Aide à la conception d'un enregistreur audio haute qualité connecté

[over06]

Bonjour à tous les membres du forum.
Je viens de m'inscrire et vous remercie par avance de votre accueil.
Concernant mes compétences, j'ai des bases en informatique, réseau, électricité BT et TBT et radio.

Je viens de commencer à travailler sur un projet de conception d'un système mobile d'enregistrement audio autonome et connecté à base d'ESP32, destiné à capturer des sons de voix humaine avec une qualité audio élevée, tout en restant discret, compact et fiable.

Le système doit pouvoir:
-Enregistrer automatiquement dès qu'une voix humaine est détectée avec une pré-mémoire de 5 secondes avant le déclenchement (buffer circulaire)
-Intégrer 2 microphones électret (1 directif/1 directionnel) tous deux déportés sur 2m de câble blindé et reliés au système par des connecteurs
-Stocker les fichiers audio sur carte mémoire microSD locale
-Transmettre les enregistrements et accéder au flux audio en direct via modem 4G (A7670E ou SIM7600)
-Permettre la configuration et le pilotage à distance depuis une interface web sécurisée (sans IP publique, via tunnel MQTT/HTTPS) depuis ordinateur ou smartphone
-Fournir sur l'interface web: niveau batterie, réception réseau, gestion mémoire, téléchargement et écoute des fichiers
-Être alimenté indifféremment par USB 5V, 12V véhicule ou batterie li-ion avec régulateur et circuit de charge

Pour la partie analogique j'envisage:
-1 microphone électret omnidirectionnel Primo EM258
-1 microphone électret directif Primo EM172
-2 x MAX9814 avec alimentation 5V filtrée
-1 x PCM1802 avec sortie I2S vers ESP32
-Condensateurs par canal (0,1uF entrée micro, 10uF électrolytique liaison vers PCM1802, 1 uF sur le broche AGC, 10 uF + 100 nF sur VDD, 470 uF commun sur ligne 5V audio)
-Blindage des câbles micros relié à la masse uniquement côté carte.

Je prévois de séparer les masses audio et numériques avec un point en étoile unique au niveau du régulateur 5V

Je souhaiterai donc avoir de la part des membres du forum tout avis, conseil, recommandation qui pourrait m'aider avant de commander le matériel nécessaire pour réaliser un ou plusieurs prototypes, même si je n'ignore pas ce forum n'est pas spécialisé dans tous les domaines techniques de mon projet.

Le but final, une fois les prototypes validés, étant une miniaturisation afin de tout intégrer sur PCB compact pour production chez JLCPCB.

Je vous remercie d'avance pour vos conseils et retours que j'attends avec impatience.

Je reste à votre disposition pour toute questions ou renseignements supplémentaires.

Bien cordialement.
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[jiherve]

bonsoir,
il va falloir plus que des bases car là c'est un projet très ambitieux!
Rien que la gestion de la µSD est une gageure.
JR

[Gwinver]

Bonjour.

Il faudrait affiner les paramètres de conversion A/D pour limiter la quantité et le flux de données, et identifier ce que l'ESP32 est capable de traiter.
Le PCM est codé sur 24 bits, ce qui semble un peu élevé pour cet usage, la dynamique annoncée (105 dB) est au-delà de la qualité des CD, lesquels sont codés sur 16 bits. S'il s'agit de voix humaine, il faut choisir une vitesse d'échantillonnage adaptée, le PCM est capable d'atteindre 96 kHz, ce qui est inutile. Pour la HIFI, 44 kHz est suffisant (cas des CD), pour la voix, il est possible de se limiter à moins.

