INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN AUXILIAR AUDITI VO CON CARACTERÍSTICAS DIGITALES”

T

E

S

I

S

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

P R E S E N T A

CYNTHYA JOANNA MORENO RODRÍGUEZ

ASESORES ING. JORGE BECERRA GARCÍA ING. PATRICIA RAMÍREZ RANGEL

MÉXICO, D.F.

DICIEMBRE 2008

Índice 

ÍNDICE GENERAL Índice de figuras

iii

Índice de tablas

v

Objetivos

1

Justificación

1

Introducción

2

CAPÍTULO I: ANTECEDENTES 1.1 Historia.

3

1.2 Evolución de los auxiliares auditivos.

6

CAPÍTULO II: INTRODUCCIÓN TEÓRICA 2.1 Fisiología y Anatomía del oído.

10

2.1.1

Fisiología del oído

10

2.1.2

Anatomía del oído

10

2.2 Audición

11

2.3 Hipoacusia

12

2.4 Auxiliar Auditivo

14

2.4.1

Funcionamiento.

15

2.4.2

Tipos.

20

CAPÍTULO III: ELEMENTOS DE DISEÑO 3.1 Transductores

21

3.1.1

Tipos de micrófonos

21

3.1.2

Tipos de Altoparlantes

24

3.2 Amplificadores Operacionales

28

3.2.1

Arreglos tipo

3.3 Filtros

29 30

3.3.1

Pasa – Altos

30

3.3.2

Pasa – Bajos

31

3.3.3

Pasa Banda

31

3.3.4

Rechaza Banda

31

3.3.5

Filtro de retroalimentación múltiple

32

3.4 Convertidor Analógico- Digital

33

3.5 Montaje de Superficie

36 i 

Índice 

CAPÍTULO IV: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN 4.1 Etapas del proyecto

39

CAPITULO V: PRUEBAS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 5.1 Etapa de Preamplificación

47

5.2 Seguidor de Voltaje

48

5.3 Filtro Pasa Banda

50

5.4 Filtro Pasa Altas

51

5.5 Calibración

52

CAPÍTULO VI: ANÁLISIS DE COSTOS

53

CONCLUSIONES

55

BIBLIOGRAFÍA

56

Apéndice A. Especificaciones Técnicas del micrófono de electret

58

Apéndice B. Especificaciones Técnicas del LM324

60

Apéndice C. Especificaciones Técnicas del ADC0804

61

Apéndice D. Especificaciones Técnicas del audífono AUD-310

63

Apéndice E. Especificaciones Técnicas del DAC0808

64

Anexo A

65

ii 

Índice 

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Ear trumpet (siglo XIX)

6

Figura 1.2 Multi Acousticon

7

Figura 1.3 Acousticon 30

7

Figura 1.4 Crystal ear 38AP

7

Figura 1.5 Acousticon a-55

8

Figura 1.6 Sonotone 79

8

Figura 1.7 Telex 20

8

Figura 1.8 Oticon 550T

8

Figura 1.9 Audioprotesis actuales

9

Figura 2.1 Órganos del oído humano

11

Figura 2.2 Partes del oído

12

Figura 2.4 Partes de un auxiliar auditivo

15

Figura 2.5 Moldes

18

Figura 2.6 Tipos de moldes

19

Figura 2.7 Tipos de auxiliares auditivos

20

Figura 2.8 Lugar en que se ubican los diferentes tipos de auxiliares auditivos

20

Figura 3.1 Diagrama de un micrófono piezoeléctrico

21

Figura 3.2 Cápsula de un micrófono dinámico o de bobina móvil

22

Figura 3.3 Diagrama de un micrófono magnético

22

Figura 3.4 Cápsula de un micrófono de carbón

22

Figura 3.5 Micrófono de condensador

23

Figura 3.6 Cápsula de un micrófono electroestático de etipo electret

24

Figura 3.7 Sección de un altavoz dinámico de bobina móvil

25

Figura 3.8 Sección de un altavoz electroestático típico

25

Figura 3.9 Esquema eléctrico de una configuración simétrica

26

Figura 3.10 Elemento transductor de cinta

26

Figura 3.11 Vistas de auriculares

27

Figura 3.12 Otófonos

27

Figura 3.13 Símbolo general del amplificador operacional

28

Figura 3.14 Diagrama de un amplificador seguidor

29

iii 

Índice 

Figura 3.15 Diagrama de un amplificador inversor

29

Figura 3.16 Respuesta del filtro pasa alto

30

Figura 3.17 Respuesta del filtro pasa bajas

31

Figura 3.18 Respuesta del filtro pasa banda

31

Figura 3.19 Respuesta del filtro rechaza banda

32

Figura 3.20 Regiones de los filtros

32

Figura 3.21 Filtro pasa banda con retroalimentación múltiple

33

Figura 3.22 Convertidor A/D

34

Figura 3.23 Circuito integrado A/D de 8 bits ADC0804

35

Figura 3.24 Montaje de un circuito A/D ADC0804

35

Figura 4.1 Diagrama a bloques del sistema

39

Figura 4.2 Micrófono de electret

40

Figura 4.3 Circuito integrado LM324

40

Figura 4.4 Diagrama de un amplificador inversor

40

Figura 4.5 Configuración seguidor de voltaje

41

Figura 4.6 Configuración del filtro pasa banda con retroalimentación múltiple

41

Figura 4.7 Configuración del filtro pasa altas

42

Figura 4.8 Acondicionamiento de la señal

42

Figura 4.9 Configuración convertidor ADC0804

43

Figura 4.10 Pantalla del programa

44

Figura 4.11 Configuración del DAC

44

Figura 4.12 Control de ganancia

45

Figura 4.13 AUD-310

45

Figura 4.14 Diagrama del acondicionamiento de señal

46

Figura 5.1 Gráfica de los valores obtenidos en la preamplificación

48

Figura 5.2 Gráfica de los valores obtenidos en el seguidor de voltaje

49

Figura 5.3 Gráfica de los valores obtenidos en el filtro pasa banda

50

Figura 5.4 Gráfica de los valores obtenidos en el filtro pasa altas

52

iv 

Índice 

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 5.1 Valores obtenidos en el preamplificador

47

Tabla 5.2 Valores obtenidos en el seguidor de voltaje

48

Tabla 5.3 Valores obtenidos en el filtro pasa banda

50

Tabla 5.4 Valores obtenidos en el filtro pasa altas

51

Tabla 6.1 Comparativos de precios de auxiliares auditivos

53

Tabla 6.2 Costos Prototipo

54

v 

 

“El que no considera lo que tiene como la riqueza más grande, es desdichado, aunque sea el dueño del mundo” Epicuro

Objetivos 

Objetivos

Diseñar y construir un auxiliar auditivo con tecnología de punta con características digitales para personas con deficiencia auditiva al menor costo posible.

Justificación En México existe un gran número de personas con deficiencia auditiva con escasos recursos económicos que no pueden obtener un auxiliar auditivo. Debido a que éste tiene un costo elevado por no ser fabricado en el país y ser de tecnología extranjera, se pensó en usar un auxiliar auditivo con tecnología que se encuentre en el mercado nacional, con características digitales y, con calidad al menor costo posible con el fin de ayudar a aquellas personas que no puedan tener un dispositivo de este tipo.

1 

Introducción   

Introducción Dentro de los bastos problemas en la audición humana, causados principalmente por la contaminación por ruido en el medio ambiente y por problemas de salud. El problema más conocido es la disminución de la audición conocida como hipoacusia, la cual se produce ante la exposición a sonidos extremadamente fuertes durante breves instantes, por ejemplo 130dB durante un minuto, o bien ante sonidos fuertes reiterados durante varios años, por ejemplo una exposición de carácter laboral a 90dB a lo largo de 5 años. Así como también por el paso del tiempo, las personas mayores pierden la capacidad de escuchar debido al deterioro del sistema auditivo, en alguna de sus partes. Tomando en cuenta que aun con niveles moderados, como 75dB en forma permanente durante 40 años producen hipoacusia en las personas más susceptibles. Es por esto, que es importante destacar que la hipoacusia provocada por ruidos de alto nivel puede llegar a ser irreversible, ya que afecta principalmente a las células sensoriales del oído interno, las cuales no se reconstituyen. La hipoacusia se clasifica principalmente en dos: primero, de acuerdo a su intensidad o grado de pérdida auditiva y en segundo término, de acuerdo a la localización de la pérdida. De acuerdo a la intensidad o grado de pérdida auditiva: •

Leve (pérdida menor de 35dB).

•

Moderada (pérdida entre 35 y 60dB).

•

Profunda (pérdida entre 60 y 90dB).

•

Total o cofosis (pérdida superior a 90dB).

De acuerdo a la localización de la pérdida: •

Conductivas: Alteración en la transmisión del sonido a través del oído externo y

medio. • Neurosensoriales: Se produce una lesión en el oído interno (huesecillos, cóclea, otitis) o vía nerviosa auditiva. •

Mixta: Obedecen a causas neurosensoriales.

Una solución a este problema son los auxiliares auditivos (comúnmente llamados aparatos para sordera), que son instrumentos diseñados para proporcionar el sonido de una forma más efectiva al oído, principalmente haciéndolo más fuerte. Existen muchos métodos para producir sonidos más fuertes al oído, y la humanidad ha creado una multitud de aparatos y remedios en una gran lucha contra la pérdida auditiva; la mayoría han sido desarrollados de tipo analógico, pero debido al avance tecnológico que tenemos hoy en día nos vemos en la necesidad de mejorar la calidad y eficiencia de estos dispositivos; es por esto que se desarrollará un auxiliar auditivo con características digitales. Para llevarlo a cabo se buscará que los dispositivos empleados se encuentren en el mercado nacional para reducir el costo en la construcción del auxiliar auditivo.

2 

Antecedentes

Capítulo 1   

Capitulo 1. Antecedentes 1.1 Historia Uno de los primeros datos recavados desde la antigüedad, hace referencia a un cuerno seco y hueco, que es el posible precursor de las cornetas, éstos pudieron haberse usado tanto para producir sonidos como para oír. Se habla también del uso de plantas tropicales como amplificadores del sonido puestas en forma de embudo en las orejas (costumbre que aún hoy puede observarse en muchas tribus de la selva amazónica cuando efectúan la caza de animales). También se hace referencia a un instrumento llamado "Sarvatana" aparentemente utilizado por los españoles. Esta sarvatana esta hecha de plata o bronce y "es como un embudo cuya parte mayor se dirige hacia el que habla, mientras la parte menor se introduce en la oreja". En el siglo XIX ya se fabricaban mangueras flexibles con una especie de embudo en un extremo y un tipo de botón perforado que podía cubrir el oído en el otro extremo. A estos instrumentos se los conocía como "tubos para hablar". Otro método usado, fue un bastón llamado "fonífero" que funcionaba conduciendo vibraciones desde la laringe de la persona que hablaba hacia la persona con dificultad auditiva. El sistema fue diseñado por el profesor G. Paladino en 1876 en Nápoles, Italia. Las prótesis acústicas tuvieron su auge en el siglo XIX cuando se manufacturaron de manera más elegante y con mejor estética. Estas prótesis acústicas serían sustituidas de manera gradual en el siglo XX por las prótesis electroacústicas. Alrededor del año 1860 el alemán Johann Philip Reis construyó un transmisor más complejo que incluía un diafragma puesto en un extremo de una corneta. Utilizaba la corriente de una pila que, al variar de intensidad, controlaba una aguja magnetizada que cambiaba de longitud. Estos cambios de longitud permitían la vibración de una superficie generando así el sonido. Pero el sistema resultaba lento como para reproducir la voz humana. No fue hasta el año 1876 que Alexander Graham Bell obtuvo una patente para el teléfono usando un micrófono electromagnético que lograba cambios de corriente similares a los acústicos. Se basaba entonces, en la variación de intensidad de la corriente eléctrica. Luego T. Edison, E. Berliner y H. Hunnings inventarían otros tipos de transmisores para finalmente llegar al año 1892 con la primera patente de un aparato auditivo eléctrico en Estados Unidos. Durante el siglo XX la evolución de los audífonos tuvo ciertas connotaciones bien definidas: la miniaturización de todos sus elementos, el aumento en la ampliación del sonido y el bajo consumo de energía.

