dispositivo electrónico enmascarador de voz: una

VII Congreso de la Sociedad Cubana de Bioingeniería
Habana 2007
DISPOSITIVO ELECTRÓNICO ENMASCARADOR DE VOZ: UNA
ALTERNATIVA DE AYUDA PARA EL SÍNDROME DE LA
TARTAMUDEZ
Tai F. Lam1, E. Villavicencio1, L. F. Yabar1
1
Universidad Tecnológica del Perú, Facultad de Ingeniería Electrónica y Mecatrónica, Centro de Investigación y
Desarrollo en Ingeniería, Grupo de Ingeniería Biomédica, Lima, Perú
Lima 01, Perú. [email protected]
RESUMEN
En nuestro país, el tratamiento básico para mejorar o para
superar el tardamudeo es la terapia del lenguaje, basado en
trabajos de frecuencia respiratoria, agitaciones fonatorias y
técnicas orales; en algunos casos reciben además ayuda
psicológica. Mientras tanto, en los países desarrollados
además de los tratamientos mencionados, incorporan
equipamiento médico sofisticado. Por tal razón, el
tratamiento es mucho eficaz y por lo tanto habrá una mejora
sensible o una recuperación completa en menos tiempo. En
este sentido, el presente trabajo va en busca de tal
problema, con el diseño y el desarrollo de un dispositivo
electrónico portátil de bajo consumo de potencia. Este
dispositivo emite un sonido de intensidad y frecuencia
variables en rangos admisibles cada vez que el tartamudo
habla. Luego, este sonido se transmite a sus oídos a través
de unos auriculares, con la finalidad de que no escuche su
propia voz, pero sí la de su interlocutor. Con esta alteración
en la realimentación auditiva, se permite que el tartamudo
supere los problemas de ansiedad y por lo tanto, una mejora
gradual en su fluidez del habla.
común en los niños entre las edades de 2 y 6 años, ya que
están en la etapa de desarrollo del lenguaje: Sin embargo, es
un proceso normal transitorio pues en la mayoría de los
casos se recuperan totalmente [3]. En la actualidad existe
una variedad de tratamientos, cualquier de los métodos
pueden mejorar la tartamudez pero solo hasta cierto punto
dependiendo de la gravedad del mismo; pueden ser de tipos
clínicos (técnica de contracondicionamiento) y/o
tecnológicos
(entrenamiento
con
metrónomo,
enmascaradores de voz, entre otros.) [4], siendo este último
elegido para el desarrollo del presente trabajo. Se debe
recalcar que el dispositivo desarrollado surge como una
ayuda complementaria, el cual tiene que venir acompañado
de un conjunto de terapias clínicas, lo cual incrementará de
esta manera la eficiencia del tratamiento.
Población con Discapacidad en Lima
Metropolitana 2005
Población Total
Población con
Discapacidad
8 030 533
457 550
Prevalencia
(%)
5,70
Fuente: INEI-CONADIS. Encuesta de Hogares sobre Discapacidad
en Lima Metropolitana - 2005.
Palabras clave: tartamudez, dispositivo electrónico portátil,
sonido, micrófono, realimentación auditiva.
Fig. 1 Encuesta de hogares sobre discapacidad en Lima Metropolitana
2. METODOLOGÍA
1. INTRODUCCIÓN
En cualquier parte del mundo las personas que padecen
de alguna discapacidad son marginadas y excluidas por
otros sectores de la sociedad, y en nuestro país no es la
excepción. Los intentos realizados en nuestro país por
cuantificar la población que sufre de discapacidad no han
tenido muchos éxitos. La ultima encuesta
sobre
discapacidad realizada por INEI-CONADIS solo en Lima
Metropolitana revela que existe cerca de medio millón de
ciudadanos sufren de alguna discapacidad (Fig. 1), de las
cuales cerca de 18 mil personas tienen limitaciones en el
habla y siendo los niños los más afectados [1].
La tartamudez se presenta como una discapacidad del
habla en el cual la persona pierde fluidez del habla
manifestada por repeticiones frecuentes o prolongación de
sonidos, silabas o palabras [2]. Este trastorno afecta a todos
los individuos sin distinción de sexo, raza o edad y es muy
Sonido que
distorsionada
A.
corrige
la
realimentación
auditiva
La producción del habla envuelve un proceso de
realimentación en bucle cerrado, esto significa que el
hablante está continuamente monitorizando y chequeando
su propia producción de voz. En los tartamudos tienen un
defecto en el sistema de monitorización necesario para
producir el habla secuencial y que el problema puede
deberse a una realimentación auditiva distorsionada [5].
