Les ventes mondiales d'enceintes intelligentes sont passées de 99,8 à 134,8 millions d'unités entre 2018 et 2019 ; les analystes estiment que le nombre atteindra 205,9 millions d'appareils d'ici 2025. Plus la qualité sonore et la fiabilité de la commande vocale augmentent, plus cette croissance sera importante. Certaines directives de conception sont utiles dans ce contexte.
Écoutez de la musique, annoncez les prévisions météo et contrôlez les appareils intelligents - les haut-parleurs intelligents font tout cela et bien plus encore. En règle générale, ils se composent d'un boîtier cylindrique avec un haut-parleur orienté vers le bas. Cette conception permet d'émettre des sons avec un effet surround à 360 degrés, afin qu'ils puissent être entendus de manière optimale de n'importe où. Afin de recevoir des commandes vocales d'utilisateurs même de n'importe où, ils intègrent généralement un réseau de microphones avec l'algorithme correspondant.
Un diffuseur acoustique répartit le son le plus uniformément possible dans l'environnement. La propagation des ondes sonores est déterminée par leur géométrie et la distance entre le diffuseur et la membrane du haut-parleur. kingstate, fabricant de composants acoustiques et de solutions sonores, utilise l'analyse par éléments finis pour optimiser la qualité sonore et les performances de ses produits. Cela permet à Kingstate de créer un modèle de simulation qui prédit le diagramme polaire du son qui se propage. (Figure 1).
Figure 1 : Le diagramme polaire montre comment le son se propage.
Microphones avancés pour une meilleure compréhension
Pendant longtemps, l'un des principaux obstacles empêchant l'avancement des appareils à commande vocale et des systèmes de contrôle à domicile était les lacunes de la reconnaissance vocale - les utilisateurs recevaient souvent la réponse "Je ne vous comprends pas, s'il vous plaît. Veuillez me répéter." Les microphones les plus avancés d'aujourd'hui offrent un moyen de résoudre ce problème. Ils optimisent l'enregistrement vocal tout en réduisant simultanément les bruits de fond indésirables. Par conséquent, ils garantissent une meilleure reconnaissance vocale et plus de confort pour l'opérateur.
Les microphones sont des composants acoustiques très sensibles, mais ils captent non seulement des signaux sonores infimes dans l'air, mais également des résonances conductrices et des distorsions harmoniques causées par les oscillations des haut-parleurs et la mécanique du produit. En raison de ces signaux non linéaires, le processeur de signal numérique (DSP) est incapable de traiter efficacement le signal d'annulation d'écho acoustique (AEC) et, par conséquent, l'utilisateur entend un écho. La qualité audio se détériore et du « bruit » se produit. Cependant, il existe plusieurs options pour concevoir les microphones en conjonction avec les haut-parleurs pour une meilleure qualité sonore :
- Réseau de microphones : Il est possible de combiner une matrice composée de deux à huit microphones avec un DSP et des algorithmes faisceau-formation pour améliorer la qualité de la voix (Figure 2). Les microphones individuels sont placés à différents angles (la distance aux microphones concernés est importante pour éviter les problèmes de phase) dans le but de localiser et d'évaluer les signaux provenant de diverses sources.
- Fréquence et sensibilité du microphone : Les microphones du réseau doivent avoir des réponses en fréquence aussi identiques que possible et, idéalement, se différencier les unes des autres. pas plus de 1 dB. Ceci permet de réduire l'écart du calcul effectué par le DSP. La longueur totale du tunnel sonore, c'est-à-dire la distance parcourue par le son entre le microphone et le bord supérieur de l'écran (Figure 5) ne doit pas dépasser 5 mm et la fréquence de résonance du canal du microphone ne doit pas être inférieure à la 12 kHz.
- Etage micro : Les phases des microphones doivent être aussi proches que possible les unes des autres, idéalement ± 5 °. Cela réduit le temps de dérive pendant le calcul DSP et garantit une grande précision des caractéristiques et de la direction du son.
- Joint d'étanchéité du support en caoutchouc du microphone : Un autre aspect qui peut déformer la qualité du son est l'étanchéité du support en caoutchouc du microphone. Pour empêcher le son du haut-parleur interne d'un appareil de passer par un espace dans le tunnel sonore du microphone (Figure 5), le support en caoutchouc et l'écran du microphone doivent être bien scellés. De plus, l'isolation phonique doit être d'au moins 20 dB SPL (niveau de pression acoustique en décibels).
- Position et résistance aux chocs : En raison de l'amplification du haut-parleur et du traitement du signal de l'AEC du microphone, le haut-parleur est généralement situé au centre de l'appareil. Le microphone doit être placé aussi loin que possible du haut-parleur. Pour garantir sa résistance aux chocs et son étanchéité, le microphone doit être recouvert de caoutchouc. Le boîtier du haut-parleur et les trous de vis doivent être fixés avec un support en mousse ou en caoutchouc pour éviter les vibrations. Sinon, le microphone captera un signal d'interférence du haut-parleur, ce qui affectera la qualité de l'AEC.
Ces directives permettent de créer des conceptions acoustiques fiables - et plus rien ne freine l'avancement des haut-parleurs intelligents.
Auteurs: Anne Santhakumar, Product Sales Manager Acoustic Components & Timing Devices chez Rutronik,
Jeff Hsieh, Senior Manager du Département Acoustique R&D I, et sam cheng, Directeur du Département Acoustique R&D II de Électronique Kingstate
