Phonak Insight Roger El nuevo estándar en tecnología inalámbrica

Phonak Insight
Roger
El nuevo estándar en tecnología inalámbrica
Roger es un nuevo estándar en tecnología inalámbrica. En los próximos años, surgirán plataformas y productos basados en Roger.
Este folleto describe los detalles y los fundamentos de la tecnología Roger. Roger permite la transmisión de audio de banda
ancha fiel, con un retardo despreciable hacia los receptores miniatura de baja potencia, que se pueden conectar con audífonos o
procesadores de sonido de implantes cocleares, así como transmitir a altavoces de campo libre. Roger es mucho más que un simple
sistema de radio digital. Los sofisticados algoritmos adaptativos en los diferentes niveles de la arquitectura de Roger le otorgan un
nivel de rendimiento que anteriormente se consideraba físicamente imposible. Al mismo tiempo, las funciones automáticas y los
conceptos simples de emparejamiento hacen que la gestión y el uso de los sistemas Roger sean muy sencillos.
Motivos del nuevo estándar
La elección de la tecnología de transmisión en el desarrollo de un
nuevo estándar inalámbrico tiene un gran impacto en varias funciones importantes de las plataformas y productos finales. La siguiente
lista de preguntas ha impulsado a Phonak a desarrollar un nuevo
estándar en tecnología inalámbrica desde cero en lugar de escoger
una opción ya disponible.
• ¿Es posible ir más allá en el rendimiento de la mejor tecnología
disponible hoy en día, en lo referente al reconocimiento de voz en
ruido, a distancia y con reverberación?
• ¿Es posible reducir la complejidad de la configuración, la gestión
y el uso de los sistemas inalámbricos para las personas con
­pérdida auditiva?
• ¿Es posible desarrollar un nuevo estándar tecnológico que no
provoque la anulación de las antiguas inversiones de las escuelas,
sino que les permita cambiar gradualmente al nuevo estándar?
• ¿Es posible desarrollar un nuevo estándar que ofrezca una compatibilidad completa y perfecta con otras marcas de audífonos,
con todas las marcas de implantes cocleares, con soluciones para
personas con una audición normal y con sistemas de campo libre de sonido?
• ¿Es posible aumentar el ancho de banda de audio y mantener el retardo de audio de principio a fin del nuevo estándar dentro
de los límites aceptables?
• ¿Es posible reducir el umbral mínimo de ruido y mejorar el rango
dinámico del sistema en el ámbito del audio?
• ¿En general, es posible evitar los puntos muertos de una sala
donde el micrófono inalámbrico no alcanza al receptor?
• ¿Es posible que el nuevo estándar evite interferencias de sistemas
cercanos similares o de cualquier otro aparato como redes WiFi
(2,4 GHz), iluminaciones (interferencias inductivas de baja
­frecuencia), dispositivos Bluetooth (2,4 GHz), diferentes generaciones de redes GSM (de 800 a 900 MHz) o de la luz del sol (como sucede a menudo con los sistemas infrarrojos)?
• ¿Es posible crear un estándar que pueda tanto enviar como
­recibir?
• ¿Es posible enviar datos de control junto con la transmisión de
audio?
• ¿Es posible crear un estándar tecnológico para todo el mundo,
que ofrezca a los usuarios la libertad de viajar y utilizar sus
­sistemas en cualquier lugar, sin tener que cambiar de canal y
que pueda ser reparado en cualquier sitio?
Con la tecnología existente solo podíamos responder positivamente
a algunas de estas preguntas, pero ninguna tecnología existente
podía responder a todas ellas, especialmente a las cuatro primeras
preguntas de esta larga lista. Sin duda, la pregunta más importante:
¿se puede mejorar todavía más la comprensión verbal en ruido?,
­requiere un nuevo enfoque. Esto ha inspirado a Phonak a desarrollar
un nuevo estándar con la intención de no realizar ninguna concesión.
Nos ha llevado muchos años y un gran número de audioprotesistas e ingenieros han trabajado en microelectrónica, software, acústica,
radiofrecuencia, protocolos y diseño mecánico para desarrollar un
nuevo estándar: Roger.