Una forma de corregirlo es usando sonidos que impide al
tartamudo escuchar su propia habla (ensordecerle cada vez
que habla) imposibilitándole engolfar en sus propias autoevaluaciones erróneas (corrigiendo la realimentación
auditiva distorsionada), y como resultado se logra
incrementar y mejorar la fluidez de los tartamudos
liberándole además de la ansiedad [5].
El sonido generado por el dispositivo presenta una
frecuencia variable comprendida dentro del espectro
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audible 465 Hz a 2 Khz. y con una intensidad muy por
debajo de los 80 dB que son los niveles óptimos para que el
tratamiento sea mucho más efectivo [5].
B. Diagrama de bloques del dispositivo (figura 2)
El dispositivo diseñado y desarrollado consta básicamente
de seis (06) etapas, cada uno cumplen funciones
determinadas de acuerdo al diseño previo.
Fig. 2 Esquema general del dispositivo desarrollado
La etapa de transductor tiene por objeto captar y
convertir las ondas sonoras producida por el individuo a
señal eléctrica mediante un transductor que propiamente
dicho es un micrófono; además posee un elemento resistivo,
que posibilita la obtención de la máxima sensibilidad del
micrófono y de un capacitor, que actúa como desacople de
la corriente continua de alimentación, ver Fig. 3. El tipo de
micrófono empleado es el tipo Electret debido a que posee
características similares al micrófono tipo capacitivo, es
decir, tiene alta sensibilidad entre 5 y 15 mV / Pa, alta
fidelidad (respuesta casi plana de 50 Hz a 10 Khz.) y bajo
costo [7]. Los niveles de voltaje que presentan en la salida
del micrófono son muy bajos (entre 40mV a 70mV) para
ser tratados adecuadamente por la etapa de
Acondicionamiento de señal.
La etapa de acondicionamiento de señal consta
básicamente de un amplificador inversor, el LF351N de
entrada FET, por sus características de alta impedancia de
entrada, es apropiado en la adaptación de impedancia con la
etapa anterior, y su bajo consumo de energía. Es importante
mencionar que la señal de salida de esta etapa en algunas
otras siguientes etapas, se encuentra montada sobre una
señal continua de 4.5 debido a que todos los amplificadores
operacionales y otros elementos utilizados son alimentados
con una sola batería, ver Fig. 4, satisfaciendo los
requerimientos de diseño exigido, pequeño, ligero, cómodo
y portátil; por tal motivo se debe suministrar una señal
continua a la entrada no inversora del amplificador
operacional para que la señal a tratar o amplificar no sea
recortada [8]. La etapa circuito discriminador consiste en
determinar si la señal entrante al micrófono pertenece a la
voz de la persona que está hablando o al ruido generado por
cualquier otra fuente que no sea el habla; en el primer caso
el circuito discriminador la dejara pasar para activar la
etapa del circuito oscilador, mientras que en el segundo
caso será rechazada. Está constituido por dos circuitos, un
rectificador de ½ onda y un comparador. El primer circuito
es un rectificador de precisión ya que es capaz de rectificar
la señal completa inclusive aquellas componentes menores
que la tensión umbral del diodo, que cuyo caso no ocurre en
un rectificador ordinario [8], esta conformado por un
amplificador operacional MC1741CP y un diodo de
propósito general, cuyo esquema se muestra en la Fig. 5. El
comparador analiza si la señal rectificada corresponde a la
de la voz o a la del ruido comparándola con el voltaje
umbral de la voz, generando a su salida un voltaje continuo.
La etapa oscilador, el cual será activado por el voltaje
continuo proporcionado por el comparador de la etapa
circuito discriminador, generando el oscilador una señal
sinusoidal pura que precisamente es la que será utilizada
para ensordecer y corregir la realimentación auditiva
distorsionada de la persona tartamuda.
Esta etapa es conformada por un circuito sintonizador y
un comparador de tensión (Fig. 6). La señal de salida se
caracteriza por estar comprendida dentro del rango de
frecuencia audible, 465 Hz a 2 Khz. [9] ,y cuya amplitud se
mantiene constante durante todo ese intervalo, además tiene
incorporado un circuito visual que indica la presencia de
voz mediante el encendido de un diodo led. Esta etapa
permite regular solo la frecuencia del sonido más no la
intensidad. La etapa amplificador de salida proporciona una
intensidad que va desde 0 dB. a 35 dB. por audífono, a
través del ajuste del valor del potenciómetro. Esta etapa la
conforma un amplificador operacional LF351N que provee
una adaptación adecuada de impedancia a los auriculares, y
un selector de volumen definido por le potenciómetro P3,
ver Fig. 7. La etapa auriculares tienen la función de
convertir nuevamente la señal eléctrica a señal acústica y
llevarla desde el dispositivo hasta los oídos del paciente.