3 

Antecedentes

Capítulo 1   

Las primeras audioprótesis portátiles que surgieron al final del siglo XIX tenían la forma y tamaño de una caja de zapatos. Para 1902 se comenzó a comercializar el "Acousticón", un aparato que podía introducirse debajo de la ropa o en el bolsillo pero seguía siendo grande ya que constaba de tres partes: el transmisor, el amplificador y el lugar que alojaba la pila. En el año 1912 apareció el primer control de volumen para las prótesis. Para el año 1934 las compañías inglesas Amplivox y Multitone produjeron los primeros aparatos comerciales que pesaban un poco más de un kilogramo y constaban del amplificador con baterías y el receptor o audífono. Para el año 1945 Beltone logró una importante disminución del tamaño de los audífonos con su modelo Monopac, que incluía en un módulo las baterías y el amplificador. Además para 1947 aparecieron los llamados circuitos impresos que significaron una miniaturización en todos los circuitos eléctricos eliminando las soldaduras y cableados que, hasta entonces, eran necesarios y requerían de un mayor espacio físico donde alojarse. Poco tiempo después, alrededor de 1948, surgió en los Laboratorios Bell una gran invención para las prótesis auditivas: el transistor. Aunque en ese momento pasó casi inadvertido, este dispositivo sería la base para los futuros audífonos analógicos y para los programables digitalmente. En la década de los 50´s se utilizaron los transistores en conjunto con los antiguos bulbos pero, desde entonces, el transistor tardó muy poco en abarcar todo el mercado. De esta manera, apareció en 1953 el primer audífono de bolsillo que utilizaba solamente transistores para amplificar el sonido.

Los últimos 50 años El transistor, inauguró la era de la electrónica de estado sólido, que domina el mundo hasta nuestros días. Fue en aquellos años donde se incorporó por primera vez un transistor a un audífono. Un año después de la introducción del llamado transistor bipolar de juntura (BJT, 1953), aparecieron los primeros audífonos completamente transistorizados, es decir, sin válvulas. En 1954 se introdujo el primer audífono que se colocaba "al nivel de la cabeza del usuario". No se trataba de un retroauricular, sino de lo que conocemos como audigafa, es decir, la introducción del audífono en las patillas de un par de anteojos. En un principio, este tipo de audioprótesis fue muy difundida pero con la reducción de tamaño de los componentes fueron ganando terreno los retroauriculares, vigentes hasta la actualidad. Téngase en cuenta que hasta ese momento sólo existían audífonos "de caja".

4 

Antecedentes

Capítulo 1   

Una de las características más importantes para la industria del audífono fue entonces la creciente miniaturización de los componentes electrónicos. Durante muchos años los amplificadores de los audífonos fueron construidos con transistores discretos, es decir, componentes individuales que eran soldados a una plaqueta de cerámica. Con la aparición de los circuitos integrados, pudo alojarse un amplificador completo en una pequeña pastilla de silicio. En 1964 la compañía Zeníth, junto a Texas Instruments, presentó la primera aplicación comercial de la historia para un circuito integrado: el amplificador de un audífono. Con el transcurso de los años, se ha logrado aumentar la escala de integración en forma asombrosa, posibilitando contar con circuitos cada vez más pequeños y, a la vez, incluir en ellos más componentes logrando funciones más complejas. Pronto comenzó también a tenerse un mayor conocimiento sobre la forma en que escucha un oído normal y cómo se ve alterada esta funcionalidad al padecer una hipoacusia. Entre 1985 y 1990 se desarrollaron los primeros audífonos que incorporaban tecnología digital. Sin embargo, contra lo que muchos pregonaban en ese momento, éstos no eran audífonos realmente digitales sino que sólo utilizaban esa tecnología para aumentar sus posibilidades de calibración. Son los que conocemos como "audífonos analógicos programables digitalmente" o, sencillamente, "programables". En algunos casos podían almacenarse varias calibraciones. Estas calibraciones eran programas diferentes que el usuario podía seleccionar según la situación sonora en la que se encontrara, ya sea mediante un control remoto o por medio de una llave selectora. Otro descubrimiento que tuvo lugar en los primeros años de la década de los 90´s fue el comienzo de la utilización de la amplificación no lineal; esto es, audífonos cuya amplificación variaba de acuerdo a las características de la señal entrante. Por ejemplo, se había descubierto que una persona con pérdida auditiva neurosensorial no necesitaba una gran amplificación de los sonidos fuertes sino que sólo requería que los sonidos débiles fueran amplificados. De esta manera, lo que el individuo debía utilizar era un audífono que pudiera adaptarse a sus condiciones particulares. La tecnología también posibilitó la aparición de audífonos con tres o más bandas de frecuencia independientes, por lo cual, pudo tratarse en forma diferenciada a los sonidos graves, medios o agudos. Éstos, contribuían claramente la percepción sonora y la comprensión del habla. Asimismo, la continua miniaturización encarada en la década del 90 produjo los pequeños CIC (Completely In the Canal) es decir, audífonos insertos completamente en el canal auditivo. También aparecieron los primeros peritimpánicos; audífonos prácticamente invisibles y alojados en la profundidad del conducto auditivo externo. Las reparaciones de los audífonos también se optimizaron, dejándose de utilizar componentes discretos, lo cual permitió que en la actualidad los cambios de componentes que fallan ya no sean

5 

Antecedentes

Capítulo 1   

reemplazos por elementos individuales sino que el cambio sea de los circuitos amplificadores completos. Finalmente, el más prometedor adelanto tecnológico es el audífono digital propiamente dicho. Este tipo de tecnología se venía utilizando desde hace algunos años en distintas áreas de la industria. Si bien en 1984 se desarrollaron algunos audífonos experimentales con procesamiento digital; no fue sino hasta 1995 cuando tuvo lugar el lanzamiento de los primeros productos comerciales con características de procesamiento digital. La diferencia fundamental entre un audífono digital y uno de tipo analógico es que este nuevo audífono posee en su interior una pequeña computadora capaz de realizar millones de operaciones aritméticas por segundo. Todo el sonido que llega al audífono es convertido en series de números (en formato binario-bits) que son analizados y, de ser necesario, modificados. Sin dudas, este avance abre un horizonte de posibilidades completamente nuevo para la corrección auditiva y, seguramente, vaya a proporcionar mayores y mejores soluciones a las personas hipoacúsicas. En los últimos años, grupos de investigación en todo el mundo se han abocado a mejorar aún más las posibilidades de estos sistemas para dotar al usuario de un sonido más natural y mucho más agradable [1].

1 .2 Evolución de los Auxiliares Auditivos A continuación se muestra la evolución de los auxiliares auditivos en la historia hasta llegar a los que actualmente tenemos en nuestros días.

Figura 1.1"Ear Trumpet" (Siglo XIX). Realizado en bronce. Fue usado hasta 1960 [1].

6 

Antecedentes

Capítulo 1   

Figura 1.2."Multi Acousticon". Modelo de mesa con caja cubierta de cuerina (1910 - 1928) [1].

Figura 1.3. "Acousticon 30". Modelo de caja con pastilla ósea (1933 - 1935) [1].

Figura 1.4. "Crystal Ear 38 AP". Modelo de mesa con amplificador de tres válvulas (1938) [1].

7 

Antecedentes

Capítulo 1   

Figura 1.5. "Acousticon a-55". Modelo de caja con amplificador de válvula (1942 – 1945) [1].

Figura 1.6. "Sonotone 79". Uno de los primeros retroauriculares del mundo (1955) [1].

Figura 1.7. "Telex 20". Retroauricular (1955) [1].

Figura 1.8. ”Oticon 550T". Modelo con control de volumen, encendido y apagado desde su parte trasera (1959) [1].

8 

Antecedentes

Capítulo 1   

Figura 1.9. "Audioprótesis actuales [1].

9 

 

“Para obtener éxito en el mundo, hay que parecer loco y ser sobrio” Barón de Montesquieu

Introducción Teórica

Capítulo 2   

Capitulo 2.Introducción Teórica 2.1 Fisiología y Anatomía del oído 2.1.1. Fisiología del oído El oído humano puede percibir una extensa serie de frecuencias, aproximadamente de 16Hz hasta 16,000Hz (valores manejados por médicos) pero entre los acústicos comúnmente manejan el rango de 20 a 20KHz. Sin embargo, las variaciones individuales son enormes. Por regla general, la percepción de las altas frecuencias es mejor en la infancia y disminuye cuando se llega a la vejez, de manera que al adulto normal se le dificulta oír las frecuencias que pasan de 10KHz o 12KHz que son parte de las altas frecuencias y posiblemente las más molestas. La intensidad sonora se expresa en decibeles (dB), donde 0dB corresponde a una intensidad apenas perceptible, 20dB indica un sonido 100 veces más intenso, mientras que un sonido de 60dB es un millón de veces más intenso. A una distancia entre 1 y 2 metros, un susurro produce 20dB y una conversación normal produce aproximadamente 60dB. A 10m de distancia un martillo neumático produce un sonido de 100dB, es decir 10, 000 millones de veces más intenso que el escasamente audible. Esta es la enorme serie de intensidades que podemos percibir.

2.1.2. Anatomía del oído La audición es muy importante para nuestra vida cotidiana. Mediante el sonido nos podemos comunicar, escuchar música, disfrutar de los sonidos de la naturaleza, etc. El oído humano es un órgano muy sensible y avanzado y está formado por tres partes diferenciadas: 1. Oído externo: formado por el pabellón auricular y el conducto auditivo externo, en cuyo extremo final se encuentra el tímpano. Su función es recoger el sonido y llevarlo a través del conducto auditivo hasta el tímpano. 2. Oído medio: espacio lleno de aire cuya presión se ajusta mediante la trompa de Eustaquio, la cual comunica el oído medio con la garganta. Aquí se encuentra la cadena de huesecillos formada por el martillo, el yunque y el estribo los cuales transmiten los movimientos del tímpano hasta el oído interno. En el oído medio se encuentran también dos músculos (músculo tensor del tímpano y músculo estapediano) los cuales actúan cuando hay un ruido muy fuerte para reducir la presión sonora que llega al oído interno. 3. Oído interno: estructura llena de líquido con forma de caracol (cóclea) y que se conexiona con el oído medio a través de la ventana oval. Aquí se encuentra el órgano del equilibrio el cual está formado por dos canales semicirculares llenos de líquido. Cuando el movimiento de la platina del estribo mueve el líquido que hay en el oído interno activa las

10 

Introducción Teórica

Capítulo 2   

cerca de 20.000 células ciliadas o sensoriales, las cuales envían impulsos eléctricos a través del nervio hasta el cerebro que los recibe como sonido [2].

Martillo

Órgano de Equilibrio

Yunque

Nervio Auditivo

Tímpano Conducto Auditivo

Estribo Caracol

1. Oído Externo

2 Oído Medio

3 Oído Interno

Figura 2.1. Órganos del oído humano [2].

Un pequeño trastorno en éste sistema tan complejo puede provocar el empeoramiento de la audición.

