Derrière le SAS: comment notre équipe de R&D a réinventé la surveillance acoustique

Chaque avancée commence par une question simple: « Et si nous pouvions faire mieux? »

Pour Soft dB, cette question a donné naissance au SAS, notre Smart Acoustic Sensor. En seulement un an, notre équipe de R&D a transformé une idée en un sonomètre robuste de classe 1, conçu pour surveiller simultanément le bruit, la surpression et les infrasons. Une première dans son genre.

Conçu pour des mesures à court terme et une surveillance à long terme, et testé dans les conditions les plus extrêmes, le SAS incarne ce que nous sommes: des innovateurs et des acousticiens passionnés, obsédés par la précision et la performance sur le terrain.

Pour comprendre comment ce capteur a vu le jour, nous avons rencontré certains des cerveaux derrière sa conception. Voici leur histoire, racontée par eux-mêmes.

Derrière le SAS se trouve également toute l'équipe de R&D de Soft dB: un groupe d'ingénieurs de calibre mondiale, de spécialistes en logiciel et d'acousticiens qui innovent depuis près de 30 ans. Leur expertise approfondie, transmise de produit en produit chez Soft dB, a permis à l'équipe d'avancer rapidement, de résoudre des défis complexes et de concevoir un capteur véritablement en avance sur son temps.

Un éclair de génie

Qu'est-ce qui a motivé l'idée du SAS? Quelle lacune avez-vous décelée sur le marché, que d'autres avaient négligée?

Nous avions l'habitude d'utiliser deux microphones dédiés: un pour les mesures de niveau sonore et un autre pour les mesures de surpression d'explosion. Nous étions convaincus qu'il serait possible d'utiliser un seul et même microphone pour ces deux applications, grâce à quelques astuces ingénieuses de traitement du signal. Et tant qu'à faire, pourquoi ne pas intégrer aussi la détection des infrasons.

Par ailleurs, nous voulions un capteur sonore robuste pour l'extérieur, capable de protéger le microphone contre les conditions difficiles tout en restant conforme à la classe 1. De nombreuses solutions sur le marché proposent un sonomètre de classe 1, mais elles ne sont pas nécessairement conformes lorsque l'on ajoute tout ce qui est nécessaire pour effectuer une surveillance sonore extérieure 24h/24, comme des extensions, une protection environnementale, une alimentation solaire, etc.

Enfin, mais non des moindres, nous voulions un capteur autonome qui ne délivre que des mesures calculées sous forme numérique. Cela offre trois avantages principaux: le premier est de réduire le bruit électrique en limitant au maximum le chemin du signal analogique. Le deuxième est de décharger le contrôleur central de la station de surveillance du traitement du signal brut. Et le troisième est de certifier l'instrument tel quel, sans composants externes nécessaires à son fonctionnement.

Présentation du SAS

Si vous deviez décrire le SAS en deux phrases, que diriez-vous? Quels problèmes résout-il pour les acteurs du terrain?

On peut décrire le SAS en quelques mots: un capteur « tout-en-un ».

Cette expression souligne deux aspects: le premier, c'est que tout ce dont vous avez besoin est réuni dans un seul boîtier. Il n'est pas nécessaire d'ajouter une protection environnementale ou un câble d'extension pour microphone. Le deuxième aspect, c'est que vous pouvez réaliser des mesures de niveau sonore, de surpression d'explosion et d'infrasons en même temps avec un seul et même instrument.

Un choix audacieux

La plupart des sonomètres sont équipés d'un écran intégré avec microphone séparé. Pourquoi avoir choisi l'approche inverse? En quoi cette décision rend-elle le SAS plus robuste et mieux adapté à la surveillance à long terme de plusieurs contaminants?

Le choix de conception le plus « controversé » pour le SAS a été d'intégrer la connexion du microphone à l'intérieur du boîtier de l'instrument. Cela va à l'encontre de l'approche classique d'un sonomètre placé dans un boîtier avec un microphone distant relié par un câble d'extension.

Nous voulions contrôler entièrement la façon dont l'instrument serait utilisé et empêcher l'utilisateur d'employer un câble d'extension pour microphone. Nous souhaitions également protéger cette connexion sensible contre les dommages venant de l'extérieur. Enfin, nous voulions « associer » le microphone à l'électronique afin de certifier pleinement l'instrument: nous ne voulions pas que l'utilisateur change le microphone, quelle qu'en soit la raison.