[Antoane]

Bonjour,

> Pour la HIFI, 44 kHz est suffisant (cas des CD)
Faut quand même l'anti-aliaising ad hoc, ce qui n'est pas simple à faire en analogique avec la pente suffisante et la bonne fréquence de coupure.
Même avec 96 kHz de fréquence d'échantillonnage, pour 16 bits et 16 kHz de bande passante, il faudrait idéalement ~96 dB d'atténuation (20*log(2^16)) à 3 fois la fréquence de coupure du filtre (f_Niquist / f_BW = 96 kHz/2 /16 kHz). Ou bien je rate qqch ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[over06]

Bonsoir jiherve, merci pour votre réponse. En effet il s'agit d'un projet ambitieux puisque quasi inexistant à ma connaissance. Pouvez-vous m'en dire plus sur les difficultés de gestion de la carte microSD? Merci. Cordialement.

[over06]

Bonsoir Gwinver, merci pour votre réponse. Vous me faites remarquer que le PCM1802 que j'envisage d'utiliser ne serait pas adapté au système car surdimensionné par rapport au traitement de la voix humaine mais aussi au flux que l'ESP32 est capable de traiter? Avez-vous une alternative à proposer? Merci d'avance. Cordialement.

[Flyingbike]

alors pas vraiment en plein dans la partie technico-électronique, mais

Enregistrer automatiquement dès qu'une voix humaine est détectée avec une pré-mémoire de 5 secondes avant le déclenchement (buffer circulaire)

ça peut sous-entendre une analyse assez spécifique et qui dépend quand même salement du contexte. Et selon la méthode utilisée ça peut fortement impacter la logique embarquée.

[over06]

Bonsoir Antoane et merci pour votre message. Vous semblez maitriser votre domaine et je dois reconnaitre que je suis dépassé par vos formules de calcul. J'ignore ce qu'est l'anti-aliaising mais je vous invite à m'éclairer et si vous le voulez bien m'indiquer les modifications qui vous sembleraient cohérentes compte tenu de votre expertise. Merci par avance. Cordialement.

[over06]

Bonsoir Flyingbike, merci pour votre remarque. Il semblerait qu'en utilisant le contrôleur ESP32-S3 (version optimisée Intelligence Artificielle), on puisse mettre en œuvre une solution avancée en entrainant un modèle de détection de parole humaine et le convertir en TinyML (TFLite) apparemment très fiable capable de distinguer conversations, bruit, moteur, TV...l'inconvénient serait une surconsommation de data par envoi régulier de l'audio, de la latence de 1 à 3 secondes (pas problématique dans mon projet) et la nécessité d'un serveur cloud ou local. Qu'en pensez-vous? Merci. Cordialement.

[over06]

Après recherches, l'ESP32 peut encaisser jusqu'à 2Mbit/s en flux I2S stablement, si le code DMA est bien optimisé. Le facteur limitant est l'écriture sur carte microSD. Avec interface SPI vitesse réelle 400 à 700 kBit/s. Avec interface SDMMC 4 bits vitesse réelle 2 à 5 Mbit/s. Donc en utilisant l'interface SDMMC 4 bits je pense qu'il possible d'enregistrer 2 canaux à 16bits 48Khz. Qu'en pensez-vous?

[bobflux]

La première chose à faire avant de commencer le dév hardware est de vérifier si l'ESP32 encaisse ou si il faut un micro plus puissant.

Donc, générer de l'I2S bidon (par exemple avec un autre ESP32) contenant des patterns facilement débuggables (du genre 1,2,3,4...) puis vérifier qu'il manque pas un sample à l'autre bout. Acquérir l'I2S avec l'ESP32, stocker. Si tu le compresses, par exemple avec opus, il faut aussi voir si le codec est assez rapide pour encoder à la volée. Si tu utilises une détection de parole, idem.

Blindage des câbles micros relié à la masse uniquement côté carte.
Je prévois de séparer les masses audio et numériques avec un point en étoile unique au niveau du régulateur 5V

OK il faut donc réviser les masses lol

Blindage relié d'un seul côté = pas de blindage.

