En 2017, le pionnier de l’audio multiroom Sonos intègre pour la première fois des microphones à ses appareils avec l’enceinte connectée Sonos One. Les microphones de la Sonos One et de la barre de son Sonos Beam, lancée peu de temps après, ont permis aux utilisateurs de l’écosystème Sonos de contrôler leurs équipements par la voix. Les appareils qui ont suivi, comme la barre de son Sonos Arc, l’enceinte Sonos One Gen 2, les enceintes Bluetooth portables Sonos Move et Sonos Roam, ainsi que la barre de son Sonos Beam Gen 2, ont tous maintenu cette intégration de microphones, tout en améliorant leur utilisation pour proposer de nouvelles fonctionnalités au bénéfice des utilisateurs.
La conception des microphones
Le processus
Le processus de conception des systèmes de microphones démarre dès la phase initiale de création d’un nouvel appareil Sonos. Au cours de cette démarche complexe, l’ingénieur spécialisé dans les systèmes microphoniques collabore avec les designers industriels qui apportent leurs conseils quant à l’emplacement optimal et à l’aspect visuel des composants.
Les ingénieurs en mécanique apportent leur contribution en examinant les possibilités d’intégration des microphones, en évaluant les matériaux appropriés et en considérant les méthodes de fabrication compatibles avec la conception acoustique. De concert avec l’ingénieur en systèmes microphoniques, les ingénieurs électroniciens veillent à ce que l’alimentation et les signaux soient disponibles à l’endroit précis de l’installation des microphones. Ils s’assurent également de la compatibilité des interfaces électriques entre les micros et les autres composants électroniques.
Par la suite, les ingénieurs acousticiens interviennent pour analyser l’impact du positionnement et des réglages des haut-parleurs sur les performances des microphones, à différents emplacements sur l’appareil.
Quel type de micro ?
L’une des premières décisions prises par l’ingénieur spécialisé en systèmes microphoniques est le type de microphone à utiliser. Comme la plupart des équipements électroniques grand public modernes, tous les microphones intégrés aux appareils Sonos exploitent la technologie MEMS (micro electro-mechanical systems ou systèmes microélectromécaniques en français). Les micros MEMS se distinguent par leur taille réduite, leur fiabilité, leur sensibilité, ainsi que leur capacité à être intégrés sur des circuits imprimés avec d’autres composants électroniques avec des procédés de soudure standard.
La majorité des systèmes sur puce (SoC) utilisés par Sonos disposent d’une entrée PDM (pulse density modulation ou modulation de densité d’impulsions), qui constitue l’interface numérique la plus couramment employée avec les microphones MEMS. Les microphones PDM actuels affichent des performances électroacoustiques remarquables et sont de moins en moins énergivores, un critère essentiel à considérer lors de la conception d’un nouveau produit.
Critères acoustiques
L’ingénieur en systèmes microphoniques doit définir les caractéristiques acoustiques requises par les fonctionnalités exploitant les microphones de l’appareil. Par exemple, la fonction Sonos Sound Swap, qui permet de transférer la musique d’une enceinte Sonos Roam vers une autre enceinte de la marque, requiert une détection acoustique proche de l’ultrason. De plus, il est impératif que ces microphones affichent un faible niveau de bruit de fond, ou un rapport signal/bruit élevé, afin de capter efficacement des commandes vocales discrètes, même depuis l’autre côté d’une pièce.
En général, les microphones sont positionnés à proximité des haut-parleurs. Dans cette configuration, ils doivent être en mesure de capter le son émis par ces derniers sans saturation ni distorsion. Cela permet à l’enceinte soit d’atténuer ce son pour détecter les commandes vocales, soit de mesurer la réponse acoustique de ce son dans la pièce à des fins de calibration. À proximité des haut-parleurs, le niveau de pression acoustique peut dépasser 110 dB SPL. C’est pourquoi le fabricant opte pour des microphones dont le seuil de saturation acoustique dépasse au moins de 10 dB ce niveau.
Combien de micros ?