Finalement, la suppression d'une fonctionnalité nous a permis de concevoir un meilleur instrument.

Ce qui le rend unique

Qu'est-ce qui distingue vraiment le SAS de tous les autres modèles du marché? Y a-t-il une innovation ou une fonctionnalité dont vous êtes particulièrement fier?

C'est la quantité même de fonctionnalités qui fait que le SAS se démarque de tout ce qui existe sur le marché. Bien que vous puissiez trouver d'autres produits offrant une ou plusieurs fonctionnalités présentes sur le SAS, vous ne trouverez pas d'instruments réunissant autant de fonctions en un seul appareil.

Comme mentionné précédemment, le fait de calculer simultanément les mesures de niveau sonore, de surpression d'explosion et d'infrasons est une caractéristique unique sur le marché, ce qui explique pourquoi nous avons déposé un brevet pour cette application.

Le SAS intègre également un commutateur de gamme dynamique sans interruption offrant une plage dynamique de 117 dB. Bien que nous conservions l'approche classique des plages basse/haute pour des raisons de certification, vous pouvez considérer la plage automatique comme une plage dynamique continue couvrant simultanément les plages basse et haute. En fait, cette plage automatique passe également tous les tests de certification, mais la norme n'a pas été conçue avec cette fonctionnalité en tête, car elle est trop avancée.

Le SAS intègre aussi de nombreux algorithmes de compensation pour fournir des mesures d'une précision optimale. Par exemple, le SAS compense la réponse en fréquence du microphone, la protection environnementale ainsi que l'effet de la température sur le microphone.

Le SAS calcule une quantité impressionnante de métriques. En plus des métriques classiques de niveau sonore, il calcule également le pondération dBG, utile pour les applications d'infrasons. Pour l'analyse spectrale, il calcule des bandes d'octave tiers de 6,3 Hz à 20 kHz ainsi qu'un spectre FFT de 512 lignes avec recouvrement. Cet ensemble de fonctionnalités d'analyse spectrale est uniquement disponible sur les sonomètres haut de gamme et coûteux. Le SAS propose aussi une compression du signal temporel embarquée, allant de 24 bits/48 kHz à 4 bits/12 kHz. Enfin, le SAS fournit un signal temporel de pression calibré en pascals pour les événements de surpression d'explosion, où la surpression est réglementée.

La calibration sur le terrain dans le cadre de la surveillance sonore est une véritable épreuve. De temps en temps, quelqu'un doit se rendre sur le terrain pour vérifier la calibration du microphone. Les bonnes pratiques recommandent que cela soit fait aussi souvent que possible, mais envoyer quelqu'un sur le terrain représente un coût important dans un programme de surveillance sonore. C'est pourquoi nous avons développé une fonction qui injecte un signal directement à l'arrière de la membrane du microphone afin de détecter toute déviation de sensibilité ou problème plus large comme des dégâts liés à l'eau, etc. Cette vérification du capteur peut être effectuée par l'instrument lui-même à intervalles réguliers, par exemple tous les jours à minuit. Bien que cela ne remplace pas une calibration standard sur le terrain, cela permet certainement de réduire leur fréquence et offre également un temps de réaction plus rapide en cas de problème avec l'instrument.

Ce dont nous sommes le plus fiers n'est pas quelque chose qui ressort sur une fiche technique, mais qui est très important dans le monde réel de la surveillance sonore 24/7: la consommation électrique. Le SAS consomme moins de 0,5 W, ce qui est une prouesse en soi compte tenu de la qualité du traitement du signal analogique, du traitement numérique étendu et du pilote de communication numérique RS485. Chaque aspect de la conception électronique a été pensé pour réduire la consommation électrique tout en ne faisant aucun compromis sur l'ensemble des fonctionnalités.

L'odyssée du SAS

Le développement du SAS a duré environ un an. Comment s'est déroulé ce parcours en coulisses? Quel rôle a joué la collaboration entre la R&D et les experts terrain dans la conception du produit?

Notre premier capteur intelligent intégré était le SVS, notre Smart Vibration Sensor. Notre équipe terrain a rapidement perçu le potentiel de cette approche « tout-en-un » pour les capteurs, car elle simplifiait les déploiements sur le terrain, rationalisait le processus annuel de certification, réduisant ainsi le coût de possession, et améliorait la fiabilité globale du produit puisque les pièces n'étaient plus séparées et le traitement du signal n'était plus dissocié du capteur.

