IMA4 2017/2018 P12

Présentation générale

Description

La communication osseuse est un type d'écoute qui permet de ne pas passer par le système auditif externe. Le système auditif externe n'est donc pas encombré ce qui offre de nouvel possibilité d'écoute.Ainsi, ce système peut se rendre très utile utile pour les personnes sourdes ainsi que pour n'importe qui ayant besoin d’être attentif au bruit environnant tel que les militaires ou les ouvriers. Le système ostéophonique que nous allons utiliser va être utilisé avec une communication à distance qui lui enverra les informations à faire écouter à l'utilisateur.

Objectifs

L’objectif de notre projet est de réaliser un système de communication par ostéophonie (communication osseuse). Une montre connecté servira de passerelle entre le casque et une interface (ordinateur ou appareil embarqué type Raspberry). Il enverra à la montre des informations sonores : musiques, conversation vocale, etc. C’est ensuite la montre qui sera chargé de transmettre l’information au dispositif d’écoute ostéophonique.

Notre objectif sera de réaliser un casque fonctionnel qui pourra communiquer à distance. Ce casque devra respecter une certaine qualité d'écoute et de conforme. Enfin, nous devrons nous attacher à trouver le meilleur système de communication afin d'économiser l'énergie et d'optimiser le transfert des données.

Analyse du projet

Positionnement par rapport à l'existant

Notre objectif est de réaliser un appareil moins couteux que la concurrence. En effet, ce type de produit est vendu très chère par rapport à des dispositifs auditifs classiques. Tout comme les produits existants, il nous sera nécessaire de parvenir à transmettre du son par conduction osseuse. Pour cela nous devrons étudier les différents composants convertissant l'information sonore en vibration. Il sera également intéressant de tester l'emplacement idéal ou poser l'émetteur afin d'avoir le meilleur son possible : mâchoire, tempe, arrière du crâne. d’étudier les différents types de communication à distance: Bluetooth, wifi, radio.

Analyse du premier concurrent

Le premier concurrent est l'entreprise audilo qui commercialise à la fois des casques audio à conduction osseuse et des appareils d'aide à l'audition. Contrairement à cette entreprise nous allons faire en sorte de créer un produit bien moins cher pour la clientèle. En effet, actuellement ces casques sont vendus à partir de 80 euros. Ils utilisent la technologie Bluetooth pour communiquer, nous essayerons d'avoir une vitesse et qualité optimale afin d'avoir quelque chose de comparable aux casque déjà existant à ces prix.

Il sera intéressant par exemple de s'intéresser à la dernière version du Bluetooth pour sa qualité. Au vue des modules piézoélectriques, ils ne vont pas, dans les conditions normal d'utilisation, dans les fréquences hautes entendu par les humains ce qui peut être un problème pour l'écoute de musique ou de son de haute qualité.

Analyse du second concurrent

Le deuxième concurrent est Bose, c'est un constructeur de casques de haute qualité. Notre casque utilisera la technologie osseuse pour fonctionner et comme on ne peut pas placer le capteur directeur sur un os la qualité est moins bonne que pour un casque normal. Cependant, notre casque aura l'avantage de laisser les oreilles libres pour les utilisateurs qui souhaitent entendre en même temps l'environnement ou d'autres personnes.

Notre casque sera destiné à une utilisation plus nomade que des casques Bose qui sont plus destiné à des professionnels ou alors à des utilisateurs voulant une grande qualité d'écoute. Enfin, notre casque sera réalisé pour être bien moins cher que cette marque.

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

Lors d'un tour de mentalisme, un magicien devra deviner plusieurs cartes les yeux bandées. Son assistant devra donc lui communiquer à chaque fois la réponse via un système de communication par ostéophonie dissimulé dans le foulard du magiciens.

Réponse à la question difficile

• Quel sont les os les plus sensibles à l'ostéophonie ?

=> Le crâne, et principalement les os en contact avec l'oreille interne, et notamment la mâchoire (Mandibule), et la tempe (L'os Temporale) sont des os qui sont très proche de la peau. Nous allons devoir tester une fois le casque fonctionnel avec quel os cela fonctionne le mieux.

Préparation du projet

Cahier des charges

Le cahier des charges imposé contient quelques impératifs :

• Casque permettant d'émettre du son par ostéophonie
• La montre Texas Instrument est imposé et sera relié filairement au casque / oreillette
• Une communication à distance avec un ordinateur ou Raspberry est également imposé

Malgré tout, la majorité des éléments nous sont laissés libres :

• Nous pouvons choisir la méthode de conversion de l'information sonore en vibration pour la conduction osseuse : transconducteur ostéophonique, moteur à rotation, etc.
• Il nous est également nécessaire de choisir sur quel os se placer pour transmettre au mieux le son; des tests sont donc à réaliser.
• La méthode de communication nous est également laissé libre : Wifi, Bluetooth, Radio.