Masse en étoile = pas de masse. Avec un ADC ou un DAC c'est un excellent moyen d'avoir énormément de bruit. Mets un plan de masse et assure la propreté de la masse par un placement correct des composants : analogique d'un côté, ADC au milieu, numérique de l'autre côté, antenne wifi le plus loin possible de l'analogique.

[jiherve]

re
je ne connais pas les ESP32 mais mon petit doigt me dit qu'il va falloir le programmer en C/C++ au minimum ce qui nécessite tout de même des connaissances assez pointues.
ces µC n'ayant ,à ma connaissance, qu'un seul coeur le temps réel va être délicat à maitriser., gestion par interruptions indispensable
JR

[bobflux]

Oui ESP32 se programme en C/C++, le fabricant fournit le kit ESP-IDF basé sur FreeRTOS pour programmer. Il y a aussi le framework arduino en surcouche si on veut. Il y a des versions dual core. C'est un mcu plutôt sympa et pas trop compliqué, enfin c'est un mcu moderne donc tu as un milliard de périphériques dedans et un manuel d'un trilliard de pages comme d'hab, mais bon tu lis pas la doc des trucs dont tu te sers pas donc ça passe. Sous arduino l'avantage c'est qu'il y a beaucoup de libraries faites par la communauté, certaines sont excellentes, certaines buggées à mort, la qualité est très variable. Point amusant pour un mcu équipé de wifi, toutes les libraries Async TCP HTTP machin truc qui sont censées gérer le serveur web etc, ne marchent pas, enfin c'est arduino quoi.

Perso je regarderais si il existerait pas déjà un single board linux ARM + 4G LTE du style carte de dév de smartphone sans écran genre Onion Omega2 LTE par exemple.

[agitateur]

Pour la HIFI, 44 kHz est suffisant (cas des CD), pour la voix, il est possible de se limiter à moins.

Le format CD reste ici du format 0.308 Magnum pour chasser du moineau à 5 mètre ( donc peu adapté ).
Je lis 1 micro omni et un en directionnel.
Rien que la prise de son est un vrai sujet en soi.
L'omni sera TRES dépendant de l'acoustique du lieu, et le directionnel de son placement et orientation.
Les variations engendrées par ces choix ( ou ces non choix ) seront de toute façon absolument énormissimes.
Donc un format ultra méga compressé sera largement suffisant et non discriminant à ce stade ( si le volume data doit être problématique par ailleurs en transfert ou traitement ou stockage ).

[Gyrocompas]

Bonjour,
Première impression, l'objectif à atteindre n'est pas clair, par exemple, pourquoi vouloir contrôler le dispositif par le web.
Il faudrait commencer par expliquer la contrainte entre la prise de son et le lieu du contrôleur.

[racard]

bonsoir,
il va falloir plus que des bases car là c'est un projet très ambitieux!
Rien que la gestion de la µSD est une gageure.
JR

bonjour oui un gros projet.
si c'est pour apprendre et progresser ok
produire en grande série un machin pour ensuite le vendre c'est utopique il existe sur le marché des choses mieux abouties ou alors over06 connais un domaine particulier (micros déportés de 2m)

[over06]

Bonjour Gyrocompas et merci pour votre intervention et votre question. L’objectif est de pouvoir télécharger pour écouter à posteriori et/ou écouter en live sans être obligé de se rendre physiquement sur le lieu où est installé le système. Le déport des microphones du contrôleur avec des câbles de 2 mètres est nécessaire pour des raisons de discrétion. Si il aboutit, ce projet est destiné au marché de la protection, surveillance, alarmes, sécurité, justice, gouvernement.

[bibifikotin]

Etude de marché ( si concernée) ?

Haute qualité envisagée et micro "électret" ( Y aurait pas comme un défaut ) ?
Cordialement

[over06]

Bonjour bibifikotin, l’étude de marché est simple car le système n’est pas fabriqué ni vendu en France. Il existe uniquement à l'étranger (Italie, Israël, USA) mais à des tarifs extrêmement élevés vu la rareté et le marché de niche. J’ai l’avantage d’avoir déjà les contacts avec le réseau des potentiels utilisateurs et je maîtrise la partie réglementaire et légale.

