L’audiomètre est normalement utilisé en médecine pour mesurer le seuil d’audibilité des sons*. L’appareil que nous vous proposons dans cet article, vous permettra de vérifier, tout en restant tranquillement chez vous, si votre audition est toujours celle de vos 20 ans ! Bien entendu, vous pourrez passer à l’audiomètre toute votre famille et vos amis, ce qui promet des moments d’hilarité inoubliables.
Même si elles ont du mal à l’admettre, de nombreuses personnes finissent par se rendre compte que leur audition n’est plus celle qu’elle était par le passé.
Cette prise de conscience s’opère lorsque, pour écouter la télévision, elles sont contraintes d’augmenter régulièrement le volume déjà réglé par un membre de leur entourage ce qui, immanquablement, entraîne des protestations.
Généralement, ce type de perte de sensibilité auditive, est causé par l’âge et il n’y a, hélas, pas grand-chose à faire.
Elle peut également trouver son origine dans une exposition prolongée à des bruits assourdissants.
C’est pour éviter d’accélérer la perte d’audition que les personnes travaillant dans un environnement bruyant comme celui qui règne dans un parc de machines-outil, un atelier d’emboutissage, à proximité d’un marteau-piqueur, sont tenues au port du casque antibruit.
Pour le même motif, les oto-rhino-laryngologistes, alarmés par le nombre considérable de surdités précoces, conseillent aux jeunes de ne pas rester durant des heures et des heures dans les discothèques, car la musique y a un volume très élevé et des basses extrêmement puissantes.
Il en est de même pour l’usage des baladeurs qui, heureusement, ont vu le niveau maximal de leur volume sonore limité par la législation. Pour autant, cela ne signifie pas que l’on puisse écouter à fond en permanence sans risque pour l’audition !
De quelque type qu’elle soit, la surdité pourrait toujours être diagnostiquée de manière précoce.
Hélas, comme elle n’est ni douloureuse ni réellement handicapante avant d’avoir atteint un seuil important, on se tourne vers les structures médicales que très tard ou même trop tard.
L’appareil que nous vous présentons aujourd’hui vous permettra de contrôler périodiquement à votre domicile, votre audition, celle de vos proches et de vos amis.
Dès les premières fois que vous utiliserez l’appareil, vous vous apercevrez que chez de nombreux sujets, la perte d’audition est si modeste qu’elle est parfaitement tolérée. Chez d’autres, par contre, elle est à tel point marquée que l’on peut parler de surdité quasi totale.
En outre, au cours de ces tests, vous vous rendrez compte que nous ne sommes pas tous sensibles de la même manière à la gamme audio complète et qu’une oreille peut être un peu plus «sourde» que l’autre, même si, en théorie, les deux oreilles devraient pouvoir percevoir un son se traduisant par une quelconque vibration d’un minimum de 20 hertz, jusqu’à atteindre un maximum de 25 000 hertz.
Les notes de fréquence comprises entre 20 hertz et 300-400 hertz sont définies comme basses.
Les notes de fréquence comprises entre 400-500 hertz et 3 000-4 000 hertz sont définies comme moyennes.
Les notes de fréquence comprises entre 4 000 hertz jusqu’à et au-delà de 25 000 hertz sont définies comme aiguës.
Si chaque individu est plus ou moins sensible à une gamme de fréquence acoustique déterminée, vous vous apercevrez immédiatement qu’avec l’avancée de l’âge, la sensibilité sur les fréquences aiguës diminue pour tous.
Pour donner un exemple, dans la vingtaine, il perçoit avec une extrême facilité même les fréquences des aiguës jusqu’à 25 000 hertz.
A la quarantaine, il perçoit les fréquences qui ne dépassent pas les 16 000 hertz environ.
Passé cet âge, nombreux sont ceux qui ne parviennent plus à percevoir les fréquences supérieures à 10 000 hertz.
Avec l’audiomètre vous avez la possibilité de garder sous contrôle votre audition et si, le temps passant, vous vous apercevez qu’elle diminue, notre conseil est de vous adresser à un otorhino- laryngologiste pour un contrôle plus approfondi.
Figure 1 : Pour tracer la courbe de la sensibilité auditive d’un être humain (voir figures 19, 20 et 21), il faut se procurer du papier à tracé logarithmique et comme cela peut être difficile, nous vous conseillons de photocopier le dessin reporté ci-dessus. Comme vous pouvez le voir à la figure 12, la valeur 0 dB correspond à la deuxième diode LED placée à gauche de la barre et la valeur 18 dB, correspond à la vingtième LED placée à l’extrême droite.
Comment fonctionne l’audiomètre ?
Par le passé, pour contrôler la sensibilité auditive, on approchait lentement de l’oreille un diapason, mis au préalable en vibration, jusqu’à ce que le patient perçoive le son.
En mesurant la distance entre le diapason et l’oreille, on pouvait déterminer le degré de surdité.
Au fil du temps, le diapason mécanique a été remplacé par un générateur électronique d’ondes sinusoïdales en mesure de fournir toutes les fréquences de la gamme audio, en partant de la fréquence la plus basse des 20 hertz, pour arriver aux fréquences les plus hautes des aiguës vers 25 000 hertz.
Sur le patient, on applique un casque stéréo, puis, grâce à un inverseur, on applique alternativement sur un seul écouteur, le signal BF, de manière à évaluer la différence de sensibilité qui pourrait exister entre les deux oreilles.
Comme nous l’expliquons par la suite, pour faire ces mesures, il faut syntoniser le générateur sur des fréquences de référence, par exemple 100 - 200 - 400 - 800 - 1 000 - 2 000 - 4 000 - 6 000 - 8 000 hertz, puis, pour chacune de ces fréquences, on tourne lentement le bouton de volume, de son minimum vers son maximum, jusqu’à ce que le sujet entende la note acoustique.
A ce moment, on contrôle quelle diode LED du VU-mètre s’est allumée et on reporte la valeur en dB sur l’échelle logarithmique visible à la figure 1, de façon à obtenir un graphique qui permette d’évaluer le degré de sensibilité aux diverses fréquences.
Figure 2 : Voici comment sont disposés, à l’intérieur du coffret, les trois circuits imprimés requis pour faire fonctionner cet audiomètre. En bas, vous pouvez facilement reconnaître la prise femelle jack que vous devez utiliser pour connecter le casque stéréo.
Le schéma électrique du générateur BF
Pour réaliser un audiomètre, il faut un générateur BF en mesure de fournir en sortie, une onde parfaitement sinusoïdale avec une très basse distorsion et une amplitude constante sur toute la gamme audio de 20 à 25 000 hertz environ. Pour obtenir un signal avec une très basse distorsion, nous avons utilisé un schéma électrique déjà largement éprouvé et donc, très fiable.
Pour réaliser l’étage oscillateur, nous avons choisi trois amplificateurs opérationnels professionnels à très faible bruit du type TL082, que dans le schéma de la figure 3, nous avons référence IC1/A, IC1/B et IC2/A.
Pour amorcer cet oscillateur, il est nécessaire de prélever le signal BF de la sortie d’un autre amplificateur opérationnel (voir IC2/A) et de l’appliquer sur l’entrée du commutateur S1/A.
La sortie du premier amplificateur opérationnel IC1/A est connectée sur le commutateur S1/B qui nous permet d’obtenir avec le second amplificateur opérationnel IC1/B et avec le double potentiomètre R4-R8, toutes les fréquences acoustiques requises par l’audiomètre.
Comme vous pouvez le noter, les capacités présentes sur les cinq positions du commutateur S1/A, sont identiques à celles présentes sur le commutateur S1/B et évidemment même les valeurs ohmiques du double potentiomètre R4-R8 sont les mêmes (22 000 ohms).
Avec les capacités choisies, nous obtenons ces gammes de fréquences :
La formule que tous les tests conseillent pour calculer la valeur de la fréquence, connaissant la valeur du condensateur en nanofarads et celle de la résistance en kilohms du double potentiomètre R4-R8 est la suivante :
hertz = 175 000 : (nanofarads x kilohms)
Comme, en série avec le potentiomètre de 22 kilohms, nous avons une résistance fixe de 5,6 kilohms (voir R3-R7), il est évident que cette résistance doit également être prise en compte pour le calcul.
Si nous tournons l’axe du potentiomètre au minimum de sa résistance, dans la formule, nous ne devons tenir compte que de la valeur de la résistance de 5,6 kilohms.
Si, par contre, nous tournons l’axe du potentiomètre vers son maximum de résistance, dans la formule, nous devons tenir compte de la valeur du potentiomètre et de la résistance, 22 + 5,6 = 27,6 kilohms.
Précisons immédiatement que la formule que nous avons utilisée, nous donne des valeurs très approximatives, parce qu’elle ne tient pas compte de la tolérance des condensateurs, des résistances, des potentiomètres et également des capacités parasites toujours présentes sur le circuit imprimé.
En fait, sur la première gamme, qui utilise un condensateur de 330 nanofarads, au lieu de déterminer :
- une fréquence minimale de :
175 000 : (330 x 5,6) = 19,21 hertz
- une fréquence maximale de :
175 000 : (330 x 5,6) = 94,69 hertz
Nous avons relevé une fréquence minimale de 20 Hz et une fréquence maximale de 100 Hz.
Ces différences ne sont nullement préjudiciables au fonctionnement de l’appareil, parce que celui qui est légèrement sourd, l’est sur la totalité de la gamme de fréquences.
