Beaucoup de nos projets font du bruit. Cela peut être quelque chose d’aussi simple qu’un microcontrôleur pilotant un petit haut-parleur ou un projet Hi-Fi vraiment ambitieux, mais le désir commun à tous est de sortir ce son d’une manière aussi audible et de haute qualité que possible. Nous sommes connus pour nous moquer parfois du côté le plus absurde du monde Hi-Fi, mais derrière tout cela, il y a une base d’ingénierie audio solide et démontrable qui peut être appliquée à presque tous les projets impliquant le son et l’électronique. Il est peut-être temps de consacrer du temps à une série explorant le sujet, et quel meilleur endroit pour commencer que la destination ultime pour tout ce son. Toute chaîne hi-fi n’est aussi bonne que les oreilles de la personne qui l’écoute, alors dans notre voyage à travers le monde de l’audio, c’est par là que nous allons commencer.

Le plus bel équipement audio que vous possédez

Un schéma de l'oreille humaine
L’oreille humaine. Lars Chittka; Axel Brockmann, CC BY 2.5.

Un diagramme des trois zones principales contenant le fonctionnement interne de l’oreille humaine sera sans aucun doute familier à tout lecteur de Hackaday qui a suivi un cours de biologie au lycée. Il y a l’oreille externe que nous avons tous l’habitude de voir dans le miroir, derrière elle se trouve l’oreille moyenne et plus loin à l’intérieur de l’oreille interne.

L’oreille externe et le canal sont plus qu’un simple accessoire corporel de forme étrange, ils sont plutôt un réflecteur sonore conçu pour capter les sons et les canaliser vers le canal auditif qui canalise le son vers l’oreille moyenne. Ils ont une réponse en fréquence qui leur est propre, ce qui entraîne un pic pour la plupart des gens aux alentours de 3,5 kHz. Au bout du conduit auditif se trouve la membrane tympanique, un diaphragme qui vibre avec le son et le transmet aux structures de l’oreille moyenne. Derrière la membrane tympanique se trouvent un ensemble de trois petits os qui forment un système de levier qui transfère les vibrations à travers une autre membrane à l’oreille interne remplie de liquide. Leur fonction est décrite comme l’adaptation d’impédance, garantissant que les vibrations sont transmises au liquide à la bonne amplitude. Un système de muscles dans l’oreille interne agit comme un contrôle de gain, permettant à l’oreille de se désensibiliser et de protéger l’oreille interne des bruits très forts. Enfin, dans l’oreille interne remplie de liquide, se trouvent un ensemble de tubes en spirale avec des terminaisons nerveuses qui détectent les changements de pression du son et transmettent l’information au cerveau.

C'est la membrane tympanique de mon oreille gauche.
C’est la membrane tympanique de mon oreille gauche. Pris avec mon otoscope USB chinois bon marché.

Ce mécanisme magnifique et complexe doit durer toute une vie, et au fil du temps, il souffre à la fois du vieillissement et de l’usure que la vie lui inflige. Quand j’étais jeune, je pouvais entendre le gémissement de 15,625 kHz d’un téléviseur CRT à 625 lignes en fonctionnement ou le grincement des chauves-souris attrapant des insectes un soir d’été, mais maintenant je ne peux plus. En vieillissant, ma membrane tympanique et d’autres parties de l’oreille sont devenues plus rigides, ce qui signifie que, comme presque tout le monde de plus de 20 ans, je n’entends plus ces hautes fréquences.

De même, tout dommage à l’oreille causé par des bruits forts ou une maladie affecte les performances auditives, donc si vous aviez un penchant pour le heavy metal en direct, votre audition en a probablement souffert. J’ai la chance, en tant que personne qui était au bon endroit au bon moment de faire de l’ingénierie du son et de la lumière dans plus de quelques raves à l’époque, d’avoir eu le bon sens de porter ces petits bouchons d’oreille en mousse. La version de ma génération de la vieille blague des années 1960 est que si vous vous souvenez de 1990, vous n’étiez pas vraiment mec, mais au moins mes oreilles ne s’en souviennent pas et je n’ai pas à vivre avec des acouphènes.

Combien de plaisir d’écoute le père a-t-il perdu ?

Un graphique de réponse en fréquence pour mon audition.
Un graphique de réponse en fréquence pour mon audition. L’axe Y est l’intensité sonore de mon seuil auditif à une fréquence donnée

Le point de tout cela est que si un enfant de cinq ans sans problème auditif a une audition presque parfaite, ceux d’entre nous qui sont assez vieux pour poursuivre la Hi-Fi n’ont pas cette chance. L’âge a dégradé notre audition, mais la question est, de combien ? Il était temps de caractériser mes oreilles, et pour cela, après avoir joué avec un générateur de signaux pendant un certain temps, j’ai trouvé une bien meilleure façon de le faire en utilisant des enregistrements de sons à des intervalles d’amplitude gradués. Il permet de générer un graphique montrant le niveau sonore minimum audible à une fréquence donnée, et bien que les résultats soient peut-être à prendre avec précaution car ils reposent sur un équipement non calibré, ils donnent au moins une image utile de la bande passante auditive.

La fréquence la plus basse que je pouvais entendre avec le générateur de signal était d’environ 30 Hz, alors que j’avais du mal à entendre bien au-dessus de 16 kHz. C’est assez normal pour quelqu’un de mon âge, et il semble que ces bouchons d’oreille en mousse m’ont épargné de trop de dommages aux mains de The Shamen, KLF ou des ressources humaines. Cela montre à quel point ces chauves-souris autour de 20 kHz et plus que je pouvais entendre quand j’étais jeune sont maintenant impossibles à entendre. La courbe le confirme, avec quelques bosses et bosses au milieu qui peuvent refléter autant mes écouteurs que moi.

Le point de toute cette rêverie auditive

Parler d’oreilles est une chose très intéressante et j’aimerais vous inviter tous à tracer vos propres courbes de réponse de la même manière, mais la vraie raison de passer en revue tout cela est de rappeler aux lecteurs que le meilleur équipement audio au monde n’est pas va améliorer la capacité d’écoute de leurs oreilles. À moins que vous ne soyez un enfant de cinq ans, le point le plus faible de toute chaîne d’écoute se situe sur le côté de votre tête, et une fois cela compris, le processus de conception audio consiste à présenter à vos oreilles la meilleure qualité audio. dans leurs paramètres plutôt que d’essayer de leur donner quelque chose qu’ils ne sont tout simplement pas capables de résoudre. Quelque chose à garder à l’esprit, si vous tombez trop loin dans le terrier du lapin Hi-Fi.

Tout ce son doit atteindre ces oreilles d’une manière ou d’une autre, donc pour continuer cette série, nous examinerons le prochain maillon de la chaîne. Les haut-parleurs sont le seul composant qui peut faire ressortir le meilleur d’une configuration audio bon marché ou ruiner le son d’une bonne, et nous examinerons leur conception et leur construction d’un point de vue technique pour vous aider à discerner le bien du mauvais, et de rendre vos propres créations aussi bonnes que possible.