2.2. Audición La audición son los procesos psico-fisiológicos proporcionan al ser humano la capacidad de oír. Más allá de las ondas sonoras (física del sonido), el proceso de la audición humana implica procesos fisiológicos, derivados de la estimulación de los órganos de la audición, y procesos psicológicos, derivados del acto consciente de escuchar un sonido. Proceso de Audición El oído consta de tres partes principales: • • •

El oído externo El oído medio El oído interno

11 

Introducción Teórica

Capítulo 2   

Figura 2.2. Partes del oído [3].

El oído externo Los sonidos del mundo exterior son recogidos por el oído externo, el cual está formado por el pabellón auricular (la oreja) y el conducto auditivo externo. Cuando las ondas sonoras penetran en el oído, el conducto auditivo externo incrementa la sonoridad de los tonos que nos ayudan a comprender el habla (figura 2.2). Al mismo tiempo el conducto auditivo externo (1) protege otra parte importante del oído: el tímpano (2) una membrana flexible, circular que vibra cuando es alcanzada por las ondas sonoras. El oído medio Las vibraciones del sonido continúan su viaje hacia el oído medio, que contiene tres pequeños huesos llamados yunque, martillo y estribo (3, 4, 5). Estos hacen de puente entre el tímpano y el oído interno. Incrementan y amplifican las vibraciones del sonido aún más, antes de transmitirlas sin peligro hacia el oído interno vía la ventana oval. El oído interno El oído interno o cóclea, similar a la concha circular de un caracol, alberga un sistema de tubos que están rellenos de un fluido acuoso. Cuando las ondas sonoras pasan a través de la ventana oval (6), el fluido empieza a moverse, haciendo que unos pequeños cilios se muevan a su vez. Posteriormente, estos cilios transforman las vibraciones en impulsos eléctricos que viajan por el nervio auditivo (9) hasta el mismo cerebro. Aún se desconoce cómo traduce el cerebro estos impulsos nerviosos [3].

2.3. Hipoacusia Es la reducción de la capacidad del mecanismo auditivo para oír los sonidos, de tal manera que se necesita mayor intensidad de la normal para percibirlos. También es conocida como pérdida auditiva o sordera. Los sonidos que se pierden cuando una persona tiene hipoacusia dependen de las frecuencias afectadas y el grado de pérdida auditiva. Por ejemplo si existe una disminución de la audición en las frecuencias agudas, no se escucharán los sonidos de estas frecuencias, como el timbre del teléfono y el sonido del habla, a menos que sean a una intensidad suficientemente fuerte para superar el déficit auditivo de la persona que escucha [4].

12 

Introducción Teórica

Capítulo 2   

Características clínicas Para comprobar el grado de sordera de una persona, se le hace una prueba de audiometría, de manera que una persona con sordera puede tener problemas en la percepción correcta de la intensidad (decibeles) o de la frecuencia (hertzios) de sonidos relacionados con el lenguaje oral, y es frecuente que se den resultados diferentes para cada oído. Tipos Podemos considerar diversos criterios a la hora de clasificar las diferentes tipologías de pérdida auditiva. - Según la localización de la lesión. - Según el grado de pérdida auditiva. - Según las causas. - Según la edad del comienzo de la sordera.

Según donde se localiza la lesión Pérdida auditiva conductiva o de transmisión Esta pérdida es causada por enfermedades u obstrucciones en el oído exterior o medio(las vías de conducción a través de las cuales el sonido llega al oído interior), la pérdida auditiva conductiva normalmente afecta a todas las frecuencias del oído de manera uniforme, aunque no resulten pérdidas severas. Una persona con una pérdida de la capacidad auditiva conductiva bien puede usar audífonos o puede recibir ayuda por médicos o intervenciones quirúrgicas. Pérdida auditiva sensorial, neurosensorial o de percepción Son en los casos en los que las células capilares del oído interno, o los nervios que lo abastecen, se encuentran dañados. Esta pérdida auditiva puede abarcar desde pérdidas leves a profundas. A menudo afectan a la habilidad de la persona para escuchar ciertas frecuencias más que otras, de manera que escucha de forma distorsionada el sonido, aunque utilice un audífono amplificador. No obstante, en la actualidad, las grandes prestaciones tecnológicas de los audífonos digitales son capaces de amplificar solamente las frecuencias deficientes, distorsionando inversamente la onda para que la persona sorda perciba el sonido de la forma más parecida posible como sucedería con una persona oyente. Pérdida auditiva mixta Se refiere a aquellos casos en los que existen aspectos de pérdidas conductivas y sensoriales, de manera que existen problemas tanto en el oído externo o medio y el interno. Este tipo de pérdida también se puede deber a daños en el núcleo del sistema nervioso central, ya sea en las vías al cerebro o en el mismo cerebro. Es importante tener cuidado con todo tipo de golpes fuertes en la zona auditiva, ya que son los principales causantes de este tipo de sordera. Pérdida auditiva central Autores como Valmaseda y Díaz-Estébanez (1999) hablan de esta cuarta tipología, que hace referencia sólo y exclusivamente a lesiones en los centros auditivos del cerebro.

13 

Introducción Teórica

Capítulo 2   

Según el grado de pérdida auditiva: Audición normal. Existiría audición por debajo de los 20 Deficiencia auditiva leve. Umbral entre 20 y 40 dB Deficiencia auditiva media. Umbral auditivo entre 40 y 70 dB Deficiencia auditiva severa. Umbral entre 70 y 90 dB Pérdida profunda. Umbral superior a 90 dB Pérdida total y cofósis Umbral por encima de 120dB o imposibilidad auditiva total. Son los realmente llamados "sordos", mientras que a las personas incluidas en los grupos anteriores se les denomina "hipoacúsicos". Según la causa de pérdida auditiva: La etiología de la discapacidad auditiva puede ser por causas exógenas como la rubéola materna durante el embarazo, incompatibilidad del factor Rh. y que suelen provocar otros problemas asociados (dificultades visuales, motoras, cognitivas).O bien puede ser una sordera hereditaria, la cual, al ser recesiva, no suele conllevar trastornos asociados. Según la edad de comienzo de la pérdida auditiva: El momento en el que aparece la discapacidad auditiva es determinante para el desarrollo del lenguaje del individuo, por lo que se pueden distinguir dos grupos: - Prelocutivos: si la discapacidad sobrevino antes de adquirir el lenguaje oral (antes de 2 años). - Perilocutivos: si la discapacidad sobrevino mientras se adquiría el lenguaje oral (2-3 años). - Poslocutivos: si la discapacidad sobrevino después de adquirir el lenguaje oral (después de 3 años). Gascón Ricao, A. y J.G. Storch de Gracia y Asensio (2004) Historia de la educación de los sordos en España y su influencia en Europa y América. Madrid : Editorial universitaria Ramón Areces, Colección "Por más señas" [5].

2.4. Auxiliar Auditivo Los auxiliares auditivos, o comúnmente llamados aparatos para sordera, son instrumentos diseñados para proporcionar el sonido de una forma más efectiva al oído, principalmente haciéndolo más fuerte. Existen muchos métodos para producir sonido más fuerte al oído, y la humanidad ha creado una multitud de aparatos y remedios en una gran lucha contra la pérdida auditiva. El desarrollo de aparatos auditivos tiene siglos de intentos e invenciones, desde los grandes cuernos de resonancia que parecidos a una trompeta musical se colocaban con el extremo pequeño en el oído, este tipo de instrumentos simplemente concentraba el sonido y lo dirigía al canal auditivo

14 

Introducción Teórica

Capítulo 2   

externo. El auxiliar auditivo contemporáneo incorpora el uso de tecnología electrónica sofisticada que básicamente amplifica electrónicamente la señal de sonido obtenida en un micrófono, la ecualiza a la pérdida auditiva del usuario, y la reproduce con transductores de sonido llamados receptores. Hoy en día el desarrollo de la tecnología ha permitido la integración de amplificadores de sonido tan pequeños como un grano de arroz que sin duda ofrecen importantes beneficios en la percepción auditiva y en la calidad de vida de quien padece un problema auditivo. Al mismo tiempo su tamaño pequeño los hace discretos y estéticos. La llegada de la tecnología digital a los aparatos auditivos también ha permitido importantes ventajas en cuanto a su funcionamiento pues permite que el comportamiento del amplificador sea dinámico ajustándose automáticamente a los niveles de sonido que el usuario requiere, también permite que se realice una adaptación muy precisa a la pérdida del paciente con el uso de una computadora, y finalmente ofrecen una calidad de sonido de alta fidelidad, claro y prácticamente natural.

2.4.1Funcionamiento Partes de un auxiliar Todos los auxiliares, independientemente de su forma contienen los mismos elementos

Figura 2.4. Partes de un auxiliar auditivo [6].

Dispositivo de encendido Compartimiento para la pila Control de volumen Micrófono Codo Manguera o tubería Molde

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Introducción Teórica

Capítulo 2   

Dispositivo de encendido El dispositivo de encendido cumple la función de prender y apagar el auxiliar. En algunos modelos el dispositivo de encendido tiene una posición intermedia “T” para usar el auxiliar cuando se habla por teléfono, en aquellos teléfonos que lo permitan. Es muy importante que al retirar el auxiliar en la noche, aparte de poner el dispositivo de encendido en la posición de apagado, se abra el compartimiento de la pila. Compartimiento para la pila. El compartimiento para la pila tiene muy variadas formas dependiendo del modelo del auxiliar de que se trate. Cada auxiliar usa un modelo específico de pila. El compartimiento de la pila indica la polaridad en la que se debe colocar la pila y se debe de hacer coincidir el signo + del compartimiento con el signo + de la pila. En caso de que por cualquier razón se deje de usar el auxiliar auditivo por un tiempo prolongado, se debe retirar la pila para evitar que se llegue a derramar dentro del auxiliar y dañarlo. Control de volumen El control de volumen permite, como su nombre lo indica, ajustar el volumen del auxiliar. El especialista que adapte el auxiliar, deberá de indicar el volumen al cual deberá de usarse el auxiliar. Si el auxiliar no se usa en el volumen necesario, la persona no recibirá todos los beneficios del auxiliar. Micrófono El micrófono situado en la parte superior del auxiliar es el dispositivo que capta el sonido y lo envía al circuito electrónico del auxiliar. El auxiliar amplifica el sonido que recibe, es decir lo hace más fuerte y lo envía al oído a través del codo del auxiliar. Dado que las pérdidas auditivas varían de frecuencia a frecuencia, el auxiliar auditivo trata de amplificar lo necesario en cada frecuencia para hacer que los sonidos “embonen” y se “ajusten” al perfil auditivo que necesite una persona. Entre más sofisticado sea el auxiliar más opciones de ajuste le ofrece a quien lo adapta para satisfacer las necesidades de cada persona. Normalmente en la parte interna del auxiliar, se encuentran los controles que permiten estos ajustes. Codo y manguera o tubería Después de que el sonido es amplificado de acuerdo a las necesidades de cada persona, el auxiliar envía el sonido a través del codo el cual esta unido por una manguera de plástico a un molde. Dentro del codo, en algunas ocasiones, es necesario colocar filtros que permiten afinar aún más el perfil del sonido que el auxiliar envía al oído de la persona. Los filtros son unas pequeñas “esponjitas” de diferentes tamaños y densidades que cumplen esta función. La manguera que une al codo con el molde debe de tener ciertas características de acuerdo a la potencia del auxiliar. Para pérdidas auditivas profundas, las paredes de la manguera deben de ser gruesas para que el auxiliar no “pite”. Si vemos con un microscopio una manguera, vamos a ver que sus paredes son porosas, es decir tiene pequeños hoyitos; si la manguera es delgada tiene más poros y por esos poros se escapa el sonido. Cuando el auxiliar es de baja potencia, no importa el grueso de la pared de la manguera; cuando el auxiliar es de mucha potencia para pérdidas que necesitan mucha “amplificación” es muy importante que la pared o el grosor de la manguera sea la adecuada. El codo tiene, adicionalmente, la función de sostener el auxiliar alrededor de la oreja uniendo la manguera que va del codo del auxiliar al molde [6].