Un paramètre beaucoup plus important par contre dans un audiomètre, est l’amplitude du signal de sortie, qui doit demeurer constante sur la totalité de la gamme audio de 20 Hz à 25 000 Hz.
Le FET FT1, que nous trouvons connecté à l’amplificateur opérationnel IC2/A, permet de corriger de manière automatique le gain de l’amplificateur opérationnel.
Si l’amplitude du signal BF devait dépasser la valeur que nous avons définie, la diode DS1, redressant les ondes négatives de l’onde sinusoïdale, fera augmenter la valeur de la tension négative sur le condensateur électrolytique C16.
Cette tension, atteignant la gate de FT1, réduira le gain de l’amplificateur opérationnel IC2/A.
Si l’amplitude du signal BF devait descendre au-dessous de la valeur définie, la diode DS1 redressera une tension inférieure, réduisant ainsi la valeur de la tension négative sur le condensateur électrolytique C16 et, en conséquence, FT1 augmentera le gain de l’amplificateur opérationnel IC2/A.
Ainsi, sur la patte de sortie 1 de l’amplificateur opérationnel, est toujours disponible un signal de BF stabilisé en amplitude, lequel, appliqué au potentiomètre de volume R18, est ensuite amplifié en courant par l’amplificateur opérationnel IC3/A, un NE5532 fabriqué par Philips, qui permet de piloter le casque.
De la patte de sortie 7 de cet amplificateur opérationnel, est prélevé, à travers le condensateur C19, une partie du signal BF, pour être appliqué à l’étage redresseur à double alternance, composé des deux amplificateurs opérationnels IC3/B et IC4/A.
La tension continue, présente sur la patte de sortie 7 de IC4/A, est appliquée sur l’entrée non-inverseuse 3 de l’amplificateur opérationnel IC4/B. Elle est récupérée sur la patte de sortie 1, pour être appliquée au VU-mètre à diodes LED représenté à la figure 4.
En tournant le trimmer R30 de son minimum à son maximum, on peut prélever sur la sortie de IC4/B, une tension continue variable d’environ 1 volt à 10,5 volts.
Pour compléter la description de ce générateur de BF, il faut dire que l’amplificateur opérationnel IC2/B sert à obtenir une masse fictive, nécessaire pour relier toutes les entrées non-inverseuses des amplificateurs opérationnels IC1/A, IC1/B, IC2/A et IC3/A.
Cette masse fictive sert à alimenter ces amplificateurs opérationnels avec une tension unique de 12 volts, à la place d’une tension symétrique de 6+6 volts.
Figure 3 : Schéma électrique du générateur de BF en mesure de fournir une onde sinusoïdale avec une distorsion très basse. Le schéma électrique du VU-mètre à diodes LED est reporté à la figure 4.
Le schéma électrique du VU-mètre
La partie la plus complète de l’étude de l’audiomètre a été celle relative au VU-mètre (voir figure 4), car il nécessitait d’avoir recours à un voltmètre logarithmique précis, qui allumerait chacune des LED à chaque augmentation du signal de +1 dB.
N’existant dans le commerce aucun circuit intégré en mesure d’effectuer cette fonction précise, nous avons étudié ce VU-mètre en utilisant 5 circuits intégrés LM324, contenant chacun 4 amplificateurs opérationnels.
En reliant toutes les entrées non-inverseuses au diviseur de tension formé par les résistances R32 à R38, nous avons obtenu un VU-mètre composé de 19 LED, s’allumant chacune lors d’une variation de la tension d’entrée de 1 dB.
Admettant que la première diode LED (voir DL2 connectée à la sortie de IC1/B) s’allume avec une tension de 1 volt, les autres diodes LED s’allumeront avec les tensions reportées dans le tableau 1.
Tableau 1.
Comme l’échelle est logarithmique, une petite différence sur l’allumage de la diode DL2, se répercutera comme une différence notable sur l’allumage de la diode DL20.
En admettant que la diode DL2, s’allume avec une tension de 1,05 volt, la dernière LED s’allumera avec une tension de :
1,05 x 7,94 = 8,33 volts
Si DL2, devait s’allumer avec une tension de 0,9 volt, la dernière LED s’allumerait avec une tension de :
0,9 x 7,94 = 7,14 volts
Nous avons mis en évidence cette particularité parce que beaucoup d’entre vous pourraient utiliser ce VU-mètre comme S-mètre ou pour mesurer des tensions continues logarithmiques.
Dans ce cas, il suffira d’alimenter le VU-mètre avec une tension stabilisée de 12 volts et appliquer sur l’entrée non-inverseuse du premier amplificateur opérationnel IC1/A, la tension à mesurer.
La diode DL1 (voir figure 4) a été placée comme voyant témoin, afin de savoir si le circuit est alimenté.
Figure 4 : Schéma électrique du VU-mètre à relier à la sortie du générateur BF de la figure 3.
Figure 5 : Photo de l’étage des commandes vu du côté des composants.
Toute cette face est blindée par une couche de cuivre étamé.
Figure 6 : Le même étage, vu du côté opposé. Avant de fixer le commutateur rotatif et les deux potentiomètres sur le circuit imprimé, vous devez raccourcir leurs axes comme indiqué sur les figures 14, 15 et 16.
L’audiomètre est normalement utilisé en médecine pour mesurer le seuil d’audibilité des sons. L’appareil que nous vous proposons dans cet article, vous permettra de vérifier, tout en restant tranquillement chez vous, si votre audition est toujours celle de vos 20 ans !
Dans la première partie, nous avons abordé le côté technique. Dans cette seconde et dernière partie, nous allons voir comment réaliser concrètement notre audiomètre.
La réalisation pratique
Pour réaliser notre audiomètre, trois circuits imprimés sont nécessaires.
Le circuit VU-mètre
Ce circuit imprimé, comme le précédent, est un double face à trous métallisés (voir figures 8b et 8c), sur lequel trouvent place les 4 blocs de diodes LED et tous les composants ainsi que les circuits intégrés visibles à la figure 8.
Le circuit des commandes
Ce circuit imprimé est un double face à trous métallisés (voir figures 9b et 9c) sur lequel se trouvent placés les deux potentiomètres R18 et R8/R4, le commutateur rotatif S1 et tous les composants visibles à la figure 9.
Le circuit alimentation
Ce circuit imprimé est, par contre, un simple face, sur lequel doivent êtres montés, le transformateur d’alimentation T1 et les borniers à vis (voir figure 18b).
Note : Nous vous rappelons que dans les circuits double face à trous métallisés, les pistes supérieures sont reliées électriquement aux pistes inférieures par une mince couche de cuivre déposée par voie électrolytique à l’intérieur de chaque trou.
Pour cette raison, il ne faut jamais agrandir ces trous avec un foret, car vous enlèveriez cette mince couche de cuivre qui sert à relier électriquement toutes les pistes.
Une seule interruption de cette continuité peut rendre le circuit imprimé inutilisable.
Le montage du circuit VU-mètre
En premier, nous vous conseillons d’insérer les cinq supports des circuits intégrés IC1, IC2, IC3, IC4 et IC5 (voir figure 8a).
Après avoir soudé toutes les pattes des supports, vous pouvez placer toutes les résistances, en appuyant bien leur corps contre le circuit imprimé et les cinq condensateurs polyester placés près de chaque support.
Sur la droite du circuit imprimé, vous devez connecter le condensateur électrolytique C1, pour lequel il faut impérativement respecter la polarité.
Sur le côté opposé de ce circuit imprimé, vous devez mettre en place les quatre barres contenant chacune 5 LED.
Comme vous pouvez le voir sur la figure 13, sur le côté gauche de ces barres, sort une patte courte que nous avons indiquée K (cathode), suivie par une patte longue, que nous avons indiquée A (anode). Lorsque vous insérez ces barres sur le circuit imprimé, vous devez faire très attention à respecter l’ordre des pattes K-A car, si par erreur vous les inversez, aucune LED ne s’allumera.
Après avoir retourné ce circuit imprimé, vous retrouverez le circuit intégré IC1 sur la gauche et le circuit IC5 sur la droite et, en conséquence, la cathode (K) de la première diode LED DL1 se trouvera à l’extrême gauche du circuit imprimé, par contre, l’anode (A) de la dernière diode LED DL20 se trouvera à l’extrême droite (voir figures 12 et 13).
Les pattes K et A de ces barres de LED ne sont pas soudées immédiatement sur le circuit imprimé, car il faut déterminer leur longueur avec précision, de façon à ce qu’elles dépassent juste de ce qu’il faut des découpes présentes sur la face avant du coffret.
Pour cette raison, après avoir enfilé toutes les pattes dans les trous du circuit imprimé, fixez provisoirement le circuit imprimé sur le couvercle du coffret en plastique en utilisant deux entretoises métalliques de 10 mm de longueur (voir figure 13).
Ensuite, appuyez sur les pattes de manière à faire dépasser légèrement les barres de LED des découpes du panneau avant. Enfin, avant de souder toutes les pattes sur le circuit imprimé, contrôlez encore une fois que la première patte à gauche soit une patte courte et celle de droite une patte longue. C’est seulement après avoir soudé toutes les pattes que vous pouvez couper les longueurs excédentaires à l’aide d’une pince coupante. Vous pouvez, à présent, insérer les circuits intégrés dans leurs supports respectifs en prenant bien soin de placer leur repère-détrompeur vers le bas, comme vous pouvez le voir à la figure 8a.
