le bruit de quantification est susceptible de réduire l’image spatiale et d’introduire des décalages de phase.

Certains ingénieurs du son te diront que c’est aussi responsable du son “numérique” de la DAW. Si c’est vrai ou pas, peu importe, à toi d’expérimenter par toi-même sur différentes DAW.

Néanmoins, lors d’un export final à une résolution inférieure (typiquement en 16 bits pour le CD), il te faut passer par une étape indispensable que l’on appelle le dithering (mais c’est une autre histoire, qui sera abordée ultérieurement…).

Le travail des dynamiques au mixage

On ne se préoccupe que très peu de la plage dynamique globale lors de la phase de mixage. Par contre, c’est le moment où l’on doit gérer les dynamiques (macro- et micro-dynamique). On veut que des sons forts ou faibles soient ressentis plus forts ou plus faibles.

Les traitements de la dynamique au mixage vont donc grandement influencer les variations de niveaux des différentes pistes. En plus des recommandations précédentes pendant la production, le mixage requiert une bonne gestion du Gain Staging en vue de l’étape de mastering finale.

Le gain staging au mixage

Les étapes pour une structure de gain correcte en mixage sont donc:

  1. Régler dès le début le gain d’entrée de chaque piste si cela n’a pas déjà été fait à l’étape précédente (voir plus haut à l’enregistrement). Pour rappel, c’est une bonne pratique de démarrer un mixage avec le volume moyen des pistes oscillant autour de -18 dBFS ou un niveau des pics autour de -6 dBFS pour des éléments percussifs;
  2. Gérer les gains d’entrée et de sortie du signal dans tous les processeurs de dynamique, d’EQ ou d’effets (ne pas faire clipper à l’input et l’output);
  3. Faire en sorte que la piste Master en fin de mixage ait son niveau pic à -6 dBFS en vue du mastering.

La bonne position des faders de volume

dynamique sonore mal gérée
Les positions des faders indiquées sont beaucoup trop hautes, signe que le gain staging a été mal géré.

Une mauvaise gestion du gain staging peut résulter à des positions de fader souvent trop hautes (voir image ci-dessus).

Normalement, la position du fader au-dessus du 0 (zone d’extra-gain) devrait être utilisée qu’en cas d’exceptions et sûrement pas dès le départ du mixage. La position idéale des faders est dans la zone juste en-dessous du 0.

C’est en effet une zone où les changements de niveaux sont les plus précis. Raison de plus pour garder du headroom lors du gain staging afin de pouvoir lever les faders lors du mixage tout en restant au-dessous du 0.

Le DR à l'étape finale du mastering

C’est lors de cette étape finale que l’on optimise la plage dynamique globale du morceau. A ce moment-là, la plage dynamique qui nous intéresse (appelée DR ici) représente l’écart entre la valeur moyenne du volume perçu et les pics les plus forts qui tapent au plus proche du 0 dBFS.

Le mastering adapte la DR au support final et au style musical en question. Tout le challenge du mastering réside dans le compromis à faire entre deux objectifs antagonistes mais à l’importance identique:

  1. un niveau global qui sonne aussi fort que la moyenne du marché;
  2. une dynamique sonore qui laisse intacte l’intégrité du timbre, du punch et des nuances dans les variations musicales.

Dans le premier cas, un volume ressenti plus fort nécessite une DR plus faible (voir article précédent sur la loudness war). Dans le second cas, il faut au contraire limiter cette perte de dynamique au maximum afin de préserver le timbre sur le plan esthétique et musical.

Importance de la dynamique dans la musique

Joues en A/B l’exemple sonore suivant:

– l’Audio A est la source sonore non traitée (DR élevé)

– l’Audio B est le même mais traité avec un limiteur brickwall et ramené au même niveau perçu (DR plus faible)

Attention c’est très subtil. Au besoin, écoutes avec un bon casque et prêtes bien attention à l’impact de la Snare:

Cet exemple sonore permet de rendre compte de l’importance de la dynamique dans la musique. Le morceau avec la DR plus élevée (Audio A) sonne mieux!

Il suffit de faire le test des mains écartées quand tu applaudis. En terme de punch, des mains plus rapprochées seront bien moins efficaces que des mains plus écartées!

Je pourrais rajouter que les enceintes PA (de lives et concerts) sont élaborées pour que le son utilise toute leur plage dynamique disponible, soit 18 à 24 dB au-dessus du 0 VU! Donc une track à DR faible se prive de tout ce “headroom” disponible. Il en résulte un manque de punch, d’énergie et d’impact, ainsi qu’une fatigue de l’oreille.

Tout le travail de l’ingénieur Mastering concernant la dynamique sonore est le réglage subtil du compresseur et limiteur final.

Conclusion

Maintenant que l’on a vu ce qu’est la plage dynamique et son importance dans la musique, il est temps de savoir quels sont les moyens de mesure de cette dynamique sonore.

Pour maîtriser la dynamique sonore le plus finement possible, on a besoin d’outils de mesure adaptés. Cela passe par la visualisation des niveaux pics et niveaux moyens (RMS) que proposent toutes les DAW, jusqu’à des outils plus conformes aux dernières normes de mesure du loudness en LUFS.

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