Outre le choix du type de microphones, les ingénieurs doivent également décider du nombre de microphones à employer ainsi que de leur positionnement. Plutôt que d’intégrer un seul microphone, tous les dispositifs Sonos sont dotés d’un réseau de microphones, afin de permettre le traitement du signal pour améliorer la reconnaissance vocale et mesurer l’acoustique de la pièce depuis plusieurs zones.
Selon l’appareil, ce réseau peut avoir une forme bidimensionnelle, comme sur les enceintes Move et Era 100, ou être plus étendu, comme sur la barre de son Arc, où le réseau s’étend sur plus d’un mètre.
L’emplacement des microphones n’est qu’un élément parmi d’autres qui impactent leurs performances. En effet, les composants individuels des micros MEMS possèdent leurs propres caractéristiques électroacoustiques, et la manière dont les micros sont montés dans l’appareil peut également influer sur leur efficacité. Ces micros ne sont pas directement exposés à l’environnement acoustique, ils sont intégrés dans la coque de l’appareil, et la conception de cette dernière peut avoir un effet considérable sur la manière dont le microphone capte le son environnant. Pour maîtriser cet aspect, Sonos a recours à des simulations via le logiciel COMSOL pour comprendre quelle conception fonctionnera le mieux d’un point de vue acoustique.
Prototypes
Le fabricant américain Sonos construit de nombreux prototypes pour tous ses équipements, avec des niveaux de complexité croissants tout au long du cycle de développement. Les premiers prototypes acoustiques peuvent être construits à partir de MDF et ne pas ressembler au produit final, mais ils demeurent très utiles pour le développement acoustique. Ces prototypes permettent à l’ingénieur chargé des systèmes microphoniques de se faire une première idée du son que pourrait avoir l’appareil et peuvent être utilisés pour mettre en évidence des problèmes potentiels.
Les prototypes suivants ressemblent beaucoup plus au modèle final. Il est alors possible de mesurer les performances du système de microphones dans de nombreux scénarios différents. Ces mesures sont effectuées dans les chambres anéchoïques et les laboratoires d’écoute de Sonos.
Le rôle des micros dans le développement des logiciels
Une fois que la conception du système de microphones est fiable et fonctionne de manière optimale, Sonos utilise les résultats de ces mesures pour développer des fonctionnalités telles que Trueplay et Sonos Voice Control. L’ingénieur en systèmes microphoniques travaille en étroite collaboration avec les ingénieurs logiciels pour garantir la performance des algorithmes utilisés par les fonctionnalités exploitant les microphones.
Comment Sonos exploite-t-il ces microphones ?
L’entreprise américaine Sonos exploite les microphones intégrés dans divers contextes acoustiques. L’une de ces applications est le calibrage Trueplay, qui mesure les spécificités de la pièce d’écoute pour adapter en conséquence la reproduction sonore de l’enceinte.
Le système Trueplay vous permet d’optimiser le son des enceintes Sonos dans une pièce en utilisant les microphones de votre smartphone ou de votre tablette. Cependant, les dernières enceintes portables, comme la Sonos Move, ont tendance à être déplacées fréquemment et ne restent pas toujours à la même position, contrairement aux enceintes résidentielles. L’utilisation des microphones intégrés pour activer la fonction Trueplay automatique signifie que ce processus peut désormais être déclenché en temps réel, chaque fois que l’appareil est déplacé d’un endroit à un autre, au lieu de nécessiter l’ouverture de l’application Sonos.
Avec le lancement des enceintes connectées Era 300 et Era 100, le fabricant californien a introduit une nouvelle fonctionnalité appelée Quick Tuning. Cette dernière utilise les microphones intégrés de l’enceinte, éliminant ainsi le besoin d’utiliser le microphone d’un smartphone ou d’une tablette, pour ajuster la reproduction sonore.
L’enceinte Bluetooth portable Sonos Roam a introduit Sound Swap, qui utilise des signaux audio proches des ultrasons pour détecter et identifier les enceintes à proximité auxquelles la Roam peut envoyer de la musique. En 2022, Sonos a dévoilé Sonos Voice Control (SVC), qui utilise à nouveau les réseaux de microphones intégrés pour le contrôle vocal, mais en mettant un accent particulier sur la rapidité et la protection de la vie privée des utilisateurs.
