SoundPilot

Contexte

Ce projet personnel consiste à concevoir et fabriquer un contrôleur audio physique permettant de gérer différentes sources sonores d'un ordinateur à l'aide de potentiomètres et de boutons. L'appareil comprend trois potentiomètres pour régler indépendamment plusieurs volumes du PC, trois boutons physiques dédiés aux commandes multimédias, un système d'éclairage à LED servant de retour visuel, une carte Arduino Pro Micro, un boîtier conçu sur FreeCAD et destiné à être imprimé en 3D, une communication USB avec l'ordinateur, ainsi que le logiciel deej pour agir sur le mélangeur audio de Windows.

L'idée de départ était de pouvoir régler rapidement les différents sons de l'ordinateur sans devoir ouvrir le mélangeur de volume de Windows, utiliser la souris ou quitter l'application en cours. Le contrôleur peut notamment être utilisé pendant un jeu, pendant l'écoute de musique ou lors d'un appel vocal.

Sur un ordinateur, plusieurs applications peuvent produire du son en même temps (musique, jeu, Discord, navigateur...). Le mélangeur de volume de Windows permet de régler ces différentes sources, mais il nécessite généralement plusieurs manipulations : quitter ou réduire l'application en cours, ouvrir le mélangeur, identifier l'application concernée, régler son volume avec la souris, puis revenir à l'application précédente. Le contrôleur remplace ces manipulations par une action physique directe : chaque potentiomètre correspond à une source sonore précise et permet de modifier un volume instantanément, sans interrompre l'activité en cours.

Objectif principal

L'objectif principal du projet n'était pas de réaliser immédiatement un produit entièrement finalisé ou commercialisable. Ce projet avait avant tout pour but de tester les capacités de mon matériel, mes connaissances techniques, mes compétences en programmation et en conception mécanique, ma capacité à intégrer différents composants électroniques, ma créativité, ma capacité à résoudre des problèmes et ma démarche d'ingénierie.

Je souhaitais partir d'une idée personnelle et essayer de la transformer progressivement en un objet physique et fonctionnel. La réussite du projet ne repose donc pas uniquement sur le résultat final : elle repose également sur toutes les recherches, les essais, les erreurs, les prototypes et les améliorations réalisés au cours du développement. Chaque version a permis de tester une nouvelle idée ou de corriger une erreur découverte sur la version précédente, et les prototypes imparfaits font entièrement partie du projet.

Fonctionnement général

Le système repose sur un Arduino Pro Micro connecté à l'ordinateur. La carte remplit trois fonctions principales : lire la position des trois potentiomètres, transmettre leurs valeurs à l'ordinateur par le port série, et envoyer des commandes multimédias tout en gérant le retour lumineux.

Le logiciel deej récupère les valeurs envoyées par l'Arduino et les applique au mélangeur audio de Windows. Les boutons, eux, ne passent pas par deej : ils utilisent les capacités USB HID de l'Arduino Pro Micro afin d'être reconnus directement comme des commandes multimédias par l'ordinateur.

Gestion des volumes avec deej

Les trois potentiomètres sont connectés aux entrées analogiques de l'Arduino. Chaque entrée renvoie une valeur comprise entre 0 et 1023 :

Le programme lit continuellement les trois valeurs puis les transmet à l'ordinateur sous la forme valeur1|valeur2|valeur3 (exemple : 725|412|963), via une communication série configurée à 9600 bauds.

Le fichier de configuration de deej associe chaque potentiomètre à une application :

Le choix des logiciels peut être modifié dans le fichier de configuration : le troisième potentiomètre pourrait par exemple être associé à un jeu en remplaçant discord.exe par le nom de l'exécutable souhaité. Le port série (COM5) dépend de l'ordinateur et devra être adapté si l'Arduino est reconnu sur un autre port. L'option invert_sliders: true permet d'inverser les valeurs reçues afin que le sens de rotation physique des potentiomètres corresponde au comportement souhaité, et la réduction de bruit noise_reduction: "default" limite les petites variations involontaires provoquées par le bruit électrique des potentiomètres.

Commandes multimédias

Le contrôleur comporte trois boutons physiques reliés à l'Arduino :

Le programme utilise la bibliothèque HID-Project.h, grâce à laquelle l'Arduino Pro Micro est reconnu par l'ordinateur comme un périphérique capable d'envoyer des commandes multimédias : MEDIA_PREVIOUS, MEDIA_PLAY_PAUSE et MEDIA_NEXT. Cette solution permet de contrôler une application multimédia compatible sans devoir développer de logiciel supplémentaire sur l'ordinateur.

