Métodos para medir el Funcionamiento de los Audífonos

MÉTODOS PARA MEDIR EL FUNCIONAMIENTO DE LOS AUDÍFONOS.
Han sido desarrollados diferentes métodos para permitir una comparación más exacta
entre diferentes audífonos, marcas y una mayor comprensión de los mismos.
Las normas de medición más utilizadas son:
ANSI (AMERICAN NATIONAL STANDARS INSTITUTE)
HAIC (HEARING AID INDUSTRY CONFERENCE)
IEC (INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMISSION)
También existen normas alemanas y japonesas, que
tienden a seguir a las mencionadas anteriormente con
pequeñas diferencias.
Como las mediciones de potencia de salida, ganancia,
respuesta en frecuencia, etc.
Se realizan con
metodologías y cavidades diferentes según que norma
se trabaja, es muy importante no olvidar que para
comparar y adaptar audífonos se debe tener datos
Acoplador CIC
técnicos de los mismos obtenidos en las mismas
condiciones, es decir, utilizando datos medidos con la misma norma.
Acopladores de Audífono.
Son también conocidos como oídos artificiales. Estos
consisten en un dispositivo necesario para conectar un
audífono a un micrófono de medición.
Acoplador de 2 cc.
El campo de la selección de audífonos se halla en pleno
desarrollo, paralelamente a la evolución y
perfeccionamiento electroacústico de los mismos.
Acoplador HA- 2
Las primeras mediciones de audífonos se realizaron en
los años 40 con el oído artificial, utilizando un acoplador de 2cc de paredes duras, que
todavía está en uso (ANSI). Se eligió el volumen de 2cc
porque se consideraba que el conducto auditivo sin ocluir
contenía aproximadamente 4cc de aire, y con un molde
estándar se reducía a 2cc. Este acoplador introducido por
Romanow, no pude considerarse un simulador de oído
pues la curva de respuesta obtenida no se correlaciona
con la respuesta del oído. Solo sirve para verificar que el
sistema de amplificación enviado por los fabricantes está
dentro de las especificaciones.
Existen dos tipos de acoplador de 2cc, el HA-1 utilizado para mediciones de audífonos
de bolsillo y retroauriculares (BTE) y el HA-2 para mediciones en audífonos intra
canales e intrauriculares (ITE, ITC) o peritimpánicos (CIC), para todo tipo de tecnología
de audífonos.
Acoplador HA- 1
Posteriormente se han desarrollado acopladores con un volumen menor, ya que las
pruebas en oído real han demostrado que el volumen del conducto ocluido es mucho
menor que 2cc. Este acoplador sin embargo tiene la ventaja de estar difundido
mundialmente por lo que se hace posible la comparación entre audífonos, así que su uso
seguirá por muchos años.
El Acoplador de 1.2 cc ó Acoplador de Zwislocki 711.
La insatisfacción general de las mediciones llevó a Zwislocki, en 1970 a desarrollar un
puente acústico más aproximado a la realidad. Este acoplador (conocido como IEC
711) reproduce la impedancia del tímpano de un oído adulto típico y su volumen es
similar al que queda cuando se ocluye el conducto auditivo externo con un molde (1.2
cc).
En 1972 Knowles Electronics, reconociendo
las limitaciones todavía existentes, desarrolló
un maniquí antropométrico llamado KEMAR
(Knowles Electronics Manikin for Acoustic
Research), que consiste en una cabeza y torso
humano con las dimensiones de un adulto
promedio, incluyendo pabellón y conducto
auditivo, en cuyo extremo, a nivel timpánico,
se sitúa el puente acústico de Zwislocki.
Con la ayuda de KEMAR es posible obtener
Analizador de oído real y cámara anecoica
valoraciones objetivas que tienen en cuenta la
resonancia del conducto auditivo externo y
los efectos de difracción de cabeza y torso. Debe ser utilizado en una cámara anecoica
(en este tipo de cabina no hay sonido, o sea el ruido de fondo es igual a cero al igual que
la reflexión de ondas sonoras, por lo cual se diferencia de las cabinas insonorizadas ya
que estas sí permiten un nivel de ruido de fondo.)
En los últimos años el mayor uso de modificaciones en los moldes (ventilaciones,
cámaras, bocinas y filtros) para variar la señal acústica, ha aumentado enormemente la
necesidad de mediciones del rendimiento del audífono en el CAE del paciente. Estas
mediciones reflejan no sólo la salida del otoamplífono sino también las características
de impedancia del oído. Las técnicas de medición de ganancia de inserción dan una
oportunidad de examinar estas interacciones en el caso de los audífonos análogos. Esto
será estudiado con mayor detenimiento en el capítulo de adaptación de audífonos.
