Comment tester l’audition ou, de l’utilité de l’audiomètre (1ère partie)

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.

*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 :
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.

A suivre…

2ème Partie

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