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Introducción Teórica

Capítulo 2   

Radiografía de un auxiliar auditivo

(Función de encendido)

(batería: suministra energía al amplificador)

(micrófono: convierte la energía acústica en energía eléctrica)

( carrete :convierte la energía magnética en energía eléctrica) (Circuito amplificador: incrementa la intensidad de la señal eléctrica. También filtra y modifica la respuesta del auxiliar auditivo para coincidir con la pérdida auditiva del usuario)

(Control de volumen: permite al usuario incrementar o disminuir el nivel del sonido después de la amplificación. Muchos auxiliares auditivos recientes tienen un control de ganancia automática) (Receptor: convierte la energía eléctrica en energía acústica)

(Tubo tonal: entrega el sonido del receptor. Posiblemente el filtrado adicional ajusta la señal para reducir la pérdida auditiva) [7]

Los moldes

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Introducción Teórica

Capítulo 2   

Aunque el molde no es propiamente parte del auxiliar auditivo, es una pieza CLAVE dentro de todo el proceso de amplificación que puede hacer la diferencia entre que una persona oiga o que no oiga. Un buen molde permite que un auxiliar entregue en forma óptima el sonido que amplifica; un mal molde hará que todos los beneficios del auxiliar se pierdan. En otras palabras, el molde representa el 50% del proceso de amplificación; el otro 50% lo da el auxiliar. Se puede comprar el auxiliar más caro del mundo; si el molde no es el adecuado no entregará todos los beneficios que funcionalmente puede dar. Lo importante es estar conscientes de que cada decibel adicional que podamos entregarle a una persona con audición limitada vale oro, porque es la diferencia entre oír y no oír, entre hablar y no hablar; así de drástico. Las características principales que debe tener un buen molde son las siguientes: Que selle bien. Que sea de la profundidad adecuada. Que el material sea el adecuado. Que la “geometría” o la “forma” del molde permita la mejor amplificación en todas las frecuencias. Si el aparato es potente, la manguera debe de ser de paredes gruesas; en caso de duda optar por tubería con paredes gruesas. Que el orificio de salida del molde tenga el diámetro correcto. No es lo mismo un molde con un orificio de 1mm que un molde con orificio de 4mm, por la misma razón que una flauta en orquesta es delgada y una tuba no es delgada. Este es un ejemplo de un molde con tubería Liby que ayuda en la ganancia de sonido en las frecuencias altas.

Figura 2.5. Moldes [6].

No es lo mismo un molde ventilado que un molde sin ventilación. El material de los moldes puede ser suave o duro, dependiendo de cada persona. Los moldes instantáneos por lo general no son recomendables.

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Capítulo 2   

No podemos enfatizar suficientemente la necesidad de invertir tiempo, dinero, mucha paciencia y esfuerzo en tener el mejor molde posible de acuerdo a las necesidades de cada persona. En los niños pequeños los moldes deben de cambiarse periódicamente en virtud de que el conducto auditivo del niño está creciendo. En México no sabemos de algún laboratorio que fabrique una variedad como la que se muestra. La mayoría fabrica un solo tipo de molde. Ejemplos de moldes El molde más recomendable es el que se llama SHELL, especialmente en pérdidas severas a profundas Ejemplos de diámetro en el extremo del molde y respuesta del auxiliar

Figura 2.6. Tipos de moldes [6].

No es lo mismo un molde profundo que un molde con poca profundidad. En especial, este codo que evita que la manguera del molde se doble a la entrada del molde [6].

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Introducción Teórica

Capítulo 2   

2.4.2 Tipos El estilo y tamaño de Auxiliar Auditivo: Hay cinco estilos que son los más populares en la actualidad:

CIC

MC CANAL

ITE

BTE

Figura 2.7.Tipos de auxiliares auditivos [8].

CIC. El tamano Peritympanico (Completely in the Canal) MC. Mini-canal, Dentro del Canal usando batería 10A. CANAL. Dentro del Canal con batería 312A (Canal or ITC), ITE. De Concha (In The Ear, or ITE) BTE. El de Curveta (Behind the Ear, or BTE) [8].

a) Retroauricular o de curveta. Se coloca detrás de la oreja y puede atender y compensar parcialmente hasta una pérdida auditiva profunda. b) Intraauricular o concha. Cubre la concha del oído y se utiliza para atender pérdidas auditivas leves hasta severas. c) Intracanal. Se colocan dentro del canal auditivo, suelen ser los más pequeños y menos visibles. Generalmente son usados para atender sordera leve a severa.

Figura 2.8. Lugar en que se ubican los diferentes tipos de auxiliares auditivos [8].

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“Todo lo que una persona puede imaginar, otros pueden hacerlo realidad” Julio Verne

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Capítulo 3   

Capitulo 3. Elementos de Diseño 3.1 Transductores Un transductor es un dispositivo que convierte una señal de un tipo de energía en otra. La base es sencilla, se puede obtener la misma información de cualquier secuencia similar de oscilaciones, ya sean ondas sonoras, vibraciones mecánicas de un sólido, corrientes y voltajes alternos en circuitos eléctricos, vibraciones de ondas electromagnéticas radiadas en el espacio en forma de ondas de radio o las marcas permanentes grabadas en un disco o una cinta magnética.

3.1.1 Tipos de M i c r ó f o n o s Los micrófonos son transductores electroacústicos, que convierten las oscilaciones acústicas en oscilaciones eléctricas para, por lo general ser amplificadas [9,10].Existen diferentes tipos de transductores electroacústicos que se basan en leyes y propiedades físicas diferentes. A continuación se describirán los más importantes. Micrófono Piezoeléctrico Este tipo de dispositivos no necesitan polarización eléctrica ya que la carga eléctrica en ellos surge durante el proceso de deformación [9]. Cuando un material piezoeléctrico se combina, aparece una cierta cantidad de carga positiva en uno de sus lados, y la misma cantidad de carga negativa en el lado opuesto. Esta polarización puede ser recogida por un circuito eléctrico (micrófono). A la inversa, cuando el material piezoeléctrico es polarizado por un circuito externo, se deforma (altavoz) [11]. Los inconvenientes de este micrófono son: su alta impedancia de entrada, la complejidad del sistema mecánico, su pequeña sensibilidad y la elevada irregularidad de su curva de respuesta de frecuencias. Su uso está muy limitado [10].

Figura 3.1. diagrama de un micrófono piezoeléctrico [12].

Micrófono Dinámico (de bobina móvil) Son micrófonos cuyo principio de funcionamiento es el transductor dinámico: un conductor eléctrico, en este caso una bobina unida a la membrana o una cinta plana, se desplaza bajo el efecto de las ondas sonoras en el interior de un campo magnético que crea un imán permanente [9].

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Capítulo 3   

Figura 3.2. Cápsula de un micrófono dinámico o de bobina móvil [9].

Micrófono Magnético Es similar al dinámico; existe una pieza de material magnético (armadura) que se mueve mientras que la espira o arrollamiento permanece en reposo [11].

Figura 3.3. Diagrama de un micrófono magnético [12].

Micrófono de carbón En la figura 3.4 puede apreciarse un micrófono de carbón típico cuya cápsula está compuesta por gránulos de carbón finamente divididos. Como la resistencia eléctrica del carbón depende de lo cerca que estén entre sí los gránulos; cuando se produce una vibración en el diafragma, el pistón aplasta estos gránulos modificando su resistencia y en consecuencia, aparece una intensidad que varía conforme a la onda sonora. Estos micrófonos son muy ruidosos y no poseen una buena fidelidad, tienen una respuesta en frecuencia muy pobre, su sensibilidad es muy elevada, son omnidireccionales y poseen una impedancia interna baja [9].

Figura 3.4. Cápsula de un micrófono de carbón [9].

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Capítulo 3   

Electrostático o de condensador El micrófono de condensador consta de un condensador formado por un electrodo macizo 3 y una membrana fina tensada 1. Al condensador se aplica una un voltaje de polarización U0 a través de una resistencia de valor elevado RH. Cabe mencionar que la fuente de voltaje de polarización no gasta energía, ya que no existe componente continua de corriente [10]. Al vibrar la membrana, varía la capacidad C0 del condensador y como su carga q es constante variará la tensión en él. Esta variación de tensión sirve de fuerza electromotriz originada por el sonido al incidir éste sobre la membrana. Debido a la caída de tensión en la capacidad del condensador, la tensión en la resistencia de carga Rc será un poco menor que esta fuerza electromotriz. Las características mecánicas, acústicas y la construcción de los micrófonos de electret y de condensador no se diferencian en nada [10]. Características importantes de este tipo de micrófonos son: respuesta extremadamente plana, de 20Hz a 20KHz, sensibilidad alta, son omnidireccionales y direccionales, el ruido que muestran a la salida es bajo, la impedancia interna es muy elevada [9].

Figura 3.5. Micrófono de condensador. a) Principio de funcionamiento; b) esquema eléctrico del micrófono: 1-membrana; 2-junta aislante; 3-electrodo fijo; 4-espacio entre los electrodos[10].

Micrófono de condensador electret El micrófono de electret se diferencia del de condensador en que el voltaje de polarización se forma mediante la electrización previa de uno de los dos electrodos. El término electret se refiere a materiales que muestran una polarización permanente después de ser sometidos a un campo eléctrico intenso, por ejemplo, el teflón. Con el material electret, es posible diseñar transductores electrostáticos autopolarizados o prepolarizados que evitan la fuente externa de tensión. El recubrimiento metálico del electrodo, de hecho forma los propios electrodos del condensador mientras que el material de electret sirve sólo como fuente de voltaje de polarización. Al operar con resistencias de entrada tan elevadas se produce un nivel relativamente alto de ruidos de fondo del micrófono. Esta es una desventajas de los micrófonos de de condensador y electret, pero dado que los ruidos se originan principalmente en las bajas frecuencias y que las señales vocales y musicales en estas frecuencias presentan niveles considerables pero este defecto queda suficientemente amortiguado [9,10].

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Capítulo 3   

Figura 3.6. Cápsula de un micrófono electrostático de tipo electret [9].

La figura 3.6 muestra una configuración típica del micrófono de condensador, en la que el electrodo fijo está constituido por una placa perforada y el electrodo móvil es una lámina de electret. El campo eléctrico creado por el polímero es análogo al originado por la fuente en un micrófono de condensador [9].

3.1.2 Tipos de Altoparlantes El altavoz, también conocido como parlante, altoparlante, es un dispositivo utilizado para la reproducción de sonido. En general, un altavoz es un transductor electroacústico que convierte señales eléctricas en señales acústicas. Es el último eslabón de la cadena y se diseña para radiar energía audible en un medio fluido como es el aire [9].