Conceptos Básicos sobre el funcionamiento de los Audífonos. (ANSI S3.22 1982)
Las características Electroacústicas de los audífonos pueden extraerse de la siguiente
fórmula básica:
Entrada + Ganancia = Salida
Entrada: Es la cantidad de energía sonora que entra al audífono por el micrófono, se
mide en decibeles SPL.
Ganancia Acústica: Es la cantidad en dB SPL que la presión sonora en el amplificador
excede la Presión Sonora recibida por el micrófono.
60 + ? = 110 Ganancia = 50 porque la ganancia es la salida menos la entrada.
Saturación: Es también conocida como potencia máxima de salida (MPO), y Nivel de
Presión Sonora de Saturación (SSPL). Es el máximo de presión sonora que el audífono
puede dar con una ganancia y frecuencia dadas además del nivel de entrada.
Je:
Entrada = 30 + Ganancia = 50 = Salida 80 dB
SPL.
40
50
90
50
50
100
60
50
110
70
50
120
80
50
130
90
50
130
100
50
130
En este ejemplo el Nivel de
Presión Sonora de Saturación se
alcanza con un nivel de entrada
de 80 dB SPL. Nótese que a
pesar de los cambios en el nivel
de entrada, la salida permanece
constante pues es el máximo que
puede dar el audífono.
Respuesta de Frecuencia: Un
audífono no amplifica todas las
frecuencias por igual. La curva de respuesta resultante depende de la combinación de
las respuestas de distintos componentes como el micrófono, el amplificador y el
receptor. La curva muestra la ganancia relativa en función de una constante de entrada
(1) y frecuencia (2). Para determinar el rango frecuencial debe seguirse el siguiente
procedimiento:
1- Determinar el promedio de respuesta
frecuencial para 1,1.6 y 2.5 Khz.
2- Sustraer 20 dB
3- Dibuje una línea horizontal paralela al eje
de las frecuencias con el nivel reducido.
4- El rango irá desde el punto en que la
curva interseca la línea horizontal en las
bajas frecuencias hasta el punto en donde
la curva de respuesta interseque las altas
frecuencias
Distorsión: Es la falla que tenga el
sistema en reproducir fielmente la
señal en su forma de onda acústica.
Es por definición, cualquier señal,
componente o característica presente
en la salida y que no está presente en
la entrada. Existen varios tipos: la
nolineal, frecuencial, de fase,
transitoria y el ruido.
Relación Señal / Ruido: Es la diferencia en decibeles entre la señal y el ruido en un
sistema. Es usada para determinar el nivel de ruido inherente en un audífono.
Sistemas Limitadores
Los audífonos poseen circuitos que permiten a los pacientes sobrellevar los problemas
ocasionados por una pobre tolerancia a los sonidos fuertes o un reducido rango
dinámico de audición aceptable. Estos circuitos forman los llamados sistemas
limitadores, que causan una reducción de la ganancia del audífono o bien una limitación
en la potencia de salida del audífono, cuando los niveles del sonido alcanzan un
determinado valor.
Amplificación Lineal.
Cualquier amplificador que ante el cambio en la potencia de entrada produce el mismo
cambio en la potencia de salida. La ganancia es constante sobre todo el rango de
operación.
Si el nivel de entrada sigue aumentando se alcanza la saturación y a partir de allí no se
siguen produciendo aumentos en la potencia de salida y el audífono deja de amplificar
linealmente.
Los circuitos limitadores se pueden dividir en dos grandes grupos:
1- Aquellos que actúan en forma instantánea, limitando la potencia de salida
2- Aquellos que regulan la ganancia dependiendo del nivel de potencia de una señal
pasada, y por lo tanto no pueden actuar en forma instantánea.
1- Sistemas Limitadores de Potencia de Salida.
También llamado Peak Cliping (PC) es la forma más simple de limitadores de salida.
Produce el recorte de uno o ambos extremos de la amplitud de la señal, cuando ésta
alcanza un determinado nivel en que puede ser ajustada con el control PC o p que
poseen los audífonos.
Las ventajas del PC son: fácil de ajustar, mantiene la amplificación lineal sobre un
amplio rango de potencia de entrada y actúa instantáneamente.
Su principal desventaja es que se produce distorsión armónica cuando alcanza el nivel
de recorte de señal de salida.
Para aminorar el problema de la distorsión se han desarrollado circuitos que redondean
los picos recortados, este sistema se conoce como PC Suave.