Les boutons sont configurés avec les résistances internes de l'Arduino grâce au mode INPUT_PULLUP, et un délai anti-rebond logiciel de 250 ms évite qu'un seul appui physique soit interprété comme plusieurs commandes successives.

Retour lumineux

Le programme utilise deux LED RGB adressables (bibliothèque Adafruit_NeoPixel.h), une de chaque côté du contrôleur (broches 8 et 9), avec une luminosité limitée à 60 sur 255 pour rester visible sans être agressive.

Animation au repos

Lorsque le contrôleur n'est pas utilisé, les LED affichent une animation arc-en-ciel d'environ 6 secondes par cycle : les deux LED affichent simultanément la même couleur et parcourent progressivement la roue chromatique, indiquant que le contrôleur est alimenté et actif.

Retour lors de l'utilisation des boutons

Chaque bouton déclenche un flash lumineux spécifique d'environ 150 ms, avant que l'animation arc-en-ciel ne reprenne automatiquement :

• Piste suivante : flash bleu
• Piste précédente : flash violet
• Lecture / Pause : flash blanc

Retour lors du réglage d'un volume

Le programme compare continuellement la valeur actuelle de chaque potentiomètre avec sa dernière valeur enregistrée. Un mouvement est détecté lorsque la variation dépasse 8 unités analogiques, ce qui évite que les petites fluctuations électriques provoquent constamment un changement de couleur. Lorsqu'un mouvement est détecté, les deux LED affichent une couleur allant progressivement du vert (valeur faible) vers le rouge (valeur élevée).

Dans la version actuelle du programme, cette couleur est toujours calculée à partir de la valeur du potentiomètre général (A0), même lorsque le potentiomètre Spotify ou Discord est manipulé : il s'agit d'une limite connue du programme, qu'une amélioration future pourrait corriger en utilisant la valeur du potentiomètre réellement déplacé.

Conception mécanique et impression 3D

Le boîtier a été conçu avec FreeCAD. La façade devait accueillir trois boutons, trois potentiomètres, les zones lumineuses, la connectique et les différents systèmes de fixation. La conception a nécessité plusieurs prototypes, car les dimensions théoriques des composants ne suffisent pas toujours pour obtenir un assemblage correct après impression : le résultat dépend aussi des tolérances de l'imprimante, du matériau utilisé, de l'épaisseur des parois, du jeu laissé autour des ouvertures, de l'orientation d'impression et du comportement des clips des switches.

Pour éviter de réimprimer une façade complète après chaque modification, plusieurs petites plaques d'essai ont été conçues. L'évolution du projet, de la maquette en carton jusqu'au boîtier final, illustre cette démarche d'amélioration itérative :

Une erreur rencontrée dans FreeCAD

Lors de la création des perçages de la façade, plusieurs formes avaient été regroupées dans une seule esquisse : les trois trous des boutons, les trois trous des potentiomètres, les ouvertures liées à l'éclairage et les longues découpes placées sur les côtés. Une opération de cavité traversante de 3 mm a ensuite été appliquée à l'ensemble de cette esquisse.

Dans l'aperçu, FreeCAD semblait supprimer presque tout le boîtier, alors que les contours rouges représentant les découpes apparaissaient correctement. La cause identifiée : les longues découpes latérales longeaient presque toute la hauteur de la façade et, en traversant totalement l'épaisseur, elles séparaient la façade du reste du boîtier en plusieurs volumes indépendants — or, dans Part Design, un corps doit normalement rester constitué d'un seul solide continu.

La correction retenue a consisté à séparer les différentes découpes selon leur fonction : une esquisse pour les véritables perçages traversants, une autre pour les logements des LED, une opération distincte pour les zones qui ne doivent pas traverser toute l'épaisseur, et des profondeurs de cavité différentes selon le besoin. Cette erreur a permis de comprendre qu'il n'est pas toujours pertinent de regrouper toutes les ouvertures dans une seule esquisse.

Principales difficultés rencontrées

Tolérances d'impression

Une dimension correcte dans FreeCAD ne garantit pas automatiquement un assemblage correct après impression. Il a fallu prendre en compte les écarts de l'imprimante, le jeu nécessaire autour des composants, la précision réelle des switches et des potentiomètres, la déformation possible du plastique et l'épaisseur des parois. Les plaques d'essai ont permis de résoudre progressivement cette difficulté.

Fixation des switches

La façade devait être suffisamment fine pour permettre aux clips des switches de s'accrocher, mais suffisamment épaisse pour rester solide. La V2.2 retirait trop de matière ; la V2.3 a amélioré le système en limitant les évidements aux zones nécessaires.