Tipos de Altavoces Altavoz dinámico de bobina móvil Este es el transductor más generalizado y popular. La superficie móvil que radia sonido y está unida a la bobina es el diafragma también llamado cono por su forma cónica. Algunos altavoces tienen diafragmas planos, sin embargo, se prefiere la forma cónica porque posee mayor rigidez. La parte central tiene una tapa que protege al entrehierro de polvo y otras partículas que con el tiempo podrán provocar fricción. El diafragma está suspendido con un sistema centrador constituido por un anillo elástico periférico que sujeta la carcasa y otro inferior, también llamado araña que sujeta la parte central. La función de ambos es absorber las ondulaciones del diafragma, evitando todo movimiento que no sea axial. La señal eléctrica se aplica a la bobina móvil del altavoz, que está constituida por varias espiras de hilo devanadas sobre un cilindro rígido que va unido al diafragma. Los altavoces actuales están constituidos por imanes permanentes de forma anular. El campo magnético se cierra a través de la pieza polar, el núcleo cilíndrico concéntrico con el imán y la culata. Entre el núcleo central y el imán queda un pequeño espacio denominado entrehierro, donde se inserta la bobina. En general, cuanto más potente sea el imán mayor será el rendimiento del altavoz [9].

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Capítulo 3   

En la figura 3.7 se muestra los elementos más importantes que constituyen el altavoz dinámico de bobina móvil.

Figura 3.7. Sección de un altavoz dinámico de bobina móvil típico, 1: bobina móvil, 2: imán, 3: yugo o culata, 4: entrehierro, 5: pieza polar, 6: diafragma, 7: araña, 8: carcasa, 9: tapa de retención de polvo, 10: anillo elástico. [9]

Altavoces planos En general, este tipo de altavoces evitan el uso de cajas para producir un sonido más preciso, sustituyendo los pequeños transductores por grandes superficies vibrantes. Los transductores de gran superficie y poca masa se caracterizan por un movimiento uniforme en toda el área cuando son excitados, esto es debido a que la superficie posee una carga de aire resistiva que tiende a suprimir cualquier resonancia. Altavoces electrostáticos También denominado ESL (Electrostática Loudspeaker), se basa en la vibración de una placa conductora sometida aun campo eléctrico. En esencia se trata de un condensador plano de grandes dimensiones con una armadura a ala que se le aplica una diferencia de potencial proporcional a la señal que se quiere reproducir (ver figura 3.8).

Figura 3.8. Sección de un altavoz electrostático típico, a) Sencillo, b) Simétrico [9].

El principio de funcionamiento se muestra en la figura 3.9. Dos placas fijas situadas equidistantes del diafragma ejercen una fuerza igual y en sentido opuesto sobre el mismo, las cuales causan que esté centrado. El movimiento del diafragma se consigue variando la carga electrostática entre las placas y el diafragma: si una placa posee potencial positivo respecto al diafragma y la otra placa, potencial negativo, el diafragma se moverá hacia la placa con potencial positivo. Cuando la polaridad de la fuente de señal alterna cambia, lo harán también las fuerza de atracción y el diafragma se moverá hacia la otra placa [9].

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Capítulo 3   

Figura 3.9. Esquema eléctrico de una configuración simétrica, a) Reposo, b) Semiciclo positivo, c) Semiciclo negativo [9].

Altavoces de cinta Están constituidos por una cinta corrugada móvil sujeta por sus extremos, por la que circula la corriente de señal de audio, que está situada dentro de un gran campo magnético permanente. El funcionamiento de este altavoz es el siguiente: la fuerza se crea sobre toda la superficie de radiación de un diafragma ligero, lo cual se traduce en gran linealidad; la fuerza se produce en dirección transversal al campo magnético aplicado. Esto quiere decir que el diafragma está dentro del plano de las líneas y como es muy fino, sólo una pequeña parte del campo pasa a través de él.

Figura 3.10. Elemento transductor de cinta [9].

Altavoces piezoeléctricos Su funcionamiento se asa en el efecto piezoeléctrico. Al aplicar a una lámina de cristal piezoeléctrico una tensión se producen deformaciones mecánicas de la lámina. Si la tensión es variable, la deformación también lo será. Auriculares Los auriculares se destinan para funcionar directamente en el volumen del canal auditivo, por lo que sus parámetros técnicos difieren en cierto modo de los parámetros de los altavoces. Además los auriculares al igual que los altavoces, se caracterizan por los siguientes parámetros técnicos: impedancia de entrada, distorsiones armónicas y rendimiento o sensibilidad en función de la frecuencia. De acuerdo a su principio de funcionamiento, los auriculares se clasifican en electromagnéticos, electrodinámicos y electrostáticos.

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Capítulo 3   

Los auriculares electromagnéticos son los más conocidos. Se utilizan en las comunicaciones telefónicas alámbricas y por radio, en los sistemas particulares de sonorización, por ejemplo, en la traducción sincronizada de discursos, en la recepción en salas con alto nivel de ruidos, en los audífonos, en los aparatos para sordos, etc.

Figura 3.11. a) Vista de auriculares con el resorte del casco 3,los tampones 1 y la cápula 2; b)Estructura del auricular: 1-imán; 2-expansiones polares; 3-bobinas; 4-diafragma; 5-volumen bajo el diafragma; 6-orificio en la junta; 7-junta; 8-entrehierros [10].

Los auriculares electromagnéticos se dividen en dos: de exterior o de casco y de casquillo u otófonos. Los primeros se aplican en la aurícula de la oreja; los segundos se introducen el ella o en el canal auditivo.

Figura 3.12. otófonos: a)vista general de dos tipos de otófonos; b) estructura de la cápsula del otófono; c)características de rendimientode los otófonos [10].

La estructura de los auriculares electrodinámicos no se distingue en nada de la de los micrófonos dinámicos, sólo su sistema magnético es menor. Su presentación exterior es parecida a la de los

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Capítulo 3   

auriculares electromagnéticos, pero son un poco más altos. Estos auriculares se utilizan para fines de medición y para el control auditivo de las transmisiones de difusión. Los auriculares electrodinámicos son convertidores reversibles y por lo tanto, pueden también emplearse como micrófonos. La estructura de los auriculares piezoeléctricos es análoga a la de los altavoces piezoeléctricos. En la actualidad prácticamente no se utilizan.

3.2 Amplificadores Operacionales Los amplificadores operacionales tienen dos terminales de entrada, donde una entrada genera una señal de salida invertida y, la otra, produce una señal de salida no invertida. A menudo, el amplificador operacional se alimenta con una fuente de doble (es decir, dos tensiones de alimentación, una positiva y otra negativa). Como se puede ver en la figura 3.13, un amplificador operacional típico tiene al menos cinco conexiones diferentes: una entrada inversora (etiquetada con un signo menos “-”), una entrada no inversora (etiquetada con un signo más, “+”), una salida de señal y dos entradas para las alimentaciones positiva y negativa. Este símbolo y sus conexiones asociadas son las típicas, pero eso no quiere decir que dicho símbolo sea el único utilizado. También se dispone una amplia variedad de dispositivos para el diseñador, que ofrecen características tales como: salidas diferenciales o funcionamiento con una fuente de alimentación unipolar. En cualquier caso, se utilizará algún tipo de triángulo como símbolo esquemático.

Figura 3.13. Símbolo general del amplificador operacional [11].

Los amplificadores operacionales son para aplicaciones de propósito general, es mucho más rápido y económico diseñar usando amplificadores operacionales que componentes discretos. Además, las restricciones en cuanto a encapsulados y los problemas de reparación pueden ser menores. Para aquellas aplicaciones que deban ofrecer mayores prestaciones, como las que precisen un ruido muy bajo, alta tensión y/o corriente de salida o un ancho de banda grande, los fabricantes han creado amplificadores operacionales especializados. [11] Existen muchas configuraciones para los amplificadores operacionales de las cuales sólo se explicará brevemente las que se utilizaron en este trabajo.

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3.2.1 Arreglos tipo Seguidor de voltaje A esta configuración también se le denomina como amplificador de ganancia unitaria donde el voltaje de entrada Vi se aplica directamente a la entrada Vp (entrada positiva). En este circuito el voltaje que existe entre las terminales (+) y (-) es de 0 y por lo tanto, V0= Vi Puede apreciarse que el voltaje de salida iguala al voltaje de entrada tanto en magnitud como en signo. Por lo tanto, como el nombre de este circuito lo indica, el voltaje de salida sigue al voltaje de entrada o de la fuente. La ganancia del voltaje es 1 como se muestra en la figura 3.14. [14]

Figura 3.14. Diagrama de un amplificador seguidor [13].

Amplificador inversor El modelo básico del amplificador inversor se muestra en la figura 3.15. Para conseguir que sea un amplificador de medida de tensión, se añade una resistencia de entrada Ri. Veamos cómo funciona el circuito: Verror es prácticamente cero, por lo que el potencial en la entrada inversora debe ser igual al potencial en la entrada no inversora. Esto significa que la entrada inversora está conectada a tierra (masa virtual) ya que la señal en ella es tan pequeña que es prácticamente despreciable. Debido a esto, también podemos decir que la impedancia vista mirando en este punto es 0. [11] R6 18kΩ R5

11

2

U1A

3

2

1kΩ

1

0

3 4

LM324AD

Figura 3.15. Diagrama de un amplificador inversor. (Obtenido del simulador multisim)

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Capítulo 3   

3.3 Filtros Un filtro es un circuito que impide la transferencia de un margen específico de frecuencias, es decir, un filtro es un circuito que sólo permite que pasen a través de él, determinadas frecuencias. Los filtros se emplean para eliminar componentes de frecuencia no deseables en señales de entrada complejas. Los usos de estos circuitos son muchos, entre los que se incluyen la supresión del zumbido de las líneas de alimentación, la reducción del ruido, las interferencias de alta y baja frecuencia. Un uso muy común de los filtros es la limitación del ancho de banda que, como se verá en este trabajo forma parte fundamental de cualquier sistema de conversión analógico-digital. Existen numerosas variantes en cuanto al diseño e implementación de los filtros. Las implementaciones de filtros se pueden clasificar en dos grandes grupos: filtros digitales y filtros analógicos. Los filtros digitales trabajan en el dominio digital, utilizando datos digitales como señales de entrada. La segunda categoría, los filtros analógicos, utiliza las técnicas estándar de los circuitos lineales para su construcción. La implementación de filtros analógicos se puede dividir en dos subcategorías: filtros pasivos y filtros activos. Los filtros pasivos sólo utilizan resistencias, bobinas y condensadores, mientras que los filtros activos usan dispositivos activos (es decir, transistores discretos o amplificadores operacionales). [11] En este trabajo solamente se utilizarán los filtros analógicos activos ya que el circuito está basado en amplificadores operacionales. Tipos de filtros Independientemente de cómo se construya un filtro, normalmente suelen corresponder a uno de los cuatro tipos básicos de respuesta. Estos tipos son: pasa-altas, pasa-bajas, pasa-banda y rechaza banda, que se explicarán a continuación.

3.3.1 Filtro Pasa Altas Un filtro pasa-altas sólo permite el paso a través de frecuencias por encima de una determinada frecuencia de corte. En otras palabras, atenúa las componentes de baja frecuencia. En la figura 3.16 se muestra su respuesta general en amplitud en función de la frecuencia. [11]

Figura 3.16. Respuesta del filtro pasa alto [11].

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3.3.2 Filtro Pasa Bajas Un filtro pasa-bajas actúa al contrario del filtro pasa-altas, es decir, sólo permite el paso de las señales de baja frecuencia, suprimiendo las componentes de alta frecuencia. Su respuesta se muestra en la figura 3.17.

Figura 3.17. Respuesta del filtro pasa bajas. [11].

3.3.3 Pasa Banda El filtro pasa-banda puede entenderse como una combinación de los filtros pasa-altas y pasabajas. Sólo, permite el paso a través de las frecuencias comprendidas dentro de un margen especificado. Su respuesta se muestra en la figura 3.18.

.

Figura 3.18. Respuesta del filtro pasa banda [11].