[jiherve]

bonjour,
C'est sans doute faisable mais il faudra compter plusieurs mois (années ?) de développement, en disposant de tout le matériel de mesure nécessaire, de la maitrise des outils hard et soft .
nota :J'ai fait du développement pendant plus de 40 ans donc je sais un peu de quoi je parle
JR

[over06]

Je vous invite à me proposer des références de microphones adaptés au projet. Merci d’avance. Cordialement

[over06]

Je ne suis pas pressé car j’ai heureusement une autre activité professionnelle. C’est justement la raison pour laquelle je m’y prends à l’avance et préfère avoir l’avis et les conseils de plusieurs dizaines de personnes expertes, curieuses et passionnées. Merci. Cordialement

[jiherve]

re
le soucis c'est que les micros de bonne qualité sont rarement discrets, mais pour de la parole ils sont inutiles il suffit que cela soit compréhensible.
ceci dit en petit assez bon il y a les microphones MEMS.
JR

[bobflux]

C'est sans doute faisable mais il faudra compter plusieurs mois (années ?) de développement

C'est pourquoi je conseillerais

- soit un smartphone avec une appli, connection micro par câble si le smartphone a un jack, ou sinon par le port USB du smartphone via une mini carte son USB

- soit la même chose mais "embedded" donc une carte ARM + 4G LTE sous linux

Note que le produit est déjà dispo dans le commerce :

https://www.europe-connection.fr/mic...ion-pro27.html

Ça existe aussi avec une caméra offerte en prime.

[antek]

J'ai entendu quelques très bons micro electret (test d'écoute) avec le préampli qui va bien. Mais je ne sais pas ce que veut dire "audio haute qualité".

[Gyrocompas]

Bonjour,

marché de la protection, surveillance, alarmes, sécurité

C'est ce que j'avais compris, vous pouvez ajouter musées.
Perso, je prendrais le problème à l'envers.
X micros HF captent un signal qui est transmis vers un récepteur central qui va réaliser ce que vous attendez.
Non évoqué dans la taille, un module autonome va nécessiter de l'énergie, dans ce cas il faut éliminer les gros consommateurs.

[over06]

Bonjour, merci pour votre remarque et votre solution avec smartphone, je vais étudier la possibilité. Quand au produit que vous me présentez, il s’agit ni plus ni moins qu’un micro espion sans enregistrement local qui décroche automatiquement quand on l’appelle depuis un numéro prédéfini et qui envoie un SMS/appel quand il detecte un son, donc rien à voir avec mon projet. Je connais ce genre de chinoiseries qui pourrait très bien fonctionner en 2G d’ailleurs mais en mettant la 4G en avant, ils donnent l’impression qu’il s’agit d’un appareil avec des performances exceptionnelles...

[over06]

Gyrocompas, j’imagine bien votre idée de micros HF mais ils vont nécessiter d’être eux aussi alimentés en courant ou devoir faire l’objet d’un remplacement de batterie. Pour ce qui est de l’autonomie, la batterie ne sera necessaire qu’en utilisation à bord d’un véhicule pour prendre le relais sans interruption lorsque le +12V après contact sera coupé mais que la personne au volant continue de parler.

[over06]

Bonjour Antek, je veux bien des références de micro et préampli. Merci d’avance. Cordialement.

[antek]

Le schéma venait de chez Sonelec https://sonelec-musique.com/electron...lisations.html
Les micro de chez digi-key. La qualité sonore à l'écoute m'avait étonnée, c'est ce que je voulais dire en parlant des electret, pas de s'inspirer de ce que j'avais fait.
Et vu ce que tu veux faire ce sera différent (contrôle du gain etc . . .).