Fabriquez vos propres protections auditives hi-fi.

De nombre d’entre nous d’avons pris l’habitude de pouvoir atténuer les bruits non désirés grâce à la technologie de suppression du bruit, comme par exemple les écouteurs Apple AirPods Pro. Cependant, cette technologie a ses limites : la suppression du bruit ne fonctionne que pour des fréquences relativement basses, et la protection auditive globale que peuvent offrir les écouteurs est également relativement limitée. Les bouchons d’oreille ou les cache-oreilles sont une option, mais ils bloquent les sons désirés aussi bien que les indésirables. Il existe des solutions industrielles qui laissent passer des sons dans des plages de fréquences spécifiques, mais celles-ci sont ciblées sur la parole. En tant que musicien qui joue de la musique forte, je veux une manière de protéger mon audition tout en étant capable de m’entendre, ainsi que mes partenaires de groupe, et le public, avec une haute fidélité. Pendant des années, j’ai cherché à améliorer ma situation de monitoring audio personnel sans avoir à dépenser pour les systèmes utilisés par les groupes professionnels en tournée, qui incluent des oreillettes moulées sur mesure. Maintenant, après d’innombrables versions de câblages et même la conception de mes propres mixeurs audio, j’ai finalement trouvé une solution DIY qui fonctionne dans un budget raisonnable.

ROFA SUPERCASQUES
Ma démarche était d’adapter une idée utilisée dans certains systèmes de passage, en plaçant des microphones d’ambiance à l’extérieur des casques antibruit. Je voulais capturer le signal de ces micros externes avec une grande qualité et le transmettre aux écouteurs au volume désiré. Évidemment, plus facile à dire qu’à faire. Pour mon premier prototype, j’ai acheté un ensemble de cache-oreilles à 40 $ qui avait une radio AM/FM intégrée, alimentant de petits haut-parleurs dans les “oreillettes” et j’ai retiré l’électronique de la radio pour gagner de l’espace. J’ai ensuite connecté une série de cartes de dérivation de mon employeur à temps plein, SparkFun Electronics : un microphone MEMS ICS-40180 à 7 $, un op-amp TSH82 à 6 $ et un amplificateur de classe D TPA2016D2 à 11 $. Mes tests initiaux se sont bien passés, dans le sens où je pouvais entendre le son des micros lorsque je portais les cache-oreilles, mais j’ai rapidement remarqué un problème. J’avais besoin d’un câble correctement blindé et mis à la terre pour apporter un signal du microphone gauche à la carte audio, qui est montée sur un circuit imprimé personnalisé à l’intérieur de l’écouteur droit. Le microcontrôleur ESP32 est également monté sur la carte, ainsi qu’un contrôle de volume et une prise audio.

JE SUIS UN BATTREUR
Quand je jouais très doucement sur ma batterie, le son était clair, mais dès que je frappais une batterie avec une force modérée, le signal de passage devenait rudement déformé ou coupé. Perplexe, j’ai vérifié les spécifications du microphone. La fiche technique indiquait un point de surcharge acoustique (AOP) de 124 décibels. Il semblait que le microphone devrait être plus que capable de gérer une batterie acoustique – selon mon sonomètre calibré, produisant un pic de seulement 115 dB pendant les passages les plus puissants. La carte de dérivation du microphone applique un gain de 64x, en utilisant deux étapes. Ma première pensée était de réduire ce gain. Peut-être que la distorsion se produisait uniquement lors de la première étape de gain. Malheureusement, même avec ce gain éliminé, la distorsion est restée. J’ai donc testé la sortie brute du microphone MEMS en l’introduisant dans des préamplis de microphone “pro”. Avec cette configuration, j’ai pu constater que le problème n’était pas les étages d’amplification, mais que les micros eux-mêmes produisaient la distorsion. Grâce à ce test, j’ai appris une leçon précieuse : le AOP répertorié d’un microphone est le point auquel le microphone produira une distorsion harmonique totale de 10%, et donc la distorsion notable peut en réalité commencer bien en dessous de ce niveau. J’ai commencé à chercher un autre petit micro MEMS bon marché capable de gérer des sources sonores plus fortes. J’ai trouvé le Vesper VM2020, avec un AOP impressionnant de 149 dB ! J’ai fabriqué une nouvelle carte de dérivation pour le VM2020 et je l’ai testé en un rien de temps. Les résultats initiaux étaient bons – le VM2020é n’a pas coupé le signal, peu importe la force à laquelle je jouais ! Cependant, en raison de la sensibilité moyenne de ce microphone (-63 dB), il était nécessaire d’ajouter beaucoup de gain au signal. Combinée avec le rapport signal/bruit tout aussi moyen du microphone de 50 dB, cela a entrainé trop de chuintement dans la sortie pour mes besoins musicaux. J’ai commencé à chercher un autre microphone. J’ai trouvé l’AOM-5035L à 5 $ de PUI Audio, qui est de type électret à condensateur. Ce microphone avait trois spécifications importantes : un AOP élevé (135 dB), une bonne sensibilité (-35 dB) et un meilleur rapport signal/bruit de 75 dB.

LE MARCHE DES AUDIOCODECS
Le codec audio WM8960 traduit les signaux sonores entrants – qu’ils soient analogiques provenant des microphones, d’un câble audio ou de signaux numériques reçus du microcontrôleur ESP32 – en sons audibles que l’utilisateur peut entendre. L’ESP32 configure également la carte de codec au démarrage. Quand j’ai trouvé ce microphone, je venais de terminer une autre carte de dérivation pour SparkFun. C’était pour la puce de codec audio de Wolfson, le WM8960 à 18 $. Cette carte était plus adaptée à ce projet que mon choix précédent, le TPA2016D2. Le WM8960 a un étage de gain initial plus silencieux, conçu pour les microphones. Cependant, j’avais maintenant besoin d’un microcontrôleur pour initialiser et contrôler le WM8960. J’ai choisi l’ESP32 à 10 $ parce qu’il me permettrait de faire fonctionner le WM8960 et aussi d’accepter l’audio via une connexion Bluetooth, par exemple, de mon téléphone, et de le diffuser vers le WM8960. J’ai créé un PCB de carte mère pour m’assurer que tout s’adaptait bien dans l’oreille droite de mes cache-oreilles bricolés. À l’extérieur de chaque “oreillette”, j’ai placé un microphone pour fournir un son stéréo.

SUCCÈS!
Peu de temps après, je profitais d’un signal audio propre, sans coupure ni sifflement, pendant mes répétitions de batterie. Mais dans un dernier détail, j’ai remarqué qu’il y avait parfois un petit sifflement qui variait en hauteur dans le canal audio gauche. Cela devenait plus prononcé lorsque les piles étaient faibles, et si j’éteignais le Bluetooth de l’ESP32, une partie du bruit disparaissait. Dans une tentative pour résoudre cela, j’ai d’abord ajouté une connexion séparée et dédiée à la terre depuis le microphone gauche jusqu’à l’électronique de l’oreille droite. Cela a réduit le sifflement mais ne l’a pas complètement éliminé. J’ai finalement utilisé un câble de microphone correctement blindé pour connecter le microphone au WM8960. Cela a complètement éliminé le bruit. Réussite ! J’ai joué en toute sécurité auditive, et pour moins de 100 $ et un peu de temps de banc, vous aussi pouvez avoir votre propre ensemble de Superheadphones personnalisés!.