3.3.4 Filtro Rechaza Banda El inverso lógico es el filtro rechaza banda, que permite el paso a través de todas las frecuencias, con la excepción de un margen especifico de frecuencias. La respuesta en amplitud en función de la frecuencia se muestra en la figura 3.19.

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Capítulo 3   

Figura 3.19. Respuesta del filtro rechaza banda [11].

Cada diagrama consta de tres regiones básicas. El área plana es la región que la señal de entrada puede atravesar y se conoce como banda de paso. El extremo de la banda de paso viene indicado por la frecuencia de corte. La frecuencia de corte normalmente se define como el punto en el que la respuesta cae 3 dB respecto a su valor en la banda de paso. El área donde la señal de entrada se suprime completamente se denomina banda suprimida. La sección entre la banda de paso y la banda suprimida se denomina banda de transición. Estas secciones se indican en la figura 3.20 para el filtro pasobajo. [11]

Figura 3.20. Regiones de los filtros [11].

3.3.5 Filtros de retroalimentación Múltiple El filtro básico con realimentación múltiple es un filtro que contiene dos dispositivos reactivos, como se muestra en la figura 3.21. Dos de ellos crean la respuesta del filtro pasa-bajas (R1C1) y el otro crea la respuesta del filtro pasa-altas (R2C2). Debido a esto, las pendientes de atenuación son ±6 dB. La ganancia de pico para este circuito es

(1)

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Capítulo 3   

Figura 3.21. Filtro pasa banda con retroalimentación múltiple [11].

A partir de la ecuación (1) puede comprobar que los valores de Q altos producirán ganancias altas. Para un Q de 10, la ganancia de tensión será 200. Normalmente, se incluye un factor de seguridad de 10 con el fin de mantener una alta estabilidad y una baja distorsión. Combinando estos factores, podemos determinar la frecuencia f0dB mínima aceptable del amplificador operacional.

o, más directamente

En muchas aplicaciones, es preferible utilizar la versión de ganancia unidad. Esto no es especialmente complicado de conseguir: todo lo que hay que hacer es atenuar la señal de entrada por un factor igual a la ganancia de tensión del filtro. Dado que la magnitud de la ganancia del filtro es 2Q2, la atenuación será

3.4 Convertidor Analógico- Digital Como se puede ver en la fgura3.22 se muestra el diagrama a bloques simplificado de un conversor comercial. Este es el convertir analógico digital ADC0804. Las líneas de control indican al conversor A/DADC0804 que primero muestree y digitalice la tensión analógica de entrada. Segundo, las líneas de control indican al conversor A/D que genere la salida binaria de 8 bits.

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Capítulo 3   

Figura 3.22. Convertidor A/D

La salida de 8 bits será directamente proporcional a la tensión analógica de entrada. Si la tensión de entrada fuese 5 V, la salida binaria sería 11111111, pero si la tensión de entrada fuese 0 V, la salida binaria sería 00000000. El CI ADC0804 es un conversor A/D de aproximaciones sucesivas CMOS de 8 bits. El tiempo de conversión del CI ADC0804 es menor de 100 µs, y todas las entradas y salidas son compatibles TTL. Opera con una fuente de alimentación de 5 V, y puede manejar un rango completo de entradas analógicas de 0 a 5 V entre las terminales 6 y 7. El CI ADC0804 tiene un generador de reloj en el chip que sólo necesita un resistor y capacitor externo (ver figura 3.24). En la figura 3.24 se muestra un sencillo montaje de laboratorio utilizando el conversor A/D ADC0804. La tensión analógica de entrada se obtiene entre la parte móvil del potenciómetro de 10 kΩ y tierra. La resolución del conversor A/D es de la tensión analógica a escala completa (considerando 5 V ). Por cada incremento de 0,02 V

, la salida binaria aumenta en

1. Además, si la entrada analógica es igual a 0.1 V, la salida binaria será 00000101 (0.1 V/0.02 V = 5, y el decimal 5 = 00000101 en binario).

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Capítulo 3   

Figura 3.23. Circuito integrado A/D de 8 bits ADC0804.

La transición de ALTA a BAJA del pulso de reloj en la entrada WR del ADC0804 es cuando comienza el proceso de conversión. La salida binaria aparece 100µs más tarde en los indicadores de la derecha. Este conversor A/D puede hacer más de 5.000 conversiones por segundo. Las salidas son buffers de tres estados. El conversor A/D ADC0804 tiene una salida de interrupción (INTR) que sirve para indicar al sistema microprocesador cuándo termina la conversión analógica a digital. [19]

Figura 3.24. Montaje de un circuito con el A/D ADC0804

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Capítulo 3   

3.5 Montaje de Superficie

La tecnología SMD (Surface Mount Device) se emplea mucho actualmente en la industria. Consiste en soldar los componentes sobre la superficie del circuito impreso sin necesidad de realizar perforaciones (las pistas estarán en la misma cara que los componentes). Presenta bastantes ventajas para su utilización industrial, por simplificar el proceso de soldadura. Sin embargo, dependiendo del material de que se disponga, su soldadura manual puede ser muy complicada. Existen numerosos métodos de soldadura SMD. Algunos sólo son aplicables en fábrica (como la soldadura por vapor de estaño, por ola, o por baño), pero otras se pueden utilizar “artesanalmente” si se dispone del material adecuado. Mediante un soldador convencional Los componentes con una mayor separación entre patillas (por ejemplo, componentes discretos como resistencias, o integrados tipo SOIC) pueden ser muy sencillos de soldar mediante procedimientos similares a los utilizados con componentes “a través de agujero”. Como no hay un fijación mecánica entre el componente y la placa (como la que había al introducir la patilla por el agujero), es importante mantener el componente bien alineado sobre los pads. Para ello se puede agarrar con un palillo mientras se suelda la primera patilla, o se puede pegar de antemano con algún tipo de pegamento. Una vez el componente está fijo en su sitio se sueldan el resto de las patillas una a una. Si el componente tiene muchas patillas, o éstas están demasiado juntas (por ejemplo en integrados TQFP), aún es posible soldarlo con soldador, pero ya es más complicado. El primer problema es el alineamiento, ya que al ser la separación entre patillas tan estrecha es complicado dejarlo completamente alineado. Una vez fijado el componente a la placa, es imposible soldar cada patilla por separado, por lo que se aplica estaño sobre todas las patillas en conjunto, sin preocuparse por los cortocircuitos, para luego retirar el estaño sobrante utilizando cinta de desoldar. Mediante una estación de aire caliente Una estación de aire caliente es similar a una decapadora, aunque con una temperatura regulable y un flujo de aire mucho menor (y regulable). Con ella es posible soldar cómodamente casi cualquier componente SMD. En vez de estaño en hilo se utiliza pasta de estaño. Ésta consiste en microesferas de estaño, de unas micras de diámetro, suspendidas en una pasta de flux. Cuando se le aplica aire caliente, al llega a cierta temperatura el flux se licúa y se activa, limpiando las superficies. A una temperatura ligeramente superior se funde el estaño, soldando efectivamente el componente. Para soldar componentes discretos, con patillas muy separadas, o con patillas muy grandes, se pone una bolita de pasta en la placa en el sitio de cada pad. Si el componente tiene las patillas más juntas se colocan una tira de pasta a lo largo de todos los pads. La cantidad de pasta a depositar se aprenderá con la experiencia, pero hay bastante margen. Una vez estañados todos los pads, se coloca el componente encima aplastándolo contra la placa. Se repite el mismo proceso para todos los

36 

Elementos de Diseño

Capítulo 3   

componentes que se quieran montar en la placa. La pasta es algo viscosa, por lo que un componente colocado no se moverá a no ser que lo toquemos. Una vez colocados los componentes, se empieza a dar aire caliente por zonas. No se debe dejar la tobera quieta sobre un único punto, ya que podría provocar un calentamiento muy irregular y sería fácil dañar algún componente (no necesariamente aquel sobre el que está colocada la tobera). Debe moverse constantemente sobre una zona hasta que se funde el estaño, para entonces pasar a otra zona. La temperatura dependerá de lo delicados que sean los componentes a soldar y del tipo de pasta utilizado, pero suele rondar entre 300 y 400oC. Al calentar la pasta bajo un componente ocurren dos cosas. En primer lugar el flux se hace líquido y muy resbaladizo, lo que permite que el componente patine desplazándose de su sitio. Para evitarlo es necesario que el flujo de aire no sea demasiado fuerte, pero de todas formas un ligero desplazamiento tampoco suele suponer un problema. Después de la activación del flux se funde el estaño, y en ese momento, por adsorción los pines del componente y los pads de la placa se atraen fuertemente, por lo que el componente tenderá a volver a su sitio y dejar ed patinar (aún con el estaño fundido). Este efecto se nota tanto más cuantas más patillas tenga el componente, lo que hace que el alineamiento de los integrados antes de soldar no sea importante. En componentes discretos (como resistencias), a veces al calentarlo el componente se levanta quedando de pie sobre uno de sus pads. Eso suele indicar un exceso de estaño en ese pad. En un integrado el exceso de estaño se nota porque aparece una bolita cortocircuitando dos o más patillas. La falta de estaño es mucho más complicada de notar, y suele ser recomendable el uso de un microscopio o lupa potente. También puede ocurrir que el componente salga volando sobre la placa o se desplace de sus pads; en ese caso será necesario reducir el flujo de aire. Desoldar un componente mediante aire caliente es tan sencillo como soldarlo. Se aplica aire, y cuando el estaño se derrite se retira el componente. Existen unos adaptadores para la extracción de componentes, que están compuestos por una caja metálica para concentrar el aire en los pines del componente, y una ventosa (conectada a un generador de vacío) con un muelle que levanta el componente en el instante en que se derrite el estaño. Una vez terminada la placa, algunas veces quedan unas minúsculas bolitas de estaño aisladas, separadas de los pads. Es muy importante revisar el espacio entre las patillas de los componentes de menor separación entre pines para asegurarse de que esas bolitas no están formando un cortocircuito. Mediante un horno El método de soldadura SMD más elaborado es la soldadura por horno. El procedimiento es similar al de la soldadura por aire caliente, con la diferencia de que no se suelda por flujo de aire zona a zona, si no que una vez colocados todos los componentes de la placa, ésta se introduce en un horno de soldadura.

37 

Elementos de Diseño

Capítulo 3   

El horno debe programarse de modo que la temperatura interior siga una secuencia concreta. Los tiempos y temperaturas concretas pueden consultarse en la hoja de características de casi cualquier componente SMD, o en las notas de aplicación de los fabricantes. Presenta algunas ventajas sobre la soldadura por aire, como por ejemplo que se pueden soldar varias placas de una vez, o que como el calentamiento es homogéneo, la temperatura máxima alcanzada es inferior (hay componentes que no pueden ser soldados por aire y sí en horno). A cambio, tiene la desventaja de que no se puede utilizar para desoldar componentes. [15] AHORRO: Es posible adaptar un pequeño horno de casa utilizando un microcontrolador y un sensor de temperatura (generalmente un termopar) para regular la temperatura y las transiciones de forma precisa.

38 

 

“Obrar es fácil, pensar es difícil; pero obrar según se piensa, es aún más difícil” Johann W. Goethe

Diseño y Construcción

Capítulo 4   

Capitulo 4.Diseño y Construcción 4.1 Etapas del proyecto El proyecto está formado por varias etapas (ver figura 4.1). A continuación se describirá el funcionamiento de cada una de ellas .

Figura 4. 1. Diagrama a bloques del Sistema

39 

Diseño y Construcción

Capítulo 4   

Etapa de entrada (micrófono). Esta etapa, consta de un transductor que se encarga de capturar todas las señales analógicas de acuerdo a sus características físicas (apéndice A), en el proyecto se utilizó un micrófono de electret.