En fait, la liste des exigences provenait directement de l'équipe terrain. Ils souhaitaient bénéficier des mêmes avantages que ceux apportés par le SVS pour les sonomètres, qui rencontraient les mêmes problèmes mais à un degré encore plus élevé. Les déploiements sur le terrain avec protections environnementales, câbles d'extension pour microphone, etc., devenaient compliqués. Le retour annuel du matériel pour la certification périodique était une véritable épreuve, car il fallait renvoyer tout l'équipement, non seulement le microphone, mais aussi le câble d'extension et le sonomètre, afin de rester conforme à la classe 1. Sans oublier que les microphones étaient souvent échangés par des utilisateurs non techniques, qui ne se rendaient pas compte que cela affectait la certification. Enfin, l'équipe terrain était épuisée par les problèmes de bruit causés par des connexions défectueuses aux signaux électriques analogiques, ainsi que par les dégâts liés à l'eau sur les microphones et les électroniques sensibles des préamplificateurs.

L'équipe terrain est un élément clé de notre processus de conception, car elle se situe aux deux extrémités de ce processus: elle définit d'abord les exigences techniques du produit et elle est également notre testeur sur le terrain. Ils plaisantent parfois avec nous, à la R&D, en nous disant de quitter notre laboratoire et d'aller plus souvent sur le terrain, et ils ont raison!

Brevets et innovation

Le SAS repose sur un brevet unique. Comment expliqueriez-vous cette innovation en termes simples et pourquoi est-elle importante?

La mesure simultanée du niveau sonore et de la surpression d'explosion n'est pas une application très répandue, mais elle est importante pour les mines à ciel ouvert, les carrières, et parfois les grands chantiers de construction. Ces activités génèrent du bruit, des vibrations et des surpressions aériennes causées par le dynamitage des roches. Historiquement, les mesures de son et de vibrations étaient réparties sur deux marchés différents: d'un côté les sonomètres, de l'autre les sismographes. Les mesures de surpression aérienne étaient prises en charge par les sismographes en tant que capteur supplémentaire aux mesures de vibrations, tandis que l'industrie des sonomètres ne s'en préoccupait pas. Comme nous assurons à la fois la surveillance du bruit et des vibrations, nous avons trouvé absurde d'utiliser deux microphones séparés pour mesurer en gros le même signal physique.

Combiner les mesures de niveau sonore et de surpression d'explosion dans un seul instrument était une idée ingénieuse, et personne ne le faisait sur le marché. Pour cela, nous devions traiter le signal du microphone de la plage typique 10 Hz–20 kHz pour les mesures de niveau sonore jusqu'à 2 Hz–250 Hz pour la surpression d'explosion. Bien que les techniques de traitement du signal que nous avons mises en œuvre ne soient pas compliquées pour un expert en traitement du signal, nous avons estimé que les bénéfices apportés par cette technique étaient suffisamment importants pour en revendiquer la paternité. Un brevet est non seulement utile pour protéger nos innovations techniques, mais aussi pour les promouvoir. Cette innovation a également contribué à réduire le coût de possession du SAS, puisque seul un capteur est nécessaire pour répondre aux deux applications.

Capteurs intelligents, vision brillante

Quelle est la vision globale de Soft dB en matière de capteurs intelligents et de surveillance multi-contaminants? Comment le SAS s'inscrit-il dans cette philosophie?

L'approche des capteurs intelligents offre plusieurs avantages:

Le premier avantage est le traitement distribué. Si une unité centrale de traitement était nécessaire pour plusieurs capteurs analogiques, elle devrait être conçue pour le pire des cas, c'est-à-dire pour un grand nombre de capteurs simultanés. Par conséquent, cette unité centrale serait surdimensionnée pour la plupart des applications où un ou deux capteurs suffisent. Avoir des capteurs intelligents avec un traitement embarqué décharge l'unité centrale de cette tâche, qui devient alors un simple contrôleur de gestion des données. Augmenter le nombre de capteurs intelligents sur ce contrôleur de gestion des données augmente marginalement la puissance requise. Cela dit, il y a une limite à laquelle un capteur intelligent doit rester autonome: par exemple, il n'est pas souhaitable d'avoir une communication 4G ou un contrôleur de charge solaire dans chaque capteur intelligent. Il existe un point d'équilibre pour déterminer quelles fonctionnalités doivent être prises en charge par le capteur intelligent et lesquelles sont mieux gérées par le contrôleur central.