Tecnología inalámbrica adaptativa digital a 2,4 GHz
2
Phonak Insight | Roger – el nuevo estándar en tecnología inalámbrica
pero el retardo de audio de más de 100 ms impide que sea adecuado
para la comunicación cara a cara. Este retardo solo se puede reducir
con chips Bluetooth especiales en ambos lados, a unos 40 ms.
­Además, el protocolo Bluetooth A2DP solo permite un receptor y el consumo de energía en ese receptor es aún mayor que en el
­protocolo de auriculares.
Frecuencia [MHz]
Roger es una tecnología de transmisión inalámbrica digital adaptativa que utiliza una banda de 2,4 GHz. Las señales de audio se
digitalizan y transmiten en ráfagas digitales de códigos (paquetes)
muy cortas (160 μs) y se emiten varias veces, cada una en canales
diferentes de entre 2,4000 y 2,4835 GHz. El salto de frecuencia
­entre canales, junto con una transmisión repetitiva, evita problemas
de interferencias. El retardo de audio de principio a fin está bastante
por debajo de 25 ms y los sistemas de Roger están protegidos contra las intercepciones.
El salto de frecuencia que utiliza Roger es adaptativo, lo que significa
que solo se utilizan canales libres. Roger recibe periódicamente
­información en los micrófonos transmisores inalámbricos, que informan al sistema sobre qué canales están continuamente ocupados
(por un sistema cercano que opera a 2,4 GHz, como una red WiFi) y qué canales están libres. A continuación, el micrófono inalámbrico
Roger “salta” automáticamente por estos canales ocupados. Los
­micrófonos inalámbricos Roger también pueden sentir la presencia
de una red WiFi y responder de manera adecuada.
Los cálculos de simulación del peor escenario con un sistema Roger
en bloques pegados de 8 x 8 x 2 metros revelaron que no se pro­
ducen autointerferencias. Es decir, no hay un límite en el número de
sistemas Roger que se pueden utilizar en un edificio.
Si, a pesar de los esfuerzos, no se recibe un paquete de audio Roger
correctamente, los algoritmos inteligentes de ocultación de pérdida
de paquetes en el lado del receptor “llenan las lagunas” para garantizar una calidad de sonido y un confort auditivo inmejorables.
Por el contrario, con Bluetooth la repetición de la transmisión del
paquete solo se produce a petición de receptor, o incluso sin
­repetición con el protocolo SCO (usado en los primeros receptores).
Si el transmisor Bluetooth no confirma la recepción del paquete, el paquete se transmite de nuevo. Esto significa que los receptores
Bluetooth están transmitiendo casi de manera continua al trans­
misor, lo que aumenta significativamente el consumo de energía en el receptor Bluetooth. Con Bluetooth, el número máximo de
­receptores también está limitado a tres, lo que significa que incluso
dos usuarios con receptores Bluetooth binaurales no pueden escuchar la misma transmisión Bluetooth, por no mencionar grupos más
numerosos. En el protocolo de auriculares Bluetooth, el retardo de
audio todavía es aceptable (de 10 a 15 ms), pero el ancho de banda
de audio está a menudo limitado (hasta 4 kHz), a menos que se
­utilice la función de “habla en banda ancha” de la versión manos libres 1.6, que puede alcanzar los 7 kHz. En el protocolo de transmisión
de audio Bluetooth, A2DP, el ancho de banda aumenta a 20 kHz,
Tiempo [ms]
Ilus. 1
Mediante el salto de frecuencias y la transmisión repetitiva de paquetes de audio, se
puede minimizar la interferencia mutua.
Los sistemas Roger transmiten paquetes de audio a diferentes canales
dentro de la banda de 2,4 GHz (entre 2,4000 y 2,4385 GHz) lo que
significa que están seleccionadas diferentes longitudes de onda
portadora. Un receptor puede recibir estos paquetes directamente
mediante la línea visual, pero también mediante una ruta diferente
cuando las ondas de radio electromagnéticas se reflejan en las paredes, el suelo o el techo. Las diferentes longitudes de las diferentes
rutas de señales pueden mejorar o reducir la intensidad del campo
electromagnético en la posición de la antena receptora, en función
de las diferencias de fase y amplitud de las diferentes ondas. Este
comportamiento de interferencia depende de la longitud de onda.