Réalisation du Projet

Feuille d'heures

Tâche	Prélude	Heures S1	Heures S2	Heures S3	Heures S4	Heures S5	Heures S6	Heures S7	Heures S8	Heures S9	Heures S10	Total
Analyse du projet	0	10

Semaine 1

Séance 1

Nous nous sommes renseigner plus en détail sur les éléments de notre projet et notamment sur la montre. En effet, nous n'avions pas penser à vérifier qu'elle possédait une prise quelconque pour y brancher un casque car cela paraissait évident pour rendre la montre nécessaire. Après l'étude de la data sheet de la montre TI EZ430, nous nous sommes rendu compte qu'il n'y a en fait aucune prise (jack, usb, etc.) sur laquelle brancher notre casque. Cela voudrait dire que l'ordinateur (ie l'interface) va envoyer une bande sonore à la montre et que celle-ci effectuera un simple relais en envoyant à son tour la bande sonore au casque. La montre ne semble donc pas être indispensable pour notre projet. Pour le savoir nous discuterons avec un enseignant pour en savoir plus.

Nous avons également pu avoir une piste sur les microcontrôleurs les plus adaptées à notre utilisation. En effet, notre dispositif doit être suffisamment petit et discret pour pouvoir être dissimuler. Les contraintes qui rentres donc en jeu sont :

• Nombre de pins supérieur à 12 (pour le DAC et/ou le module Bluetooth).
• Petit taille de batterie, donc MCU à faible consommation d'énergie.
• Fréquence d'horloge suffisante (à définir).

Après quelques recherches, nous nous sommes rendu compte que les microcontrôleurs atmega ne sont pas adaptées à cet usage en vu de leurs consommations, mais la famille de microcontrôleurs STM32L (dit LOW POWER) sont un bon compromis entre performances et consommation.

Nous avons aussi commandé les composants électrique pour l'ostéophonie, nous avons décidé de tester plusieurs téchnolo

Séance 2

Nous avons donc discuter avec M. Boé sur l'utilité de la montre. Il pensait qu'il y avait possibilité d'y ajouter un module pour stocker une bande sonore directement dessus par exemple. Cela aurait permis de se passer d'ordinateur et donc, de lancer une piste directement à partir de la montre mais cela n'est malheureusement pas possible. En effet, après vérification il n'y a pas de PIN libre. Notre projet doit donc être modifié : nous devrons envoyé des informations depuis l'ordinateur au casque directement.

Nous avons ensuite cherché les modules que nous devions utiliser pour le casque. En effet, nous avons besoin de choisir un composant de communication sans fil (Bluetooth, WiFi, Zigbee, etc.). Pour notre application, nous cherchons à transmettre de la voix ainsi que de la musique. Pour la musique, il faudra cependant vérifier que la conduction osseuse permet d'entendre de la musique, d'avoir une qualité d'écoute suffisante. Un fichier mp3 est souvent codé avec un débit de 128kbit/s (avec un MPEG-1 Layer III) car c'est un bon compromis : il permet d'avoir une bonne qualité par rapport au poids.

• Le WiFi est un protocole qui consomme énormément d'énergie et qui est utile pour des débits très rapide sur des grandes distances, ce qui n'est pas notre cas.
• Le Zigbee quant à lui peut théoriquement permettre du transfert à 250 kbits/s mais cette valeur ne représente pas le payload (les données utiles). En effet, il prendre en compte tous les bits de protocoles comme le CRC ou l'entête.

Ainsi avec Zigbee on atteint au maximum un throughput de 912 bits/s (throughput représente le payload diviser par le temps complet pour l'échange de donnée, ie transfert et réception)[1].

• Le Bluetooth v4.0/4.1 permet un throughput de 305kbits/s et le v4.2 permet quand à lui d'atteindre 803 kbits/s[2].

(remarque : on parle ici du Bluetooth 4 Classic et non du Bluetooth 4 Low Energy qui n'est pas du tout conçu pour ça)

Étant donné le débit correspondant au mp3 nous nous tournons donc vers cette alternative car le débit est suffisant pour notre utilisation.

Nous avons également besoin d'un DAC (Digital to Analogic Converter) car une fois l'information numérique reçu par le module wireless, nous devons le convertir en analogique pour transmettre les vibrations correspondantes.