Figure 7 : Lorsque vous insérez les barres de LED sur le circuit imprimé, vous devez contrôler que la patte la plus longue, indiquée A soit orientée comme cela est visible sur le dessin.
Figure 8a : Schéma d’implantation du circuit imprimé du VU-mètre, qui sera ensuite fixé sur la partie inclinée du coffret en plastique (voir figure 2).
Figure 8b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du VU-mètre, côté composants.
Figure 8c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du VU-mètre, côté soudures. Si vous décidez de réaliser vous-même ce circuit imprimé, n’oubliez pas toutes les liaisons indispensables entre les deux faces. Les circuits professionnels sont à trous métallisés et sont sérigraphiés.
Liste des composants de la carte VU-mètre
R1 = 1 kΩ
R2 = 1 kΩ
R3 = 100 Ω
R4 = 39 Ω
R5 = 120 Ω
R6 = 100 Ω
R7 = 68 Ω
R8 = 100 Ω
R9 = 100 Ω
R10 = 100 Ω
R11 = 100 Ω
R12 = 120 Ω
R13 = 120 Ω
R14 = 120 Ω
R15 = 120 Ω
R16 = 560 Ω
R17 = 560 Ω
R18 = 180 Ω
R19 = 180 Ω
R20 = 330 Ω
R21 = 220 Ω
R22 = 220 Ω
R23 = 120 Ω
R24 = 330 Ω
R25 = 470 Ω
R26 = 47 Ω
R27 = 1,2 kΩ
R28 = 1,2 kΩ
R29 = 470 Ω
R30 = 180 Ω
R31 = 680 Ω
R32 = 47 Ω
R33 = 820 Ω
R34 = 22 Ω
R35 = 820 Ω
R36 = 150 Ω
R37 = 3,3 kΩ
R38 = 560 Ω
R39-R58 = 1 kΩ
C1 = 100 μF électrolytique
C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 100 nF polyester
C6 = 100 nF polyester
IC1 = Intégré LM324
IC2 = Intégré LM324
IC3 = Intégré LM324
IC4 = Intégré LM324
IC5 = Intégré LM324
DL1-DL20 = 4 barres 5 LED
Le montage du circuit des commandes
Commencez le montage en insérant dans le circuit imprimé, les quatre supports pour les circuits intégrés IC1, IC2, IC3 et IC4.
Après avoir soudé toutes les pattes de ces supports, nous vous conseillons de monter la diode DS1, en orientant le côté de son corps marqué d’une bague vers le support IC2, puis, continuez en insérant les diodes DS2 et DS3, en orientant leur bague vers le haut (voir figure 9a).
Poursuivez le montage par la mise en place de toutes les résistances en les plaquant bien contre le circuit imprimé, par les trois condensateurs céramiques (voir C6, C12 et C14), tous les condensateurs polyester et enfin les condensateurs électrolytiques en respectant leur polarité. Vous pouvez maintenant, mettre à leur place, les deux trimmers multitours R10 et R30.
A présent, prenez le FET FT1 et, sans raccourcir ses pattes, insérez-le près du condensateur polyester C15, en orientant la partie plate de son corps vers ce condensateur.
Prenez ensuite le circuit intégré IC5 et, sans en raccourcir les pattes, insérez-le entre les deux condensateurs électrolytiques C18-C31, en orientant la partie plate de son corps vers les deux condensateurs C29 et C30. Près du condensateur électrolytique C31, montez le pont redresseur RS1, en orientant sa patte “+” vers le condensateur électrolytique.
A présent, prenez les deux potentiomètres et le commutateur rotatif S1 et, avant de les fixer sur le circuit imprimé, raccourcissez leur axe comme indiqué sur les figures 14, 15 et 16 afin d’avoir les trois boutons au même niveau sur la face avant du coffret.
Normalement, pour couper ces axes, il suffit d’une pince coupante ou d’une petite scie.
En premier lieu, insérez dans les 12 trous présents sur le circuit imprimé, les pattes du commutateur rotatif S1.
Après avoir appuyé son corps sur le circuit imprimé, soudez toutes les pattes sur les pistes en cuivre. Ensuite, insérez le potentiomètre R18 à son emplacement.
Après avoir serré son écrou avec une clef ou une pince, soudez ses pattes sur le circuit imprimé. Le troisième composant à souder, est le double potentiomètre R8/R4. Après avoir serré son écrou, soudez les pattes de R4 sur le circuit imprimé. Trois morceaux de fil permettront de raccorder les pattes de R8 aux pistes du circuit imprimé.
Le montage de ces composants terminé, insérez, dans les trous prévus à cet effet, les picots étamés, sur lesquelles vous devrez, par la suite, souder les fils pour les connexions externes (inverseur S2, prise casque, secondaire du transformateur T1, etc.).
Cette opération terminée, placez dans leurs supports, les circuits intégrés, en contrôlant leur référence et en orientant leur repère-détrompeur vers le bas (voir figure 9).
Figure 9a : Schéma d’implantation de l’étage des commandes. Le commutateur rotatif S1 est inséré sur le côté opposé de ce circuit imprimé (voir figure 6). La prise de sortie pour le casque est fixée sur le petit panneau frontal de coffret en plastique, comme cela est visible à la figure 2. Les deux fils placés à droite de ce circuit imprimé sont connectés au bornier de sortie de l’étage alimentation de la figure 18.
Figure 9b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé des commandes, côté composants.
Figure 9c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé des commandes, côté soudures. Si vous décidez de réaliser vous-même ce circuit imprimé, n’oubliez pas toutes les liaisons indispensables entre les deux faces. Les circuits professionnels sont à trous métallisés et sont sérigraphiés.
Liste des composants de la carte des commandes
R1 = 10 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 5,6 kΩ
R4 = 22 kΩ pot. log.
R5 = 10 kΩ
R6 = 10 kΩ
R7 = 5,6 kΩ
R8 = 22 kΩ pot. log.
R9 = 1 kΩ
R10 = 1 kΩ trimmer 10 tours
R11 = 180 Ω
R12 = 150 Ω
R13 = 10 kΩ
R14 = 100 kΩ
R15 = 100 kΩ
R16 = 470 kΩ
R17 = 1 MΩ
R18 = 10 kΩ pot. lin.
R19 = 33 Ω
R20 = 10 kΩ
R21 = 10 kΩ
R22 = 47 kΩ
R23 = 100 kΩ 1%
R24 = 100 kΩ 1%
R25 = 200 kΩ 1%
R26 = 100 kΩ 1%
R27 = 47 kΩ
R28 = 200 kΩ 1%
R29 = 470 Ω
R30 = 1 kΩ trimmer 10 tours
R31 = 1,5 kΩ
R32 = 22 kΩ
R33 = 82 kΩ
R34 = 270 kΩ
R35 = 1 kΩ
R36 = 100 Ω
R37 = 1 kΩ
R38 = 10 Ω
R39 = 100 Ω
C1 = 330 nF polyester
C2 = 68 nF polyester
C3 = 18 nF polyester
C4 = 4,7 nF polyester
C5 = 1 nF polyester
C6 = 22 pF céramique
C7 = 330 nF polyester
C8 = 68 nF polyester
C9 = 18 nF polyester
C10 = 4,7 nF polyester
C11 = 1 nF polyester
C12 = 22 pF céramique
C13 = 100 nF polyester
C14 = 22 pF céramique
C15 = 470 nF polyester
C16 = 1 μF électrolytique
C17 = 100 nF polyester
C18 = 470 μF électrolytique
C19 = 470 nF polyester
C20 = 47 μF électrolytique
C21 = 100 nF polyester
C22 = 100 nF polyester
C23 = 47 μF électrolytique
C24 = 100 nF polyester
C25 = 1 μF électrolytique
C26 = 47 μF électrolytique
C27 = 470 nF polyester
C28 = 470 μF électrolytique
C29 = 100 nF polyester
C30 = 100 nF polyester
C31 = 1 000 μF électrolytique
RS1 = Pont redres. 100 V 1 A
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4148
DS3 = Diode 1N4148
FT1 = FET BC264/B
IC1 = Ampli op. TL.082
IC2 = Ampli op. TL.082
IC3 = Ampli op. NE.5532
IC4 = Ampli BF LM358
IC5 = Régulateur MC78L12
S1/A+B = Commut. 2 voies 5 pos.
S2 = Inverseur
Figure 10 : Photo du circuit du VU-mètre, avec dessus, déjà montées les 4 barres de LED. En regardant ce circuit de face, la patte la plus longue A de chacune des diodes LED est tournée vers la droite. En le regardant de l’arrière (voir figure 7), cette patte est à gauche.
Figure 11 : Photo du circuit imprimé du VU-mètre vu du côté des 5 circuits intégrés pilotes LM324.
Figure 12 : Lorsque vous alimentez le circuit, la première diode LED de gauche DL1 demeure toujours allumée car c’est celle du témoin d’alimentation. La seconde, DL2, est celle qui indique 0 dB, la dernière à droite, DL20, est celle qui indique le signal maximum de 18 dB.