Solidité de la façade

Les ouvertures nombreuses et proches les unes des autres peuvent fragiliser une pièce imprimée. Il a fallu trouver un équilibre entre esthétique, accessibilité des composants, facilité d'assemblage, quantité de matière et résistance mécanique.

Stabilité du boîtier

La V4 a montré qu'une hauteur trop importante par rapport à la profondeur provoquait un basculement vers l'arrière. La V5 corrige ce problème grâce à une nouvelle inclinaison et à des proportions mieux adaptées.

Bruit analogique des potentiomètres

Les valeurs analogiques peuvent varier légèrement même lorsque les potentiomètres ne sont pas manipulés. Deux solutions sont utilisées : un seuil de détection de 8 dans le programme Arduino, et le réglage noise_reduction: "default" dans deej.

Configuration du port série

Le port COM5 indiqué dans le fichier YAML correspond à l'ordinateur de développement. Il peut être nécessaire de le modifier lors de l'utilisation du contrôleur sur un autre ordinateur ou après un changement de port USB.

Limites actuelles et améliorations possibles

Le projet remplit son objectif expérimental, mais plusieurs évolutions restent possibles :

Finalisation du boîtier

• Impression finale du boîtier en filament noir pour un rendu esthétique définitif

Amélioration du retour lumineux

• Identifier le potentiomètre réellement déplacé plutôt que de toujours utiliser le volume général
• Associer une couleur différente à chaque application
• Créer un véritable indicateur de niveau

Configuration plus simple

• Proposer une interface pour choisir les applications et affecter chaque potentiomètre
• Détecter automatiquement le port série
• Modifier les couleurs et créer plusieurs profils

Éclairage plus évolué

• Ajouter plusieurs LED de chaque côté avec des diffuseurs
• Créer une animation représentant le niveau sonore
• Utiliser des couleurs propres à chaque application, avec luminosité réglable

Amélioration mécanique

• Base plus profonde et patins antidérapants
• Meilleure répartition du poids et système de fermeture plus abouti

Optimisation du programme

Le programme envoie actuellement les trois valeurs analogiques en continu, environ toutes les 10 ms. Une future version pourrait n'envoyer les valeurs que lorsqu'un changement significatif est détecté, afin de réduire les transmissions inutiles.

Compétences développées

Programmation

• Programmation en C/C++ sur Arduino
• Lecture d'entrées analogiques et gestion de boutons numériques (anti-rebond logiciel)
• Communication série entre un microcontrôleur et un ordinateur
• Utilisation de commandes multimédias USB HID
• Commande de LED RGB adressables et création d'animations lumineuses

Électronique

• Câblage de potentiomètres et de switches
• Utilisation des résistances internes de l'Arduino
• Intégration de LED adressables, alimentation et communication USB

Conception mécanique

• Modélisation avec FreeCAD, esquisses contraintes, protrusions et cavités
• Conception d'ouvertures fonctionnelles et gestion des épaisseurs
• Réflexion sur la rigidité, correction de l'inclinaison et amélioration de la stabilité

Prototypage et démarche d'ingénierie

• Réalisation d'une maquette en carton puis de plaques d'essai avant la pièce finale
• Validation des tolérances par comparaison entre le modèle numérique et la pièce physique
• Décomposition d'un problème complexe en tests simples et amélioration progressive

Ressenti personnel

Ce que j'ai aimé

J'ai apprécié de partir d'une idée personnelle et de la transformer progressivement en un objet physique et fonctionnel, en mêlant programmation, électronique, conception mécanique et prototypage. La progression entre la V1 et la V5 montre une véritable démarche d'amélioration continue, où chaque prototype imparfait a permis de tester une idée ou de corriger une erreur découverte sur la version précédente.

Difficultés rencontrées

Les principales difficultés ont porté sur les tolérances d'impression 3D, la fixation des switches, la solidité de la façade et la stabilité du boîtier. Ces erreurs (comme le basculement de la V4 ou la fragilité de la V2.2) font entièrement partie du projet : elles m'ont permis de démontrer ma capacité à analyser un défaut, à en rechercher la cause et à proposer une amélioration adaptée.

Lien avec mon projet professionnel

Ce projet m'a permis de mettre en pratique des compétences en programmation embarquée, communication série, USB HID, électronique, conception CAO avec FreeCAD et impression 3D, tout en développant ma créativité et ma démarche d'ingénierie face à des contraintes de fabrication réelles.

Résultat final

Le contrôleur SoundPilot dans sa version V5, assemblé et fonctionnel au quotidien.