Si se seleccionan aleatoriamente los diferentes canales en los que se
transmite un paquete de audio, se reduce de alguna forma la posibilidad de que todas las ondas se cancelen entre sí en la antena
receptora debido al debilitamiento de varias rutas si se utiliza más
de una antena receptora. En otras palabras, si una de las antenas
El chip Roger
Para los receptores miniaturizados a nivel del oído, Phonak creó un chip Roger (consulte la ilustración 3) ya que ningún circuito integrado existente podía satisfacer esta demanda. El chip Roger
contiene 6,8 millones de transistores (un procesador Pentium Pro
tiene 5,5 millones). Los bloques digitales y analógicos están ubicados
cerca de los bloques RAM, ROM, EEPROM y de memoria Flash en un chip minúsculo.
Ilus. 3
El microchip Roger.
F3
F2
F1
Diversidad
espacial
Diversidad de la frecuencia
sufre un debilitamiento de varias rutas (si recibe señales que se
cancelan entre sí), hay una gran probabilidad de que la otra antena
no sufra este debilitamiento.
En resumen, la mitigación de la interferencia se alcanza mediante la
diversidad temporal (transmitiendo paquetes de audio varias veces
uno tras otro), la diversidad de la frecuencia (transmitiendo paquetes de audio en diferentes longitudes de onda portadora, mejorando
la posibilidad de que si un paquete se cancela cuando se recibe, no
se cancele otro paquete) y, en el caso de Roger Dynamic SoundField,
también mediante la diversidad espacial (empleando dos antenas
receptoras separadas en el espacio, lo que optimiza la recepción).
(Consulte la ilustración 2).
Roger ofrece un ancho de banda de frecuencia de audio completo,
de 200 Hz a 7.300 Hz. La relación señal/ruido interna del sistema es
de aproximadamente 55 dB.
Con Roger no se necesita ninguna línea visual ya que cuenta con
muchos sistemas infrarrojos y no se pueden producir interferencias
del sol ni de otras fuentes lumínicas potentes.
F3
F2
F1
F3
F2
Diversidad temporal
F1
Ilus. 2
Mitigación de la interferencia por la diversidad de tiempo, frecuencia y espacio.
Con Roger no solo es posible transmitir una señal de audio, sino
también transmitir y recibir datos de control, como por ejemplo los
requeridos al configurar y/o realizar el mantenimiento de una Red
MultiTransmisor y monitorizar continuamente varios componentes
de red para garantizar un funcionamiento adecuado.
Las ondas electromagnéticas a 2,4 GHz tienen una longitud de onda
de alrededor de 12,5 cm. Esto permite diseñar micrófonos inalámbricos pequeños y nuevos con antenas integradas pequeñas. A 800
MHz, la longitud de onda es de 37,5 cm y a 200 MHz (en el rango
de frecuencia FM tradicional) la longitud es de 1,5 m, lo que requiere, por ejemplo, que el cable del micrófono externo sea una antena
de radio.
Rendimiento en ruido
Los micrófonos inalámbricos Roger calculan continuamente el nivel
de ruido ambiental con la mayor precisión. Estas mediciones con­
trolan a su vez la ganancia de los receptores Roger. En paralelo a la
señal de audio de banda ancha, se envían bits de control a los
­receptores Roger para ajustar de forma adaptativa la ganancia de
forma que se adecue al entorno acústico en el que se utiliza el
­sistema ­Roger. El rango de adaptación es mayor que en Dynamic
FM. Este comportamiento dinámico avanzado ha dado lugar a
­mejoras significativas en el reconocimiento verbal en ruido, especialmente a altos niveles de ruido de hasta 80 dB(A) (niveles de
ruido que son bastante comunes en la vida diaria, especialmente en
sitios públicos y en el lugar de trabajo). Los resultados de los estudios
relacionados, llevados a cabo por los doctores Linda Thibodeau y Jace Wolfe, se resumen en dos ediciones de Phonak Field Study
News (Noticias sobre estudios de campo de Phonak): “Roger for
Hearing Instruments (Roger para audífonos)” y “Roger for Cochlear
Implants (Roger para implantes cocleares)”. La ilustración 4 muestra
los resultados principales del estudio de la doctora Thibodeau.
