Les capteurs acoustiques IoT d'extérieur sont de plus en plus utilisés pour recueillir des données sur l'évolution à long terme du bruit aux abords des parcs industriels, des sites d'usines et d'autres vastes espaces extérieurs. Contrairement aux appareils d'enregistrement audio à court terme, ces capteurs peuvent rester en place pendant des mois, voire des années, et collecter des données acoustiques dans des conditions de température, d'humidité et d'environnement variables.
Pour ce type d'application, la stabilité du microphone peut être tout aussi importante que sa sensibilité nominale. Une capsule de microphone dont les caractéristiques varient considérablement en fonction de la température ou qui subit des dérives sur de longues périodes peut introduire dans les données collectées des variations sans rapport avec l'environnement acoustique réel.
La stabilité thermique est essentielle pour les capteurs acoustiques destinés à une utilisation en extérieur
Les nœuds de surveillance en extérieur peuvent être soumis à d'importantes variations de température entre le jour et la nuit, ainsi qu'à des écarts de température saisonniers. Ces variations peuvent avoir une incidence sur la sensibilité et les caractéristiques électriques de la capsule du microphone.
Dans le cas d'un système conçu pour suivre l'évolution du bruit au fil du temps, le fait de réduire au minimum les variations de sensibilité dues à la température permet d'obtenir des données acoustiques plus homogènes.
Cela revêt une importance particulière lorsque le système de surveillance compare des mesures recueillies à des moments différents. Une variation de la sortie du capteur devrait, dans l'idéal, refléter une modification de l'environnement acoustique plutôt qu'une simple variation de la température ambiante.
Une réponse de 20 Hz à 8 kHz pour l'analyse des tendances en matière de bruit ambiant
Le bruit environnemental et industriel peut contenir de l'énergie acoustique sur une gamme de fréquences relativement large. Pour les applications de surveillance IoT en extérieur, une réponse du microphone couvrant environ de 20 Hz à 8 kHz offre une plage pratique permettant de capturer les informations acoustiques requises par de nombreux systèmes de suivi de l'évolution du bruit.
L'objectif n'est pas nécessairement de reproduire un signal audio destiné à l'écoute. Le microphone doit plutôt offrir une réponse prévisible dans la bande de fréquences utilisée par le système de mesure et de traitement du signal du capteur.
Dans le cadre du développement OEM, les exigences réelles en matière de réponse en fréquence doivent être déterminées en tenant compte de l'algorithme de surveillance, du boîtier acoustique et des conditions de mesure prévues.
Stabilité à long terme pour la collecte continue de données
La surveillance acoustique en extérieur relève souvent d'une application de mesure en continu. Une fois déployé, un nœud IoT peut collecter des données pendant de longues périodes avec un entretien limité.
Dans ces conditions, la stabilité à long terme du microphone devient un facteur important à prendre en compte au niveau des composants. Des caractéristiques de charge de l'électret stables peuvent contribuer à maintenir une sensibilité constante, réduisant ainsi les variations inutiles de la sortie du capteur tout au long de sa durée de vie.
Cela revêt également de l'importance lorsque plusieurs nœuds de surveillance sont déployés sur un même site. La cohérence des caractéristiques des microphones permet au système de comparer plus facilement les données collectées à différents endroits.
Protection contre les intempéries
Contrairement aux microphones utilisés dans des environnements contrôlés, les capteurs acoustiques d'extérieur doivent résister à la poussière, à l'humidité, à la condensation et aux variations des conditions météorologiques.
Une protection de base contre la poussière et l'humidité au niveau du microphone peut améliorer l'aptitude de la capsule à être intégrée dans un capteur destiné à une utilisation en extérieur. Toutefois, la protection du microphone ne doit pas être envisagée indépendamment de la conception globale du boîtier.
L'ouverture acoustique, la membrane de protection, la structure du boîtier, la disposition du circuit imprimé et la position de montage peuvent tous avoir une incidence sur les performances environnementales finales du capteur.
Faible consommation pour la surveillance distribuée de l’IoT
Les systèmes de surveillance du bruit en extérieur peuvent être constitués de plusieurs nœuds de capteurs répartis sur le terrain. Selon la configuration, ces nœuds peuvent être alimentés par le secteur, par des batteries ou par des systèmes d'alimentation solaires.
Une faible consommation électrique du microphone est donc utile lors de la conception d'équipements de détection IoT compacts et fonctionnant en continu. La réduction de la consommation électrique de chaque composant peut contribuer à l'efficacité énergétique globale du nœud de surveillance.
Applications typiques
Les capsules ECM à dérive à basse température peuvent être envisagées pour des applications de détection acoustique en extérieur telles que :
- Suivi de l'évolution des niveaux sonores aux abords des parcs industriels
- Collecte de données acoustiques à long terme sur les sites industriels
- Nœuds distribués de surveillance du bruit via l'Internet des objets (IoT)
- Surveillance acoustique du périmètre d'un site industriel
- Équipements d'extérieur et surveillance acoustique de l'environnement
Ces applications visent généralement à recueillir et à comparer les tendances acoustiques au fil du temps, plutôt qu'à utiliser le microphone comme un simple dispositif d'enregistrement audio classique.
Les éléments à prendre en compte par les équipementiers lors du choix d'un ECM
Pour un capteur acoustique IoT destiné à une utilisation en extérieur, le choix du microphone doit tenir compte de l'ensemble de l'environnement d'exploitation, et non pas uniquement de sa sensibilité nominale.
Parmi les paramètres importants, on peut citer :
- Réponse en fréquence d'environ 20 Hz à 8 kHz
- Dérive de température à faible sensibilité
- Charge d'électret stable sur une longue durée de fonctionnement
- Sensibilité constante d'un lot de production à l'autre
- Résistance à la poussière et à l'humidité adaptée au boîtier
- Faible consommation d'énergie
Les caractéristiques techniques finales du microphone doivent également être évaluées en tenant compte de la structure acoustique du capteur, de l'environnement d'installation, du circuit de traitement du signal et de la méthode d'étalonnage.
ECMIC pour les projets IoT acoustiques en extérieur
ECMIC fournit des capsules de microphones à condensateur électret destinées à des applications OEM et ODM. Pour les projets de surveillance acoustique en extérieur, les spécifications des microphones peuvent être définies en fonction de la réponse en fréquence requise, des caractéristiques thermiques, de la stabilité de la sensibilité, des conditions environnementales et de la configuration électrique.
Pour les projets portant sur des parcs industriels, la surveillance de sites industriels ou des capteurs acoustiques IoT décentralisés, le microphone doit être considéré comme faisant partie intégrante du système de mesure plutôt que comme un simple composant audio standard.
Si vous développez un capteur IoT acoustique destiné à une utilisation en extérieur et que vous avez besoin d'une capsule microphonique offrant des performances stables à basse température, contactez ECMIC en précisant la gamme de fréquences visée, l'environnement d'exploitation, les exigences en matière de sensibilité et les détails de votre application.