Figure 13 : Avant de souder les pattes des diodes LED sur le circuit imprimé, fixez provisoirement le circuit imprimé sur le couvercle du coffret en utilisant deux entretoises métalliques de 10 mm. C’est seulement après avoir appuyé sur les barres des LED pour les faire dépasser légèrement des ouvertures du panneau, que vous pourrez souder toutes leurs pattes.
Figure 14 : Avant d’insérer le commutateur S1 sur le circuit imprimé (voir figure 6), il faut obligatoirement raccourcir son axe à environ 8 mm, en utilisant une petite scie. L’extrémité de l’axe doit également être limée pour enlever les bavures du sciage.
Figure 15 : L’axe du potentiomètre R18 est raccourci de manière à obtenir une longueur d’environ 22 mm. Celui-ci est également limé pour enlever les bavures et permettre de faire entrer le bouton sans difficulté.
Figure 16 : L’axe du potentiomètre double doit également être raccourci à une longueur de 22 mm et ébarbé.
Le potentiomètre est inséré dans le circuit imprimé et fixé à l’aide de son écrou (voir figure 6).
Figure 17 : Les brochages du transistor BC264 vus de dessous et ceux des circuits intégrés vus de dessus.
Le montage du circuit imprimé alimentation
Comme vous pouvez le voir à la figure 18a, sur ce circuit imprimé vous devez installer le transformateur d’alimentation T1 et les trois borniers à vis à deux contacts qui sont utilisés pour relier le secteur 220 volts, l’interrupteur S3 et les fils qui iront alimenter le pont redresseur RS1 fixé sur le circuit imprimé des commandes.
Figure 18a : Schéma d’implantation des composants de l’étage d’alimentation.
Figure 18b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’étage d’alimentation.
Liste des composants de la carte alimentation
T1 = Transfo. 0,3 watt (T003.01) sec. 14 V 0,2 A
S3 = Interrupteur
2 borniers 2 pôles pas de 5 mm
1 bornier 2 pôles pas de 2,5 mm
1 fil secteur
Le montage dans le coffret
En regardant les photos, nous voyons que l’étage d’alimentation est fixé à l’aide de quatre vis auto-taraudeuses sur le fond du coffret, alors que les deux autres circuits imprimés sont montés sur le couvercle.
Le coffret est livré avec deux faces avant en aluminium, percées et sérigraphiées, qui servent aussi à fermer les deux ouvertures présentes sur le couvercle.
Le plus grand des deux panneaux est fixé sur le couvercle du coffret avec 4 entretoises métalliques de 10 mm de longueur. Sur l’extrémité opposée de ces 4 entretoises, c’est le circuit imprimé des commandes qui sera fixé.
Ceci fait, il vous restera à placer les boutons sur les axes des potentiomètres et du commutateur.
L’inverseur S2 et l’interrupteur S3 sont également montés sur le grand panneau (voir photo). Par contre, la prise pour le casque doit être mise en place sur le panneau perpendiculaire au couvercle.
Pour la fixation de cette prise, il faut d’abord percer un avant-trou de 3 mm puis l’agrandir à 9 mm. Le plus petit des deux panneaux est également fixé au couvercle par 4 entretoises métalliques de 10 mm. A l’autre extrémité de ces dernières, fixez le circuit imprimé du VU-mètre.
Avant de fermer le coffret, vous devez effectuer les quelques connexions visibles sur les figures 8 et 9. Pour ce faire, utilisez de courts morceaux de fil de cuivre isolés.
Le réglage des trimmers R10 et R30
Avant d’utiliser l’audiomètre, vous devez régler les deux trimmers R10 et R30. Comme nous allons vous l’expliquer dans ce qui suit, vous n’avez besoin que d’un petit tournevis et d’un multimètre.
- Commutez votre multimètre sur 10 volts CC et connectez ses pointes de touche sur le point test TP1 (voir IC4/A) et la masse.
- Tournez le potentiomètre R18 du volume vers son maximum.
- Avec le tournevis, tournez lentement le curseur du trimmer R10 (voir entrée inverseuse 2 de IC2/A), jusqu’à ce que vous lisiez sur le voltmètre une tension de 8,12 volts.
- Déconnectez le voltmètre du point TP1 et connectez-le sur TP2. Puis, avec le tournevis, tournez le curseur du trimmer R30, jusqu’à ce que vous lisiez une tension d’environ 10,5 volts.
- Si vous essayez de tourner au minimum le potentiomètre R18, vous noterez que la tension de 10,5 volts, descend à environ 1 volt.
Cette opération étant réalisée, vous pouvez connecter l’entrée du VU-mètre à la sortie de l’amplificateur opérationnel IC4/B. Vous pouvez ensuite contrôler si en tournant R18 d’une extrémité à l’autre, vous parvenez à allumer toutes les LED jusqu’à la dernière. Si cela ne devait pas être le cas, vous devez retoucher le réglage du trimmer R30, placé sur l’entrée inverseuse 2 de l’amplificateur opérationnel IC4/B.
Comment mesurer la surdité ?
Pour mesurer un niveau de surdité, il suffit de placer le casque sur la tête du sujet à examiner et de contrôler comment varie sa sensibilité auditive aux différentes fréquences.
En fait, le seuil d’audibilité varie d’un individu à l’autre et l’audiomètre sert à déterminer la limite au-dessus ou au-dessous de laquelle un son est perçu par l’oreille humaine. Comme, probablement, aucun d’entre vous avant aujourd’hui n’aura exécuté un tel examen, nous vous expliquons point par point comment vous devez procéder.
Avant tout, procurez-vous une feuille de papier comportant un tracé logarithmique que vous pouvez trouver dans une grande papeterie. A défaut, vous pouvez photocopier le dessin de la figure 1.
Allumez l’audiomètre et tournez le bouton du commutateur S1 sur la seconde échelle, celle qui couvre de 80 à 350 hertz. Enfin, tournez le bouton de la fréquence sur environ 100 hertz.
Partant avec le bouton du volume placé vers son minimum, tournez lentement dans le sens opposé, jusqu’au moment où la personne en examen vous dit qu’elle commence à entendre la note acoustique.
Contrôlez quelle diode LED du VU-mètre s’est allumée. En admettant que ce soit celle correspondant à 2 dB, avec un crayon, faites un point en correspondance du croisement des lignes 2 dB et 100 Hz.
Répétez les opérations décrites ci-dessus, également pour les fréquences des basses médium sur 200, 500, 1 000, 2 000 et 3 000 Hz. En admettant que la personne parvienne à entendre ces notes acoustiques lorsque s’allume la diode LED correspondant à 1 dB, faites des points aux croisements des lignes 1 dB et 200, 500, 1 000, 2 000 et 3 000 Hz.
Après les fréquences basses médium, passez à celles des aigus, 4 000 Hz et au-delà vers 25 000 Hz. Vous vous apercevrez que chez de nombreux sujets la sensibilité se réduit notablement.
Partant toujours avec le bouton du volume au minimum, tournez lentement en sens contraire jusqu’à ce que la personne en examen n’entende plus la note acoustique.
Il est sous-entendu que partant de la fréquence de 4 000 Hz, vous augmenterez toujours de 1 000 Hz jusqu’à arriver à la limite des 25 000 Hz.
Admettons avoir relevé les sensibilités suivantes :
Vous obtiendrez un graphique duquel on peut déduire qu’audessus des 4 000 Hz et jusqu’à 10 000 Hz, la sensibilité de l’oreille diminue rapidement.
En déplaçant l’inverseur S2, placé sur la sortie du casque, vous passerez le signal d’une oreille à l’autre et vous pourrez ainsi, contrôler si elles ont la même sensibilité. Les figures 19, 20 et 21 donnent quelques exemples de graphiques.
Figure 19 : Graphique de l’oreille droite (tracé rouge) et gauche (tracé bleu) d’une personne n’ayant aucun trouble auditif. Comme vous pouvez le noter, la courbe est presque linéaire de 100 à 10 000 Hz, puis, descend sur 9 dB aux environs de 12 000 Hz et à 17 dB sur 25 000 Hz.
Figure 20 : Sur ce graphique, on note que la personne soumise à ce test a une mauvaise sensibilité sur les fréquences basses, une sensibilité normale sur les fréquences comprises entre 500 et 4 000 Hz, mais au dessus des 10 000 Hz, elle ne réussit plus à percevoir le son.
Figure 21 : Graphique d’une personne affectée de surdité. En fait, toutes les fréquences comprises entre 400 et 2 500 Hz ne sont perçues que si le niveau du signal atteint les 11 dB. Au-dessus des 5 000 Hz, elle ne réussit plus à percevoir aucun son ni sur une oreille ni sur l’autre.
A propos du casque
Le casque qui nous a servi aux réglages et à l’étalonnage de notre audiomètre est de type CUF.32 de 32 ohms.
Nous vous recommandons vivement de ne pas le remplacer par un casque de valeur différente. Dans le cas contraire, l’audiomètre fonctionnerait mais l’étalonnage ne serait plus valable.
| *Si la réalisation de cet audiomètre ne vous séduit pas, son étage VU-mètre (EN.1483), très précis, peut être utilisé comme S-mètre ou pour la mesure des tensions continues logarithmiques. |
Même si elles ont du mal à l’admettre, de nombreuses personnes finissent par se rendre compte que leur audition n’est plus celle qu’elle était par le passé.
Cette prise de conscience s’opère lorsque, pour écouter la télévision, elles sont contraintes d’augmenter régulièrement le volume déjà réglé par un membre de leur entourage ce qui, immanquablement, entraîne des protestations.