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3
FM tradicional
Dynamic FM
Modo de transmisión doble
Roger
Porcentaje de palabras correctas (HINT)
100
Los micrófonos escolares inalámbricos inspiro y DynaMic son
­capaces de transmitir ondas de radio FM Dynamic a receptores FM
Dynamic y ondas Roger a receptores Roger y Roger Dynamic
­SoundField. Este modo de transmisión doble permite a las escuelas
eliminar gradualmente los receptores Dynamic FM y adaptarse a los receptores Roger. (Nota: el micrófono inspiro en cuestión debe
ser inspiro Premium (versión de firmware 3.0 o superior). Para
­DynaMic se necesitan versiones de firmware idénticas). Una actua­
lización de firmware a la versión 4.0 ofrece a estos micrófonos
inalámbricos capacidades del modo de transmisión doble. Lo mismo
ocurre con inspiro AudioHub.
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Quiet
50
55
60
65
70
75
80
Nivel de ruido ambiente (dB(A))
Además de este comportamiento dinámico innovador, Roger también
utiliza un nuevo algoritmo avanzado para la formación de haces en el micrófono inalámbrico. Este formador de haces es capaz de suprimir el ruido de ambos lados (izquierdo y derecho) simultáneamente,
sin introducir una distorsión o unos cambios de respuesta en
­frecuencia inaceptables. En el caso de los micrófonos inalámbricos
en entornos muy ruidosos, este formador de haces mejora signi­
ficativamente la relación señal/ruido en el origen, lo que mejora la
inteligibilidad para el usuario.
Facilidad de gestión y uso de Roger
Una de las barreras para comprender la tecnología inalámbrica ha sido su complejidad (o aparente complejidad). La gestión de
­soluciones inalámbricas en el entorno escolar también ha sido una
carga, ya que requería un software de adaptación especial para
­ubicar y programar el micrófono y los canales del receptor. Con
­Roger, ya no es necesario planificar y programar la frecuencia. La instalación de la red es rápida, simple y muy sencilla. El empare­
jamiento de un Roger inspiro con un altavoz Roger Dynamic
SoundField es igual de simple, solo hay que pulsar un botón y una vez emparejados, se mantienen así (incluso tras apagar los
­dispositivos).
4
Phonak Insight | Roger – el nuevo estándar en tecnología inalámbrica
Consumo de energía
El consumo de energía se encuentra dentro de unos límites razonables tanto para los micrófonos inalámbricos Roger como para los
receptores Roger. Un micrófono inalámbrico escolar Roger totalmente cargado durará entre 7 y 8 horas si funciona en el modo de
transmisión doble; lo suficiente para cubrir un día entero de clase.
Un receptor miniatura a nivel del oído Roger en modo activo
­consume alrededor de 3 mA. Una batería de audífono puede suministrar esta potencia normalmente sin problemas.
Libertad para viajar
Puesto que 2,4 GHZ es una banda accesible en todo el mundo
­(denominada banda ISM: Industry, Science and Medical), no es necesaria una licencia. Esto significa que los usuarios de sistemas
Roger tienen libertad para viajar y utilizar sus sistemas por todo el
mundo. El mantenimiento de los sistemas Roger también es más
simple, ya que el estándar es el mismo en todos los países.
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Ilus. 4
Porcentaje de resultados correctos HINT de palabras correctas totales en función del
nivel de ruido de FM tradicional, Dynamic FM y Roger. La distancia entre el altavoz
que genera el sonido y el usuario era de 5,5 m. N = 11. A un nivel de ruido de 80 dB(A)
9 de los participantes obtuvieron un resultado inferior al 10% con el FM tradicional,
6 obtuvieron menos del 10% con Dynamic FM y solo uno obtuvo menos del 10% con
Roger.