Figura 4.2. Micrófono de electret

Etapa de preamplificación. El preamplificador es una etapa que se usa generalmente para amplificar los voltajes débiles de señal que generan algunas fuentes de audio de baja salida. El dispositivo a utilizar es el amplificador operacional LM324 (apéndice B).

Figura 4.3. Circuito integrado LM324

V3

Rf

300mVpk 1kHz 4 0°

10kΩ 3 Ri

11

2

U1A

2

1kΩ

1

03 4

LM324AD

Figura 4.4. Diagrama de un amplificador inversor.

40 

Diseño y Construcción

Capítulo 4   

Seguidor de voltaje. En esta etapa se utiliza el mismo amplificador operacional (LM324) pero con la configuración de seguidor de voltaje, que como su nombre lo indica, lo que hace es seguir el voltaje que éste tiene a su entrada y a su vez sirve para mantener la corriente constante a su salida y con ello acoplar las etapas en donde se encuentra ubicado.

XFG1

1 11

U1A

2 1

2

3

0

4

LM324AD

Figura 4.5. Configuración seguidor de voltaje

Filtros Filtro Pasa-Banda con retroalimentación múltiple. Esta etapa trata de un filtro pasa banda activo, que sirve para seleccionar un rango de frecuencias (en este caso son las del rango audible que se encuentran entre 20 y 20KHz) en el cual va a trabajar este circuito; en cuanto a la parte de retroalimentación múltiple, ésta se refiere a que un mismo dispositivo (amplificador operacional LM324) tendrá varias retroalimentaciones al mismo tiempo, esto se hace con el fin de que el circuito sea más pequeño y ocupe el menor espacio posible y por ende reducirá los costos del mismo(ver figura 4.6). C2 33pF XFG1

R1

3

0 6

C1

R2 242kΩ

2

100pF R3 23.9kΩ

2

11

U1A 1

1

R4 1kΩ

5

242kΩ

V1 6V

0 R5 1kΩ

3 4

TL084ACD

7

Figura 4.6. Configuración del filtro pasa banda con retroalimentación múltiple.

41 

Diseño y Construcción

Capítulo 4   

Filtro Pasa-Altas. Esta etapa solamente ajusta y refuerza la señal para que se apegue al comportamiento de la curva de ponderación A (Anexo A). En el diseño de este circuito se utilizó un filtro pasa altas al cual se le hicieron los ajustes necesarios para moldear la respuesta del filtro y obtener los resultados mencionados anteriormente. R3 XFG1

36.5kΩ

3

11

U1A

4

2

C1

2

100nF

1 3

1

4

LM324AD

R4 124.7kΩ 0

Figura 4.7. Configuración del filtro pasa altas

Acoplamiento de señal Como se está trabajando con señales analógicas y éstas oscilan entre voltajes positivos y negativos y dado que la siguiente etapa es la de conversión analógica a digital y ésta solamente trabaja en un rango de 0 a 5volts, por lo tanto, se necesita una componente de corriente directa (cd) para ubicar la señal de corriente alterna (ca) dentro del rango antes mencionado. Primeramente se amplifica la señal de corriente alterna (para no amplificar la componente de cd), después de esto se inyectan las dos señales (ca y cd) a un sumador que coloque la señal de ca sobre 2.5vcd y para esto se hacen algunos ajustes en el circuito para aproximarlo a este valor.

R8

R7

R12

20kΩ

10kΩ

11

7

U2A

2

1kΩ

1

10

3

V2 6V 16

R13 1kΩ

4

14

LM324AD

R9

17

11

10kΩ

U2B 18

6

R10

7

10kΩ

5 4

LM324AD

0

0 R14 1kΩ

Figura 4.8. Acondicionamiento de la señal

42 

Diseño y Construcción

Capítulo 4   

Conversión Analógica a Digital. Para la conversión analógica digital se utilizó el convertidor analógico digital ADC0804 (apéndice C) para que éste digitalice todo lo que reciba. Se tendrá un medio de almacenamiento en una PC, para que nos permita ver los datos registrados durante algún tiempo y se puedan manipular mediante una interfaz en el puerto paralelo entre estos dos dispositivos.

Figura 4.9. Configuración convertidor ADC0804

Calibración Para lograr la comunicación entre los dos dispositivos mencionados anteriormente se hizo uso del software Microsoft Visual Studio C#; realizando el algoritmo deseado, lo que se consigue es la recepción y envío de datos de manera bidireccional entre los dispositivos interventores, así como almacenar los datos para modificarlos, y a su vez también poder analizarlos y posteriormente crear patrones para que cada vez que se envíen nuevos datos, éstos sean comparados con dichos patrones adecuándolas a las necesidades de las personas que tengan que utilizar este tipo de aparatos. El programa funciona de dos formas: La primera es en modo de captura, al cual se le asigna un tiempo y durante este periodo almacena los datos en un archivo .dat que podrán ser visualizados cuando se desee. La segunda función es en modo voltmetro. Aquí solamente podemos ver los valores que se están enviando desde el ADC hacia la computadora, éstos valores no se pueden guardar porque el archivo se haría muy grande.

43 

Diseño y Construcción

Capítulo 4   

Figura 4.10. Pantalla del programa

Conversión Digital a Analógica. Esta etapa va a convertir la señal digitalizada, ya sea directamente del ADC o de la PC (después de ser ajustada la señal o los datos almacenados en la misma), estos se colocan a la entrada del convertidor digital analógico para que sean procesados y los datos sean analógicos nuevamente.

Figura 4.11. Configuración del DAC

44 

Diseño y Construcción

Capítulo 4   

Control de Volumen Esta etapa controla la ganancia del sistema, manteniendo una retroalimentación con la entrada para darle la ganancia que se desee y así variar la intensidad de los sonidos de acuerdo a las necesidades de cada persona.

Figura 4.12. Control de ganancia.

Etapa de salida Finalmente, esta etapa consta de un transductor tipo altoparlante para que reproduzca y envíe los sonidos esperados al sistema auditivo; la característica principal de este dispositivo es que debe ser pequeño.

Figura 4.13. AUD-310

45 

Diseño y Construcción

Capítulo 4   

0

R2

1kΩ V1 5

1kΩ

R1

1

C1

6V Rf

V3 150mVpk 1kHz 0°

R3 6

3 11

Ri

4

100nF

10kΩ

2

160Ω U1B

11

U1A

2

1kΩ

R11

6

1

03

7

220kΩ

5

LM324AD

4

LM324AD

4

19 U1C

11

C2

9

9

8

100nF R22 47kΩ

8 10

LM324AD

4

0

R5 15

36.3kΩ 11

U1D

13

C4

12

14 12

47nF R7

R12

20kΩ R8

11

7

U2A

2

1kΩ

1

10

3

V2 6V 16

R13 1kΩ

4

14

LM324AD

R9

11

10kΩ

U2B 18

6

R10

7

10kΩ

LM324AD

0

10kΩ 17

4

R6 5.6kΩ

R4 15Ω 13

C3 220nF

5 4

LM324AD

0

0 R14 1kΩ

Figura 4.14. Diagrama del acondicionamiento de señal

46 

 

“La ciencia se compone de errores, que a su vez, son los pasos hacia la verdad” Julio Verne

Pruebas y Análisis de Resultados

Capítulo 5   

Capitulo 5. Pruebas y Análisis de Resultados Las pruebas se fueron haciendo en cada una de las etapas para observar a detalle el comportamiento del sistema en cada una de sus etapas.

5.1 Etapa de Preamplificación Tabla 5.1. Valores obtenidos en el Preamplificador

Vpp in (V) Vpp out (V) 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

0.0599 0.15 0.199 0.331 0.434 0.489 0.635 0.724 0.799 0.967 1.035 1.137 1.244 1.293 1.476 1.487 1.606 1.716 1.798 1.904 2.003 2.109 2.192 2.283 2.417 2.537 2.621 2.697 2.847 2.923 2.997 3.0712 3.1387 3.219 3.257 3.327 3.373 3.392

47 

Pruebas y Análisis de Resultados

Capítulo 5    Preamplificación

4

3.5

3

2.5

Voltaje de Salida (V)

2 Preamplificación 1.5

1

0

0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

0.5

Voltaje de Entrada (V) 

Figura 5.1.Gráfica de los valores obtenidos en la etapa de preamplificación

Como se puede apreciar, el preamplificador está trabajando de manera correcta, la respuesta que éste presenta es lineal y por lo tanto es adecuado para el sistema.

5.2 Seguidor de Voltaje Tabla 5.2. Valores obtenidos en el Seguidor de Voltaje

Vppin (V) 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

Vppout (V) 0.0498 0.0999 0.1898 0.2909 0.389 0.489 0.599 0.679 0.779 0.901 0.987 1.091 1.207 1.3 1.394

48 

Pruebas y Análisis de Resultados

Capítulo 5    1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

1.555 1.641 1.697 1.8 1.901 2 2.091 2.256 2.293 2.399 2.5 2.6 2.717 2.798 2.914 2.989 3.063 3.13 3.19 3.239 3.297 3.34 3.399

Seguidor de Voltaje 4

3.5

3

2.5

Voltaje de Salida (V)

2 Seguidor de Voltaje 1.5

1

0.5

0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

0

Voltaje de entrada (V)

Figura 5.2.Gráfica de los valores obtenidos en la etapa del seguidor de voltaje

49 

Pruebas y Análisis de Resultados

Capítulo 5   

El comportamiento que el seguidor de voltaje tiene, es el adecuado y está manteniendo los voltajes como se esperaba.

5.3 Filtro Pasa Banda

Tabla 5.3. Valores obtenidos en el Filtro Pasa Banda

FRECUENCIA (KHz) Vpp out (mV) 0.0125 0.025 0.05 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.4 12.8 25.6 51.2

0.42 0.842 1.01 1.07 1.08 1.08 1.08 1.08 1.07 1.03 0.899 0.63 0.32

Filtro Pasa Banda 1.2 1 0.8 Voltaje de salida (mV)

0.6 Filtro Pasa Banda por Bandas de Octava

0.4 0.2

6. 4 12 .8 25 .6 51 .2

3. 2

1. 6

0. 8

0. 4

0. 2

0. 1

0. 05

0. 01 2

5 0. 02 5

0

Frecuencia (KHz)

Figura 5.3.Gráfica de los valores obtenidos en la etapa del Filtro Pasa Banda

50 

Pruebas y Análisis de Resultados

Capítulo 5   

Como podemos ver en la tabla y la gráfica obtenida en el filtro Pasa Banda, se aprecia que el filtro se comporta de una manera adecuada, lo que indica que hasta aquí el circuito esta funcionando correctamente.

5.4 Filtro Pasa Altas

Tabla 5.4. Valores obtenidos en el Filtro Pasa Altas

FRECUENCIA Vpp out (mV) 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

0.0079 0.0251 0.0837 0.175 0.341 0.483 0.6 0.694 0.767 0.824 0.869 0.904 0.932 1.04 1.05 1.05 1.04 1.03 1.01 0.995 0.978 0.959 0.937 0.916 0.897 0.875 0.854 0.833 0.812 0.791 0.772 0.751 0.733

51 

Pruebas y Análisis de Resultados

Capítulo 5   

Filtro Pasa Altas 1.2 1 0.8 Voltaje de salida (mV)

0.6 Filtro Pasa Altas 0.4 0.2

19

21

17

15

13

9

11

7

5

3

1

0. 8

0. 4 0. 6

0. 2

0. 01 0. 05

0

Frecuencia (KHz)

Figura 5.4.Gráfica de los valores obtenidos en el Filtro Pasa Altas

En la figura anterior se puede ver que el comportamiento en frecuencia que tiene el filtro pasa altas es el adecuado (más aproximado) a la curva de ponderación A, lo que indica que los resultados obtenidos hasta esta parte del sistema son correctos.