Généralement, ce type de perte de sensibilité auditive, est causé par l’âge et il n’y a, hélas, pas grand-chose à faire.
Elle peut également trouver son origine dans une exposition prolongée à des bruits assourdissants.
C’est pour éviter d’accélérer la perte d’audition que les personnes travaillant dans un environnement bruyant comme celui qui règne dans un parc de machines-outil, un atelier d’emboutissage, à proximité d’un marteau-piqueur, sont tenues au port du casque antibruit.
Pour le même motif, les oto-rhino-laryngologistes, alarmés par le nombre considérable de surdités précoces, conseillent aux jeunes de ne pas rester durant des heures et des heures dans les discothèques, car la musique y a un volume très élevé et des basses extrêmement puissantes.
Il en est de même pour l’usage des baladeurs qui, heureusement, ont vu le niveau maximal de leur volume sonore limité par la législation. Pour autant, cela ne signifie pas que l’on puisse écouter à fond en permanence sans risque pour l’audition !
De quelque type qu’elle soit, la surdité pourrait toujours être diagnostiquée de manière précoce.
Hélas, comme elle n’est ni douloureuse ni réellement handicapante avant d’avoir atteint un seuil important, on se tourne vers les structures médicales que très tard ou même trop tard.
L’appareil que nous vous présentons aujourd’hui vous permettra de contrôler périodiquement à votre domicile, votre audition, celle de vos proches et de vos amis.
Dès les premières fois que vous utiliserez l’appareil, vous vous apercevrez que chez de nombreux sujets, la perte d’audition est si modeste qu’elle est parfaitement tolérée. Chez d’autres, par contre, elle est à tel point marquée que l’on peut parler de surdité quasi totale.
En outre, au cours de ces tests, vous vous rendrez compte que nous ne sommes pas tous sensibles de la même manière à la gamme audio complète et qu’une oreille peut être un peu plus «sourde» que l’autre, même si, en théorie, les deux oreilles devraient pouvoir percevoir un son se traduisant par une quelconque vibration d’un minimum de 20 hertz, jusqu’à atteindre un maximum de 25 000 hertz.
Les notes de fréquence comprises entre 20 hertz et 300-400 hertz sont définies comme basses.
Les notes de fréquence comprises entre 400-500 hertz et 3 000-4 000 hertz sont définies comme moyennes.
Les notes de fréquence comprises entre 4 000 hertz jusqu’à et au-delà de 25 000 hertz sont définies comme aiguës.
Si chaque individu est plus ou moins sensible à une gamme de fréquence acoustique déterminée, vous vous apercevrez immédiatement qu’avec l’avancée de l’âge, la sensibilité sur les fréquences aiguës diminue pour tous.
Pour donner un exemple, dans la vingtaine, il perçoit avec une extrême facilité même les fréquences des aiguës jusqu’à 25 000 hertz.
A la quarantaine, il perçoit les fréquences qui ne dépassent pas les 16 000 hertz environ.
Passé cet âge, nombreux sont ceux qui ne parviennent plus à percevoir les fréquences supérieures à 10 000 hertz.
Avec l’audiomètre vous avez la possibilité de garder sous contrôle votre audition et si, le temps passant, vous vous apercevez qu’elle diminue, notre conseil est de vous adresser à un otorhino- laryngologiste pour un contrôle plus approfondi.
Figure 1 : Pour tracer la courbe de la sensibilité auditive d’un être humain (voir figures 19, 20 et 21), il faut se procurer du papier à tracé logarithmique et comme cela peut être difficile, nous vous conseillons de photocopier le dessin reporté ci-dessus. Comme vous pouvez le voir à la figure 12, la valeur 0 dB correspond à la deuxième diode LED placée à gauche de la barre et la valeur 18 dB, correspond à la vingtième LED placée à l’extrême droite.Comment fonctionne l’audiomètre ?
Par le passé, pour contrôler la sensibilité auditive, on approchait lentement de l’oreille un diapason, mis au préalable en vibration, jusqu’à ce que le patient perçoive le son.
En mesurant la distance entre le diapason et l’oreille, on pouvait déterminer le degré de surdité.
Au fil du temps, le diapason mécanique a été remplacé par un générateur électronique d’ondes sinusoïdales en mesure de fournir toutes les fréquences de la gamme audio, en partant de la fréquence la plus basse des 20 hertz, pour arriver aux fréquences les plus hautes des aiguës vers 25 000 hertz.
Sur le patient, on applique un casque stéréo, puis, grâce à un inverseur, on applique alternativement sur un seul écouteur, le signal BF, de manière à évaluer la différence de sensibilité qui pourrait exister entre les deux oreilles.
Comme nous l’expliquons par la suite, pour faire ces mesures, il faut syntoniser le générateur sur des fréquences de référence, par exemple 100 - 200 - 400 - 800 - 1 000 - 2 000 - 4 000 - 6 000 - 8 000 hertz, puis, pour chacune de ces fréquences, on tourne lentement le bouton de volume, de son minimum vers son maximum, jusqu’à ce que le sujet entende la note acoustique.
A ce moment, on contrôle quelle diode LED du VU-mètre s’est allumée et on reporte la valeur en dB sur l’échelle logarithmique visible à la figure 1, de façon à obtenir un graphique qui permette d’évaluer le degré de sensibilité aux diverses fréquences.
Figure 2 : Voici comment sont disposés, à l’intérieur du coffret, les trois circuits imprimés requis pour faire fonctionner cet audiomètre. En bas, vous pouvez facilement reconnaître la prise femelle jack que vous devez utiliser pour connecter le casque stéréo.Le schéma électrique du générateur BF
Pour réaliser un audiomètre, il faut un générateur BF en mesure de fournir en sortie, une onde parfaitement sinusoïdale avec une très basse distorsion et une amplitude constante sur toute la gamme audio de 20 à 25 000 hertz environ. Pour obtenir un signal avec une très basse distorsion, nous avons utilisé un schéma électrique déjà largement éprouvé et donc, très fiable.
Pour réaliser l’étage oscillateur, nous avons choisi trois amplificateurs opérationnels professionnels à très faible bruit du type TL082, que dans le schéma de la figure 3, nous avons référence IC1/A, IC1/B et IC2/A.
Pour amorcer cet oscillateur, il est nécessaire de prélever le signal BF de la sortie d’un autre amplificateur opérationnel (voir IC2/A) et de l’appliquer sur l’entrée du commutateur S1/A.
La sortie du premier amplificateur opérationnel IC1/A est connectée sur le commutateur S1/B qui nous permet d’obtenir avec le second amplificateur opérationnel IC1/B et avec le double potentiomètre R4-R8, toutes les fréquences acoustiques requises par l’audiomètre.
Comme vous pouvez le noter, les capacités présentes sur les cinq positions du commutateur S1/A, sont identiques à celles présentes sur le commutateur S1/B et évidemment même les valeurs ohmiques du double potentiomètre R4-R8 sont les mêmes (22 000 ohms).
Avec les capacités choisies, nous obtenons ces gammes de fréquences :
C1-C7 = 330 nF 20 Hz - 100 Hz C2-C8
= 68 nF 80 Hz - 350 Hz C3-C9
= 18 nF 320 Hz - 1 500 Hz C4-C10
= 4,7 nF 1 400 Hz - 6 500 Hz C5-C11
= 1,0 nF 5 800 Hz - 25 000 Hz
La formule que tous les tests conseillent pour calculer la valeur de la fréquence, connaissant la valeur du condensateur en nanofarads et celle de la résistance en kilohms du double potentiomètre R4-R8 est la suivante :
Comme, en série avec le potentiomètre de 22 kilohms, nous avons une résistance fixe de 5,6 kilohms (voir R3-R7), il est évident que cette résistance doit également être prise en compte pour le calcul.
Si nous tournons l’axe du potentiomètre au minimum de sa résistance, dans la formule, nous ne devons tenir compte que de la valeur de la résistance de 5,6 kilohms.
Si, par contre, nous tournons l’axe du potentiomètre vers son maximum de résistance, dans la formule, nous devons tenir compte de la valeur du potentiomètre et de la résistance, 22 + 5,6 = 27,6 kilohms.
Précisons immédiatement que la formule que nous avons utilisée, nous donne des valeurs très approximatives, parce qu’elle ne tient pas compte de la tolérance des condensateurs, des résistances, des potentiomètres et également des capacités parasites toujours présentes sur le circuit imprimé.
En fait, sur la première gamme, qui utilise un condensateur de 330 nanofarads, au lieu de déterminer :
- une fréquence minimale de :
- une fréquence maximale de :
Nous avons relevé une fréquence minimale de 20 Hz et une fréquence maximale de 100 Hz.
Ces différences ne sont nullement préjudiciables au fonctionnement de l’appareil, parce que celui qui est légèrement sourd, l’est sur la totalité de la gamme de fréquences.
Un paramètre beaucoup plus important par contre dans un audiomètre, est l’amplitude du signal de sortie, qui doit demeurer constante sur la totalité de la gamme audio de 20 Hz à 25 000 Hz.
Le FET FT1, que nous trouvons connecté à l’amplificateur opérationnel IC2/A, permet de corriger de manière automatique le gain de l’amplificateur opérationnel.