2- Sistemas Limitadores de la Ganancia (AGC).
La característica principal de estos sistemas es que poseen un circuito electrónico que
toma una muestra de la señal a amplificar, para modificar la ganancia del audífono de
acuerdo a los cambios que se produzcan en el nivel de la señal de entrada o salida,
según sea un sistema de compresión dependiente de la señal de entrada o dependiente de
la señal de salida.
Ya se ha mencionado el término “compresión”, se puede agregar que un audífono posee
“Compresión” cuando la señal de salida es mantenida dentro de una amplitud dada para
incrementos dados en la señal de entrada.
Un sistema que posee Compresión contendrá en general las siguientes características:
1- La característica de amplificación de entrada/salida es menor que uno, sobre una
gran parte del rango de operación.
2- Posee circuitos de realimentación
3- La realimentación produce retrasos en el tiempo de actuación
4- La señal es reproducida sin introducir una distorsión significativa
Con Base a estas características se definen ciertos parámetros electroacústicos que
describirán el funcionamiento de los sistemas de AGC:
- Constantes de Tiempo: Tiempo de ataque y Tiempo de recuperación.
- Rango de Compresión
- Punto de Compresión
- Factor de Compresión.
Constantes de Tiempo.
Debido a que el AGC no actúa de forma instantánea, los cambios de ganancia tardan
algunos milisegundos en producirse y acomodarse a los nuevos valores, al variar la
amplitud de la señal a amplificar.
El Tiempo de Ataque.
Es el tiempo que demora la señal de salida en alcanzar el nuevo valor al producirse un
cambio en la amplitud de la entrada. En los mejores audífonos este tiempo es del orden
de 2 a 10 mseg.
El Tiempo de Recuperación.
Es la demora que se produce en la señal de salida, para alcanzar su nuevo valor al
producirse una disminución en la señal de entrada.
Este tiempo debe ser un poco mayor que el tiempo de ataque porque de ser muy corto
podría el AGC seguir las variaciones propias de las ondas instante a instante, sobre todo
para medias a bajas frecuencias; además la ganancia entre vocales y consonantes o entre
sílabas de una misma palabra varía permanentemente y esto produciría una gran
distorsión, llamada "AGC Flutter".
Para aminorar estos problemas se toman tiempos de recuperación del orden de los 50 a
100 mseg., esto para disminuir el AGC Flutter y no tener un tiempo de recuperación tan
grande que se pierdan sílabas o palabras mientras la ganancia se recupera.
Rango de Compresión.
Es la máxima variación en la ganancia que puede producir el AGC. Por ejemplo: si un
audífono tiene un rango de 20 dB, entonces su ganancia podría cambiar como máximo
de 50 a 70 dB o de 50 a 30 dB, al disminuir o aumentar la señal de entrada. En la
práctica este rango toma valores entre los 5 y 25 dB.
Factor de Compresión.
La relación entre el cambio de la señal de entrada en dB SPL y el correspondiente
cambio en la señal de salida en dB SPL, se denomina "RELACIÓN DE
COMPRESIÓN" o "Factor de Compresión".
En la práctica el factor de compresión puede encontrarse entre 1,5 : 1 y 5:1. Es decir:
un factor de compresión de 5 a 1 significa que una variación de 5 dBSPL en la señal de
entrada producirá una variación de solo 1 dB SPL en la señal de salida; por lo tanto la
señal se comprimirá enormemente.
Punto de Compresión.
Es el nivel de la señal en dB SPL a partir del cual empieza a actuar el sistema AGC.
Conclusión.
El sistema de compresión limitante es una alternativa útil en muchos casos de
adaptación de prótesis auditivas, sin embargo, otros sistemas de limitación de salida e
incluso los audífonos lineales han demostrado ser eficaces para la corrección de
pérdidas auditivas; El audiólogo debe determinar con base a sus conocimientos y las
pruebas que realice que tipo de circuito ha de adaptar en cada caso.
Preparado por Juan Carlos Olmo Cordero para el curso de Prótesis Auditivas, UCR,
1999. Última actualización 2006.
Bibliografía
1. Pasik y cols. Audioprótesis. Buenos Aires, Argentina. Editorial El Ateneo, 1990.
2. Berger, K. The hearing aid, it's operation and development. Michigan, EUA. The
national hearing aid society, Editorial Livonia, 1974. 2ª. Edición.
3.Sadlin y Cols. Hearing Instruments, Science and Fitting Practice. EUA. The
national hearing aid society.
4. Starkey Laboratories. Manual de Compresión. EUA, 1997.