5.5 Calibración En esta parte del proyecto se han hecho pruebas, de las cuales, los resultados obtenidos no han sido los esperados, es por esto que se han hecho algunas modificaciones a la etapa de acoplamiento del sistema para mejorar su respuesta y por lo tanto su funcionamiento y así, poder calibrarlo adecuadamente.

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“Me interesa el futuro porque en el voy a pasar el resto de mi vida” Nicolás Mancini

Análisis de Costos

Capítulo 6   

Capitulo 6. Análisis de Costos De acuerdo a datos obtenidos en PROFECO: El precio de estos aparatos depende de factores como el nivel de sordera, el tipo de tecnología (análoga o digital), la calidad del auxiliar, entre otros. En el siguiente cuadro se puede ver un comparativo de precios, donde se observan diferencias significativas. [20] Tabla 6.1. Comparativos de precios de auxiliares auditivos Comparativos de precios de Auxiliares Auditivos Nivel de Sordera Tipo de Auxiliar

Leve Desde

Intracanal Análogo

Moderada

Severa

Hasta

Desde

Hasta

Desde

Hasta

$4,000 $4,605

$1,950

$4,450

$4,700

$5,000

$6,200 $6,300

$3,700

$6,700

$5,700

$5,900

$395

$1,500

$1,950

Profunda Desde

Hasta

$2,950

$4,900

Interno Intracanal Digital

Curveta o retroauricular análogo Externo Curveta o retroauricular

$3,500 $13,500 $2,950 $16,000 $5,200 $16,000

digital

53 

Análisis de Costos

Capítulo 6   

Tabla 6.2 Costos Prototipo Cantidad 2 6 1 10 2 8 5 1 1 1 1 1 1 1 160 80

Costos Prototipo Componente Amplificador LM324 Capacitor cerámico Convertidor ADC Resistencia de 1/4 watt Resistencia de precisión de 1/4 de watt Trimpot Cable Telefónico (metros) Interfaz (header) Convertidor DAC Amplificador LM386 Micrófono de electret Buffer 74LS244 Miniplug hembra Audífono Hora Ingeniero Mano de obra por hora

Precio Unitario $ 5.50 $ 1.50 $ 50.00 $ 0.50 $ 2.00 $ 12.00 $ 2.00 $ 50.00 $ 50.00 $ 7.00 $ 10.00 $ 10.00 $ 50.00 $ 20.00 $ 100.00 $ 50.00

Subtotal $ 11.00 $ 9.00 $ 50.00 $ 5.00 $ 4.00 $ 96.00 $ 10.00 $ 50.00 $ 50.00 $ 7.00 $ 10.00 $ 10.00 $ 50.00 $ 20.00 $ 16,000.00 $ 4,000.00

Total $20,382.00

Después de haber obtenido los costos del proyecto, se decide que el costo del auxiliar auditivo será de aproximadamente $ 1,000.00. De acuerdo a los datos obtenidos en PROFECO y tomando como referencia el auxiliar auditivo externo digital para una sordera moderada que tiene un costo de $ 3,500.00 (ver tabla 6.1), el precio del prototipo es aproximadamente 3 veces menor que un auxiliar externo digital, esto indica que el proyecto es más económico que los que se encuentran en el mercado, actualmente.

54 

 

“Lo realmente importante no es llegar a la cima; sino saber mantenerse en ella” Louis Charles Alfred de Mussef

Conclusiones   

Conclusiones El oído es una parte fundamental del ser humano, siendo uno de los sentidos más importantes porque nos sirve para comunicarnos. Este sentido se adquiere desde el principio de la vida, con la voz de nuestra madre hasta el final de nuestros días, es por esto que se desarrollo este proyecto, para todas aquellas personas que han ido perdiendo este sentido tan indispensable puedan encontrar una solución a esta enfermedad. En el diseño y construcción de este proyecto se demuestra que se pueden manufacturar dispositivos de calidad con componentes que se encuentran en el mercado nacional y por lo tanto económico a diferencia de otros auxiliares auditivos que son de tecnología extranjera. Durante el desarrollo de cada una de las etapas del sistema, se hicieron diferentes pruebas (de manera separada), donde se observó el comportamiento de las mismas para analizar los resultados y realizar las modificaciones necesarias. Posteriormente se fueron uniendo las etapas al sistema y nuevamente se realizaron pruebas para verificar su funcionamiento y hacer nuevos ajustes ya que al unirlas, el sistema llegaba a presentar algunas variaciones a la salida. La parte fundamental de este proyecto es la propuesta de utilizar dispositivos digitales. En lo que respecta a la calibración del sistema, se requirió del uso de algún dispositivo de almacenamiento y para esto se eligió una PC que mediante el puerto paralelo y una interfaz gráfica ayudara a capturar y mostrar los datos que recibe del convertidor para ser analizados y modificados según sea necesario. El buen funcionamiento de la etapa depende de la cantidad de datos que reciba el convertidor en determinado tiempo y esto se determina introduciendo una frecuencia de muestreo deseada.

Trabajo a futuro Se deja abierta la posibilidad de utilizar otro dispositivo con características digitales y que el procesamiento sea más rápido y autónomo para que el sistema se adapte a las necesidades de cada persona que padezca sordera. Hacer que el sistema trabaje con un ahorrador de energía, es decir, que el sistema solamente trabaje cuando éste detecte algún sonido mínimo ya preestablecido, por lo tanto, esto también ayuda a que la duración de las baterías sea prolongada y al mismo tiempo contribuir con la ecología.

55 

Bibliografía   

Bibliografía [1] “Historia de los micrófonos”. Disponible en: http://www.mah.org.ar/info_histaudif.htm [2] “Partes del oído”. Disponible en: www.centroauditivoleones.com/audicion.htm. [3] “Audición, oticon”. Disponible en: www.atlas.oticon.es/eprise/main/Oticon/ ES_es/SEC_AboutHearing/LearnAboutHearing/Products/SEC_Atlas/AboutHearing/Medi calAspects/REUSE02_HowDoesTheEarWork. [4] “Hipoacusia”. Disponible en: www.comaudi.com/auxiliares/hipo.php. [5] “Enfermedades del oído”. Disponible en: es.wikipedia.org/wiki/Sordera. [6] “Partes de un auxiliar auditivo”. Disponible en: compugente.com/nuestroshijoshablaran/auxiliares/index.php?recordID=37. [7] “Radiografía de un auxiliar auditivo”. Disponible en: www.bradingrao.com/hearaids.htm. [8] “Tipos de auxiliares auditivos”. Disponible en: www.dresanchez.com/New_Site/Site_Spanish/hearing_aids_espanol.htm. [9] “Electroacústica altavoces y mediciones”, Pueo Ortega Basilio, ed. Pearson Educación, Madrid, 2003, capitulo 5: Micrófonos, capitulo 6: Altavoces. [10] “Electroacústica”, Saposhkov M.A. ed. Reverté, 1983, capitulo 5: Micrófonos, capitulo 6: altavoces y auriculares. [11] “Operational Amplifiers and linear Integrated Circuits: Theory and Aplications”, M Fiore James, Nest publishing company, 1992, Capitulo 2, 3, 4, 11, 12. [12] “Figuras, tipos de micrófonos”. Disponible en: www.ehu.es/acustica/espanol/electricidad/transes/transes.html [13] “Amplificadores Operacionales y filtros activos”, Pertenece Junior Antonio, mc grawhill 1991 pp 144 protección contra ruidos de la fuente de alimentación pp188 – 191 filtros de retroalimentación múltiple. [14] “Amplificadores Operacionales y Circuitos integrados lineales”, Coughlin Robert F., Prentice Hall hispanoamericana S.A. 1993, Capitulo 3: Amplificadores inversores y no inversores, Capitulo 11: Filtros activos., Capitulo 14; DAC, ADC. [15] “Montaje de Superficie”. Disponible en: www.garcia-cuervo.com/picmania.garciacuervo.net/recursos/RedPicTutorials/Fabricacion%20PCB/PCBs_preliminar.pdf

56 

Bibliografía    [16] Adecuación de señales de voz al procesador TMS32010, Octubre 1987, Tesis para obtener el grado de Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica. [17] Hernández Pérez Edmundo, Detección de superficies continuas por medio de ondas ultrasónicas, Agosto 2005, Tesis para obtener el grado de Maestro en Ciencias en Ingeniería Electrónica. [18] Jiménez Hernández Mario, Detección por medio de ondas ultrasónicas el entorno en la trayectoria de un móvil, Agosto 2007, Tesis para obtener el grado de Maestro en Ciencias en Ingeniería Electrónica. [19] “Principios Digitales”, Tokheim l. Roger, Mc. Graw Hill, 3ra edicion, pp. 148-152. [20] “Tabla comparativa” . disponible en: www.profeco.gob.mx/encuesta/brujula/bruj_2006/bol14_auditivos1.asp. [21] www.national.com [22] www.datsheetcatalog.com

57 

Apéndice   

Apéndice A. Hojas de Esp ecificaciones del micróf on o electret

58 

Apéndice   

59 

Apéndice   

Apéndice B. H oja de Especificación del Amplificador Operacional LM324

60 

Apéndice   

Apéndice C. Hojas de Especificaciones del ADC0804

61 

Apéndice   

62 

Apéndice   

Apéndice D. Especificaciones Técnicas del audífono AUD-310

63 

Apéndice   

Apéndice E. Especificaciones Técn icas del DAC0808

64 

Anexo   

Anexo A. Curva de Ponderación A Curvas de ponderación Respuesta relativa para los medidores de nivel sonoro Las respuestas en dB se expresan en forma relativa con respecto a la respuesta a 1,000 Hz.

Frecuencia en HZ

Curva A

Curva B

Curva C

Curva D

10.0 12.5 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 80.0 100.0 125.0 160.0 200.0 250.0 315.0 400.0 500.0 630.0 800.0 1,000.0 1,250.0 1,600.0 2,000.0 2,500.0 3,150.0 4,000.0 5,000.0 6,300.0 8,000.0 10,000.0 12,500.0 16,000.0 20,000.0

-70.4 -63.4 -56.7 -50.5 -44.7 -39.4 -34.6 -30.2 -26.2 -22.5 -19.1 -16.1 -13.0 -10.9 -8.6 -6.6 -4.8 -3.2 -1.9 -0.8 0.0 0.6 1.0 1.2 1.3 1.2 1.0 0.5 -0.1 -1.1 -2.5 -4.3 -6.6 -9.3

-38.2 -33.2 -28.5 -24.2 -20.4 -17.1 -14.2 -11.6 -9.3 -7.4 -5.6 -4.2 -3.0 -2.0 -1.3 -0.8 -0.5 -0.1 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.1 -0.2 -0.4 -0.7 -1.2 -1.9 -2.9 -4.3 -6.1 -8.4 -11.1

-14.3 -11.2 -8.5 -6.2 -4.4 -3.0 -2.0 -1.3 -0.8 -0.5 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.5 -0.8 -1,3 -2.0 -3.0 -4.4 -6.2 -8.5 -11.2

-26.5 -24.5 -22.5 -20.5 -18.5 -16.5 -14.5 -12.5 -11.0 -9.0 -7.5 -6.0 -4.5 -3.0 -2.0 -0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 5.5 8.0 10.0 11.0 11.0 10.0 8.5 6.0 3.0 0.0 -4.0 -7.5

65 

Anexo   

Curva de Ponderación A

66