Si l’amplitude du signal BF devait dépasser la valeur que nous avons définie, la diode DS1, redressant les ondes négatives de l’onde sinusoïdale, fera augmenter la valeur de la tension négative sur le condensateur électrolytique C16.
Cette tension, atteignant la gate de FT1, réduira le gain de l’amplificateur opérationnel IC2/A.
Si l’amplitude du signal BF devait descendre au-dessous de la valeur définie, la diode DS1 redressera une tension inférieure, réduisant ainsi la valeur de la tension négative sur le condensateur électrolytique C16 et, en conséquence, FT1 augmentera le gain de l’amplificateur opérationnel IC2/A.
Ainsi, sur la patte de sortie 1 de l’amplificateur opérationnel, est toujours disponible un signal de BF stabilisé en amplitude, lequel, appliqué au potentiomètre de volume R18, est ensuite amplifié en courant par l’amplificateur opérationnel IC3/A, un NE5532 fabriqué par Philips, qui permet de piloter le casque.
De la patte de sortie 7 de cet amplificateur opérationnel, est prélevé, à travers le condensateur C19, une partie du signal BF, pour être appliqué à l’étage redresseur à double alternance, composé des deux amplificateurs opérationnels IC3/B et IC4/A.
La tension continue, présente sur la patte de sortie 7 de IC4/A, est appliquée sur l’entrée non-inverseuse 3 de l’amplificateur opérationnel IC4/B. Elle est récupérée sur la patte de sortie 1, pour être appliquée au VU-mètre à diodes LED représenté à la figure 4.
En tournant le trimmer R30 de son minimum à son maximum, on peut prélever sur la sortie de IC4/B, une tension continue variable d’environ 1 volt à 10,5 volts.
Pour compléter la description de ce générateur de BF, il faut dire que l’amplificateur opérationnel IC2/B sert à obtenir une masse fictive, nécessaire pour relier toutes les entrées non-inverseuses des amplificateurs opérationnels IC1/A, IC1/B, IC2/A et IC3/A.
Cette masse fictive sert à alimenter ces amplificateurs opérationnels avec une tension unique de 12 volts, à la place d’une tension symétrique de 6+6 volts.
Figure 3 : Schéma électrique du générateur de BF en mesure de fournir une onde sinusoïdale avec une distorsion très basse. Le schéma électrique du VU-mètre à diodes LED est reporté à la figure 4.Le schéma électrique du VU-mètre
La partie la plus complète de l’étude de l’audiomètre a été celle relative au VU-mètre (voir figure 4), car il nécessitait d’avoir recours à un voltmètre logarithmique précis, qui allumerait chacune des LED à chaque augmentation du signal de +1 dB.
N’existant dans le commerce aucun circuit intégré en mesure d’effectuer cette fonction précise, nous avons étudié ce VU-mètre en utilisant 5 circuits intégrés LM324, contenant chacun 4 amplificateurs opérationnels.
En reliant toutes les entrées non-inverseuses au diviseur de tension formé par les résistances R32 à R38, nous avons obtenu un VU-mètre composé de 19 LED, s’allumant chacune lors d’une variation de la tension d’entrée de 1 dB.
Admettant que la première diode LED (voir DL2 connectée à la sortie de IC1/B) s’allume avec une tension de 1 volt, les autres diodes LED s’allumeront avec les tensions reportées dans le tableau 1.
Comme l’échelle est logarithmique, une petite différence sur l’allumage de la diode DL2, se répercutera comme une différence notable sur l’allumage de la diode DL20.
En admettant que la diode DL2, s’allume avec une tension de 1,05 volt, la dernière LED s’allumera avec une tension de :
Si DL2, devait s’allumer avec une tension de 0,9 volt, la dernière LED s’allumerait avec une tension de :
Nous avons mis en évidence cette particularité parce que beaucoup d’entre vous pourraient utiliser ce VU-mètre comme S-mètre ou pour mesurer des tensions continues logarithmiques.
Dans ce cas, il suffira d’alimenter le VU-mètre avec une tension stabilisée de 12 volts et appliquer sur l’entrée non-inverseuse du premier amplificateur opérationnel IC1/A, la tension à mesurer.
La diode DL1 (voir figure 4) a été placée comme voyant témoin, afin de savoir si le circuit est alimenté.
Figure 4 : Schéma électrique du VU-mètre à relier à la sortie du générateur BF de la figure 3.
Figure 5 : Photo de l’étage des commandes vu du côté des composants.Toute cette face est blindée par une couche de cuivre étamé.
Figure 6 : Le même étage, vu du côté opposé. Avant de fixer le commutateur rotatif et les deux potentiomètres sur le circuit imprimé, vous devez raccourcir leurs axes comme indiqué sur les figures 14, 15 et 16.L’audiomètre est normalement utilisé en médecine pour mesurer le seuil d’audibilité des sons. L’appareil que nous vous proposons dans cet article, vous permettra de vérifier, tout en restant tranquillement chez vous, si votre audition est toujours celle de vos 20 ans !
Dans la première partie, nous avons abordé le côté technique. Dans cette seconde et dernière partie, nous allons voir comment réaliser concrètement notre audiomètre.
La réalisation pratique
Pour réaliser notre audiomètre, trois circuits imprimés sont nécessaires.
Le circuit VU-mètre
Ce circuit imprimé, comme le précédent, est un double face à trous métallisés (voir figures 8b et 8c), sur lequel trouvent place les 4 blocs de diodes LED et tous les composants ainsi que les circuits intégrés visibles à la figure 8.
Le circuit des commandes
Ce circuit imprimé est un double face à trous métallisés (voir figures 9b et 9c) sur lequel se trouvent placés les deux potentiomètres R18 et R8/R4, le commutateur rotatif S1 et tous les composants visibles à la figure 9.
Le circuit alimentation
Ce circuit imprimé est, par contre, un simple face, sur lequel doivent êtres montés, le transformateur d’alimentation T1 et les borniers à vis (voir figure 18b).
Note : Nous vous rappelons que dans les circuits double face à trous métallisés, les pistes supérieures sont reliées électriquement aux pistes inférieures par une mince couche de cuivre déposée par voie électrolytique à l’intérieur de chaque trou.
Pour cette raison, il ne faut jamais agrandir ces trous avec un foret, car vous enlèveriez cette mince couche de cuivre qui sert à relier électriquement toutes les pistes.
Une seule interruption de cette continuité peut rendre le circuit imprimé inutilisable.
Le montage du circuit VU-mètre
En premier, nous vous conseillons d’insérer les cinq supports des circuits intégrés IC1, IC2, IC3, IC4 et IC5 (voir figure 8a).
Après avoir soudé toutes les pattes des supports, vous pouvez placer toutes les résistances, en appuyant bien leur corps contre le circuit imprimé et les cinq condensateurs polyester placés près de chaque support.
Sur la droite du circuit imprimé, vous devez connecter le condensateur électrolytique C1, pour lequel il faut impérativement respecter la polarité.
Sur le côté opposé de ce circuit imprimé, vous devez mettre en place les quatre barres contenant chacune 5 LED.
Comme vous pouvez le voir sur la figure 13, sur le côté gauche de ces barres, sort une patte courte que nous avons indiquée K (cathode), suivie par une patte longue, que nous avons indiquée A (anode). Lorsque vous insérez ces barres sur le circuit imprimé, vous devez faire très attention à respecter l’ordre des pattes K-A car, si par erreur vous les inversez, aucune LED ne s’allumera.
Après avoir retourné ce circuit imprimé, vous retrouverez le circuit intégré IC1 sur la gauche et le circuit IC5 sur la droite et, en conséquence, la cathode (K) de la première diode LED DL1 se trouvera à l’extrême gauche du circuit imprimé, par contre, l’anode (A) de la dernière diode LED DL20 se trouvera à l’extrême droite (voir figures 12 et 13).
Les pattes K et A de ces barres de LED ne sont pas soudées immédiatement sur le circuit imprimé, car il faut déterminer leur longueur avec précision, de façon à ce qu’elles dépassent juste de ce qu’il faut des découpes présentes sur la face avant du coffret.
Pour cette raison, après avoir enfilé toutes les pattes dans les trous du circuit imprimé, fixez provisoirement le circuit imprimé sur le couvercle du coffret en plastique en utilisant deux entretoises métalliques de 10 mm de longueur (voir figure 13).
Ensuite, appuyez sur les pattes de manière à faire dépasser légèrement les barres de LED des découpes du panneau avant. Enfin, avant de souder toutes les pattes sur le circuit imprimé, contrôlez encore une fois que la première patte à gauche soit une patte courte et celle de droite une patte longue. C’est seulement après avoir soudé toutes les pattes que vous pouvez couper les longueurs excédentaires à l’aide d’une pince coupante. Vous pouvez, à présent, insérer les circuits intégrés dans leurs supports respectifs en prenant bien soin de placer leur repère-détrompeur vers le bas, comme vous pouvez le voir à la figure 8a.
| Dans la première partie, ELM 30, page 68, colonne de droite, on lit deux formules identiques concernant le calcul de la fréquence minimale et de la fréquence maximale du générateur BF. Bien entendu, dans la première formule, il faut lire : où 27,6 est la valeur (22 k) d’une section du potentiomètre double R4/R8, à laquelle vient s’ajouter la valeur (5,6 k) de la résistance de talon R3/R7. La formule pour la fréquence maximale reste sans changement : où 5,6 est la valeur de la seule résistance de talon, le potentiomètre étant à son minimum. Merci à notre fidèle lecteur Monsieur Yann Demeure pour avoir été le premier à mettre le doigt sur cette coquille ! Avec toutes nos excuses, La Rédaction |
Figure 7 : Lorsque vous insérez les barres de LED sur le circuit imprimé, vous devez contrôler que la patte la plus longue, indiquée A soit orientée comme cela est visible sur le dessin.