Le deuxième avantage est la certification périodique. Puisque le capteur est intégré, il est certifié tel quel, sans qu'il soit nécessaire d'inclure le contrôleur central dans la certification. De plus, lors de l'envoi du capteur intelligent au laboratoire pour la certification annuelle, vous pouvez facilement le remplacer par un autre pendant que le capteur précédent est en maintenance. Comme la certification suit le capteur intelligent, il suffit de déconnecter l'ancien capteur et de connecter le nouveau pour que la mesure puisse continuer. Le contrôleur central s'occupera de démarrer la mesure dès que le nouveau capteur intelligent est détecté.

Le troisième avantage est la pérennité. La seule exigence pour notre capteur intelligent est d'être compatible avec le port pour capteur intelligent du contrôleur central. Ainsi, nous pouvons concevoir un nouveau capteur intelligent pour d'autres mesures physiques, en sachant qu'il fonctionnera tant qu'il utilise la même communication numérique. Si nous prévoyons un besoin spécifique sur le marché, nous pouvons facilement créer un capteur intelligent et l'intégrer à notre solution de surveillance.

Moments déterminants

Quel a été le moment le plus marquant, ou le plus grand défi, du développement du SAS? Avec le recul, qu'est-ce qui vous rend le plus fier de ce produit?

Il est difficile de désigner un moment clé unique ou un plus grand défi dans le développement du SAS, car chaque aspect a été crucial.

La conception électrique a été un véritable défi pour atteindre le niveau de bruit le plus bas, une large plage dynamique, une faible consommation d'énergie et un prix abordable, surtout dans un format aussi compact.

La conception mécanique a également été un challenge. Offrir un boîtier acoustiquement transparent tout en assurant une bonne protection environnementale a été une tâche très difficile. Toute sorte de pare-pluie sur le microphone a un impact important sur la performance acoustique, et la conformité à la classe 1 est très difficile à respecter dans ces conditions, car les tolérances sont définies pour un sonomètre classique à main avec une simple boule anti-vent, et non pour une protection environnementale.

Enfin, mais non des moindres, le traitement numérique du signal a été très important, et nous avons douté que le microcontrôleur choisi soit suffisamment puissant pour la tâche. Finalement, nous avons réussi à tout implémenter, et même davantage!

Regard vers l'avenir

Comment voyez-vous l'avenir de la surveillance du bruit et des vibrations dans l'environnement? Et quel rôle joueront des produits comme le SAS dans ce domaine?

L'avenir de la surveillance du bruit et des vibrations environnementales passe définitivement par les capteurs intelligents. D'autres acteurs performants sur le marché adoptent également cette approche.

La surveillance du bruit et des vibrations est un marché en expansion, car le cadre réglementaire intègre de plus en plus de normes sur le bruit et les vibrations, et les populations sont davantage sensibilisées à ces nuisances dans leur environnement.

La clé est de proposer une solution de surveillance du bruit et des vibrations qui soit facile à déployer, simple à utiliser et évolutive. L'approche par capteurs intelligents joue certainement un rôle dans ce contexte.

Le SAS constitue une étape majeure pour les solutions de surveillance de Soft dB, car il apporte d'énormes avantages en termes de fiabilité, de précision et de simplicité dans la surveillance du bruit. Notre équipe terrain en sait beaucoup à ce sujet.

Le SAS est aussi une étape importante sur le marché, car il positionne Soft dB comme un leader dans ce domaine. Concevoir un capteur météo intelligent est relativement simple. Concevoir un capteur de vibrations intelligent est beaucoup plus complexe. Concevoir un capteur acoustique intelligent avec autant de fonctionnalités est une classe à part, fruit de nombreuses années d'expertise combinée.

Conclusion

Le SAS n'est pas qu'un simple capteur, c'est une véritable déclaration.

La preuve que précision, fiabilité et innovation peuvent cohabiter dans un même boîtier compact. Pour notre équipe, il représente bien plus qu'un lancement de produit; c'est le fruit d'années d'expertise en acoustique et en vibrations, condensées en une seule idée: concevoir des outils plus intelligents pour les réalités du terrain.

Et ce n'est qu'un début.

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