Figure 8a : Schéma d’implantation du circuit imprimé du VU-mètre, qui sera ensuite fixé sur la partie inclinée du coffret en plastique (voir figure 2).
Figure 8b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du VU-mètre, côté composants.
Figure 8c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du VU-mètre, côté soudures. Si vous décidez de réaliser vous-même ce circuit imprimé, n’oubliez pas toutes les liaisons indispensables entre les deux faces. Les circuits professionnels sont à trous métallisés et sont sérigraphiés.Liste des composants de la carte VU-mètre
R1 = 1 kΩ
R2 = 1 kΩ
R3 = 100 Ω
R4 = 39 Ω
R5 = 120 Ω
R6 = 100 Ω
R7 = 68 Ω
R8 = 100 Ω
R9 = 100 Ω
R10 = 100 Ω
R11 = 100 Ω
R12 = 120 Ω
R13 = 120 Ω
R14 = 120 Ω
R15 = 120 Ω
R16 = 560 Ω
R17 = 560 Ω
R18 = 180 Ω
R19 = 180 Ω
R20 = 330 Ω
R21 = 220 Ω
R22 = 220 Ω
R23 = 120 Ω
R24 = 330 Ω
R25 = 470 Ω
R26 = 47 Ω
R27 = 1,2 kΩ
R28 = 1,2 kΩ
R29 = 470 Ω
R30 = 180 Ω
R31 = 680 Ω
R32 = 47 Ω
R33 = 820 Ω
R34 = 22 Ω
R35 = 820 Ω
R36 = 150 Ω
R37 = 3,3 kΩ
R38 = 560 Ω
R39-R58 = 1 kΩ
C1 = 100 μF électrolytique
C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 100 nF polyester
C6 = 100 nF polyester
IC1 = Intégré LM324
IC2 = Intégré LM324
IC3 = Intégré LM324
IC4 = Intégré LM324
IC5 = Intégré LM324
DL1-DL20 = 4 barres 5 LED
Le montage du circuit des commandes
Commencez le montage en insérant dans le circuit imprimé, les quatre supports pour les circuits intégrés IC1, IC2, IC3 et IC4.
Après avoir soudé toutes les pattes de ces supports, nous vous conseillons de monter la diode DS1, en orientant le côté de son corps marqué d’une bague vers le support IC2, puis, continuez en insérant les diodes DS2 et DS3, en orientant leur bague vers le haut (voir figure 9a).
Poursuivez le montage par la mise en place de toutes les résistances en les plaquant bien contre le circuit imprimé, par les trois condensateurs céramiques (voir C6, C12 et C14), tous les condensateurs polyester et enfin les condensateurs électrolytiques en respectant leur polarité. Vous pouvez maintenant, mettre à leur place, les deux trimmers multitours R10 et R30.
A présent, prenez le FET FT1 et, sans raccourcir ses pattes, insérez-le près du condensateur polyester C15, en orientant la partie plate de son corps vers ce condensateur.
Prenez ensuite le circuit intégré IC5 et, sans en raccourcir les pattes, insérez-le entre les deux condensateurs électrolytiques C18-C31, en orientant la partie plate de son corps vers les deux condensateurs C29 et C30. Près du condensateur électrolytique C31, montez le pont redresseur RS1, en orientant sa patte “+” vers le condensateur électrolytique.
A présent, prenez les deux potentiomètres et le commutateur rotatif S1 et, avant de les fixer sur le circuit imprimé, raccourcissez leur axe comme indiqué sur les figures 14, 15 et 16 afin d’avoir les trois boutons au même niveau sur la face avant du coffret.
Normalement, pour couper ces axes, il suffit d’une pince coupante ou d’une petite scie.
En premier lieu, insérez dans les 12 trous présents sur le circuit imprimé, les pattes du commutateur rotatif S1.
Après avoir appuyé son corps sur le circuit imprimé, soudez toutes les pattes sur les pistes en cuivre. Ensuite, insérez le potentiomètre R18 à son emplacement.
Après avoir serré son écrou avec une clef ou une pince, soudez ses pattes sur le circuit imprimé. Le troisième composant à souder, est le double potentiomètre R8/R4. Après avoir serré son écrou, soudez les pattes de R4 sur le circuit imprimé. Trois morceaux de fil permettront de raccorder les pattes de R8 aux pistes du circuit imprimé.
Le montage de ces composants terminé, insérez, dans les trous prévus à cet effet, les picots étamés, sur lesquelles vous devrez, par la suite, souder les fils pour les connexions externes (inverseur S2, prise casque, secondaire du transformateur T1, etc.).
Cette opération terminée, placez dans leurs supports, les circuits intégrés, en contrôlant leur référence et en orientant leur repère-détrompeur vers le bas (voir figure 9).
Figure 9a : Schéma d’implantation de l’étage des commandes. Le commutateur rotatif S1 est inséré sur le côté opposé de ce circuit imprimé (voir figure 6). La prise de sortie pour le casque est fixée sur le petit panneau frontal de coffret en plastique, comme cela est visible à la figure 2. Les deux fils placés à droite de ce circuit imprimé sont connectés au bornier de sortie de l’étage alimentation de la figure 18.
Figure 9b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé des commandes, côté composants.
Figure 9c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé des commandes, côté soudures. Si vous décidez de réaliser vous-même ce circuit imprimé, n’oubliez pas toutes les liaisons indispensables entre les deux faces. Les circuits professionnels sont à trous métallisés et sont sérigraphiés.Liste des composants de la carte des commandes
R1 = 10 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 5,6 kΩ
R4 = 22 kΩ pot. log.
R5 = 10 kΩ
R6 = 10 kΩ
R7 = 5,6 kΩ
R8 = 22 kΩ pot. log.
R9 = 1 kΩ
R10 = 1 kΩ trimmer 10 tours
R11 = 180 Ω
R12 = 150 Ω
R13 = 10 kΩ
R14 = 100 kΩ
R15 = 100 kΩ
R16 = 470 kΩ
R17 = 1 MΩ
R18 = 10 kΩ pot. lin.
R19 = 33 Ω
R20 = 10 kΩ
R21 = 10 kΩ
R22 = 47 kΩ
R23 = 100 kΩ 1%
R24 = 100 kΩ 1%
R25 = 200 kΩ 1%
R26 = 100 kΩ 1%
R27 = 47 kΩ
R28 = 200 kΩ 1%
R29 = 470 Ω
R30 = 1 kΩ trimmer 10 tours
R31 = 1,5 kΩ
R32 = 22 kΩ
R33 = 82 kΩ
R34 = 270 kΩ
R35 = 1 kΩ
R36 = 100 Ω
R37 = 1 kΩ
R38 = 10 Ω
R39 = 100 Ω
C1 = 330 nF polyester
C2 = 68 nF polyester
C3 = 18 nF polyester
C4 = 4,7 nF polyester
C5 = 1 nF polyester
C6 = 22 pF céramique
C7 = 330 nF polyester
C8 = 68 nF polyester
C9 = 18 nF polyester
C10 = 4,7 nF polyester
C11 = 1 nF polyester
C12 = 22 pF céramique
C13 = 100 nF polyester
C14 = 22 pF céramique
C15 = 470 nF polyester
C16 = 1 μF électrolytique
C17 = 100 nF polyester
C18 = 470 μF électrolytique
C19 = 470 nF polyester
C20 = 47 μF électrolytique
C21 = 100 nF polyester
C22 = 100 nF polyester
C23 = 47 μF électrolytique
C24 = 100 nF polyester
C25 = 1 μF électrolytique
C26 = 47 μF électrolytique
C27 = 470 nF polyester
C28 = 470 μF électrolytique
C29 = 100 nF polyester
C30 = 100 nF polyester
C31 = 1 000 μF électrolytique
RS1 = Pont redres. 100 V 1 A
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4148
DS3 = Diode 1N4148
FT1 = FET BC264/B
IC1 = Ampli op. TL.082
IC2 = Ampli op. TL.082
IC3 = Ampli op. NE.5532
IC4 = Ampli BF LM358
IC5 = Régulateur MC78L12
S1/A+B = Commut. 2 voies 5 pos.
S2 = Inverseur
Figure 10 : Photo du circuit du VU-mètre, avec dessus, déjà montées les 4 barres de LED. En regardant ce circuit de face, la patte la plus longue A de chacune des diodes LED est tournée vers la droite. En le regardant de l’arrière (voir figure 7), cette patte est à gauche.
Figure 11 : Photo du circuit imprimé du VU-mètre vu du côté des 5 circuits intégrés pilotes LM324.
Figure 12 : Lorsque vous alimentez le circuit, la première diode LED de gauche DL1 demeure toujours allumée car c’est celle du témoin d’alimentation. La seconde, DL2, est celle qui indique 0 dB, la dernière à droite, DL20, est celle qui indique le signal maximum de 18 dB.
Figure 13 : Avant de souder les pattes des diodes LED sur le circuit imprimé, fixez provisoirement le circuit imprimé sur le couvercle du coffret en utilisant deux entretoises métalliques de 10 mm. C’est seulement après avoir appuyé sur les barres des LED pour les faire dépasser légèrement des ouvertures du panneau, que vous pourrez souder toutes leurs pattes.
Figure 14 : Avant d’insérer le commutateur S1 sur le circuit imprimé (voir figure 6), il faut obligatoirement raccourcir son axe à environ 8 mm, en utilisant une petite scie. L’extrémité de l’axe doit également être limée pour enlever les bavures du sciage.
Figure 15 : L’axe du potentiomètre R18 est raccourci de manière à obtenir une longueur d’environ 22 mm. Celui-ci est également limé pour enlever les bavures et permettre de faire entrer le bouton sans difficulté.
Figure 16 : L’axe du potentiomètre double doit également être raccourci à une longueur de 22 mm et ébarbé.Le potentiomètre est inséré dans le circuit imprimé et fixé à l’aide de son écrou (voir figure 6).
Figure 17 : Les brochages du transistor BC264 vus de dessous et ceux des circuits intégrés vus de dessus.Le montage du circuit imprimé alimentation
Comme vous pouvez le voir à la figure 18a, sur ce circuit imprimé vous devez installer le transformateur d’alimentation T1 et les trois borniers à vis à deux contacts qui sont utilisés pour relier le secteur 220 volts, l’interrupteur S3 et les fils qui iront alimenter le pont redresseur RS1 fixé sur le circuit imprimé des commandes.
Figure 18a : Schéma d’implantation des composants de l’étage d’alimentation.
Figure 18b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’étage d’alimentation.Liste des composants de la carte alimentation
T1 = Transfo. 0,3 watt (T003.01) sec. 14 V 0,2 A
S3 = Interrupteur
2 borniers 2 pôles pas de 5 mm
1 bornier 2 pôles pas de 2,5 mm
1 fil secteur
Le montage dans le coffret
En regardant les photos, nous voyons que l’étage d’alimentation est fixé à l’aide de quatre vis auto-taraudeuses sur le fond du coffret, alors que les deux autres circuits imprimés sont montés sur le couvercle.
Le coffret est livré avec deux faces avant en aluminium, percées et sérigraphiées, qui servent aussi à fermer les deux ouvertures présentes sur le couvercle.
Le plus grand des deux panneaux est fixé sur le couvercle du coffret avec 4 entretoises métalliques de 10 mm de longueur. Sur l’extrémité opposée de ces 4 entretoises, c’est le circuit imprimé des commandes qui sera fixé.
Ceci fait, il vous restera à placer les boutons sur les axes des potentiomètres et du commutateur.
L’inverseur S2 et l’interrupteur S3 sont également montés sur le grand panneau (voir photo). Par contre, la prise pour le casque doit être mise en place sur le panneau perpendiculaire au couvercle.
Pour la fixation de cette prise, il faut d’abord percer un avant-trou de 3 mm puis l’agrandir à 9 mm. Le plus petit des deux panneaux est également fixé au couvercle par 4 entretoises métalliques de 10 mm. A l’autre extrémité de ces dernières, fixez le circuit imprimé du VU-mètre.
Avant de fermer le coffret, vous devez effectuer les quelques connexions visibles sur les figures 8 et 9. Pour ce faire, utilisez de courts morceaux de fil de cuivre isolés.
Le réglage des trimmers R10 et R30
Avant d’utiliser l’audiomètre, vous devez régler les deux trimmers R10 et R30. Comme nous allons vous l’expliquer dans ce qui suit, vous n’avez besoin que d’un petit tournevis et d’un multimètre.
- Commutez votre multimètre sur 10 volts CC et connectez ses pointes de touche sur le point test TP1 (voir IC4/A) et la masse.
- Tournez le potentiomètre R18 du volume vers son maximum.
- Avec le tournevis, tournez lentement le curseur du trimmer R10 (voir entrée inverseuse 2 de IC2/A), jusqu’à ce que vous lisiez sur le voltmètre une tension de 8,12 volts.
- Déconnectez le voltmètre du point TP1 et connectez-le sur TP2. Puis, avec le tournevis, tournez le curseur du trimmer R30, jusqu’à ce que vous lisiez une tension d’environ 10,5 volts.
- Si vous essayez de tourner au minimum le potentiomètre R18, vous noterez que la tension de 10,5 volts, descend à environ 1 volt.
Cette opération étant réalisée, vous pouvez connecter l’entrée du VU-mètre à la sortie de l’amplificateur opérationnel IC4/B. Vous pouvez ensuite contrôler si en tournant R18 d’une extrémité à l’autre, vous parvenez à allumer toutes les LED jusqu’à la dernière. Si cela ne devait pas être le cas, vous devez retoucher le réglage du trimmer R30, placé sur l’entrée inverseuse 2 de l’amplificateur opérationnel IC4/B.
Comment mesurer la surdité ?
Pour mesurer un niveau de surdité, il suffit de placer le casque sur la tête du sujet à examiner et de contrôler comment varie sa sensibilité auditive aux différentes fréquences.
En fait, le seuil d’audibilité varie d’un individu à l’autre et l’audiomètre sert à déterminer la limite au-dessus ou au-dessous de laquelle un son est perçu par l’oreille humaine. Comme, probablement, aucun d’entre vous avant aujourd’hui n’aura exécuté un tel examen, nous vous expliquons point par point comment vous devez procéder.
Avant tout, procurez-vous une feuille de papier comportant un tracé logarithmique que vous pouvez trouver dans une grande papeterie. A défaut, vous pouvez photocopier le dessin de la figure 1.
Allumez l’audiomètre et tournez le bouton du commutateur S1 sur la seconde échelle, celle qui couvre de 80 à 350 hertz. Enfin, tournez le bouton de la fréquence sur environ 100 hertz.
Partant avec le bouton du volume placé vers son minimum, tournez lentement dans le sens opposé, jusqu’au moment où la personne en examen vous dit qu’elle commence à entendre la note acoustique.
Contrôlez quelle diode LED du VU-mètre s’est allumée. En admettant que ce soit celle correspondant à 2 dB, avec un crayon, faites un point en correspondance du croisement des lignes 2 dB et 100 Hz.
Répétez les opérations décrites ci-dessus, également pour les fréquences des basses médium sur 200, 500, 1 000, 2 000 et 3 000 Hz. En admettant que la personne parvienne à entendre ces notes acoustiques lorsque s’allume la diode LED correspondant à 1 dB, faites des points aux croisements des lignes 1 dB et 200, 500, 1 000, 2 000 et 3 000 Hz.
Après les fréquences basses médium, passez à celles des aigus, 4 000 Hz et au-delà vers 25 000 Hz. Vous vous apercevrez que chez de nombreux sujets la sensibilité se réduit notablement.
Partant toujours avec le bouton du volume au minimum, tournez lentement en sens contraire jusqu’à ce que la personne en examen n’entende plus la note acoustique.
Il est sous-entendu que partant de la fréquence de 4 000 Hz, vous augmenterez toujours de 1 000 Hz jusqu’à arriver à la limite des 25 000 Hz.
Admettons avoir relevé les sensibilités suivantes :
4 000 Hz = diode allumée relative à 2 dB 5 000 Hz = diode allumée
relative à 3 dB 6 000 Hz = diode allumée relative à 5 dB 7 000 Hz
= diode allumée relative à 7 dB 8 000 Hz
= diode allumée relative à 8 dB 9 000 Hz
= diode allumée relative à 10 dB 10 000 Hz
= diode allumée relative à 12 dB 11 000 Hz
= diode allumée relative à 14 dB
Vous obtiendrez un graphique duquel on peut déduire qu’audessus des 4 000 Hz et jusqu’à 10 000 Hz, la sensibilité de l’oreille diminue rapidement.
En déplaçant l’inverseur S2, placé sur la sortie du casque, vous passerez le signal d’une oreille à l’autre et vous pourrez ainsi, contrôler si elles ont la même sensibilité. Les figures 19, 20 et 21 donnent quelques exemples de graphiques.
Figure 19 : Graphique de l’oreille droite (tracé rouge) et gauche (tracé bleu) d’une personne n’ayant aucun trouble auditif. Comme vous pouvez le noter, la courbe est presque linéaire de 100 à 10 000 Hz, puis, descend sur 9 dB aux environs de 12 000 Hz et à 17 dB sur 25 000 Hz.
Figure 20 : Sur ce graphique, on note que la personne soumise à ce test a une mauvaise sensibilité sur les fréquences basses, une sensibilité normale sur les fréquences comprises entre 500 et 4 000 Hz, mais au dessus des 10 000 Hz, elle ne réussit plus à percevoir le son.
Figure 21 : Graphique d’une personne affectée de surdité. En fait, toutes les fréquences comprises entre 400 et 2 500 Hz ne sont perçues que si le niveau du signal atteint les 11 dB. Au-dessus des 5 000 Hz, elle ne réussit plus à percevoir aucun son ni sur une oreille ni sur l’autre.A propos du casque
Le casque qui nous a servi aux réglages et à l’étalonnage de notre audiomètre est de type CUF.32 de 32 ohms.
Nous vous recommandons vivement de ne pas le remplacer par un casque de valeur différente. Dans le cas contraire, l’audiomètre fonctionnerait mais l’étalonnage ne serait plus valable.
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