Los auriculares se interconectaron en seriados con una
resistencia R17 para obtener una impedancia de 32Ω., con
la finalidad de obtener la máxima transferencia de potencia,
ver Fig. 8.
3. RESULTADOS
En los siguientes gráficos se presenta el diseño
considerado para cada etapa en el desarrollo del presente
trabajo. Así como, las mediciones realizadas en la salida de
los auriculares hacia el paciente. Finalmente se muestra el
desarrollo completo de dicho dispositivo, ver Fig. 9.
Fig. 3 Etapa trasductor
Fig. 4 Etapa Acondicionamiento de señal
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Vp-p Vef (mV) dB
1.6
565.68 62.36
1.5
530.33 61.80
Fig. 5 Etapa Circuito discriminador
1.4
494.97
61.20
1.3
1.1
1.0
0.9
0.8
0.6
0.4
0.2
459.61
388.90
353.55
318.19
282.84
212.21
141.42
70.71
60.56
59.11
58.28
57.37
56.34
53.85
50.32
44.30
Tabla 1 Valores de intensidad de sonido en los auriculares
Fig. 6 Etapa Oscilador
Fig. 9 Desarrollado completo del dispositivo
4. DISCUSIÓN
Fig. 7 Etapa Amplificador de salida
Fig. 8 Etapa Auriculares
Los auriculares se colocan a la altura de la tráquea y la
laringe como se puede apreciar en la Fig. 8, con el fin de
no incomodar al paciente cada vez que hable ni obstaculizar
la realización normal de sus actividades.
A continuación, se presentan varios valores de tensión
en la salida del selector de volumen (P3), los cuales en sus
extremos se obtuvieron una tensión máxima de 1.6 Vpp. y
una mínima de 0.2 Vpp. A partir de estos valores de voltaje
se calcularon sus respectivos decibelios, los cuales se
encuentran dentro de los niveles auditivos permitidos [10].
Estos valores se presentan en la siguiente tabla:
El diseño y desarrollado de estos dispositivos
contribuyen al mejoramiento de la fluidez del habla de las
personas que sufren el síndrome de la tartamudez mediante
la corrección de la realimentación auditiva distorsionada
que presentan en dichas personas, según la bibliografía
consultada. Sin embargo, el dispositivo desarrollado en el
presente artículo se encuentra en la fase de prueba, lo cual
implica el desarrollo de un protocolo de pruebas
conjuntamente con la parte médica especializada. Así como,
para la selección de pacientes, y su respectivo seguimiento
para la comprobación de los beneficios hacia el paciente.
5. CONCLUSIONES
El dispositivo ha sido construido utilizando únicamente
circuitos analógicos (amplificadores operacionales) sin
necesidad de ningún sistema digital con lo cual demuestra
que aun sigue siendo vigente en muchas aplicaciones en un
mundo con tendencia hacia la digitalización. Con los
amplificadores operacionales alimentados con una fuente
única (batería de 9V) permitió reducir aún más el tamaño
del dispositivo así como un ahorro en el consumo de
energía satisfaciendo su calidad de portabilidad.
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Para reducir la probabilidad de captar ruidos proveniente
de distintas direcciones se hace necesario el uso de
micrófonos
unidireccionales
en
vez
de
los
omnidireccionales utilizados en este primer prototipo.
La intensidad y la frecuencia del sonido generado por el
dispositivo se han diseñado de tal modo que se encuentre
dentro del nivel auditivo admisible, y que se ajuste a las
características auditivas de cada persona (tono agradable),
respectivamente.
Se ha diseñado y desarrollado un dispositivo electrónico
portátil que contribuirá el mejoramiento de la fluidez del
habla de las personas que sufren el síndrome de la
tartamudez.
REFERENCIAS
1.
Consejo Nacional para la Integración de la Persona con Discapacidad
(CONADIS). Población con discapacidad. Lima-Perú. 2005
2. Juan Carlos Díaz Maysounave, Sobre la Disfemia at
http://www.cyberpediatria.com/disfemia2.htm
3. Fundación
Americana
de
la
Tartamudez
at
http://www.tartamudez.org/pediatras.html
4. B Domínguez Aurrecoehea, C. A. Díaz Vásquez.. Trastornos del
lenguaje en el niño. Ediciones Doyma. pp. 304-316. 2003
5. Van Riper, Ch. The Treatment of Stuttering. New Jersey. Prentice
Hall. 1973.
6. Microfono at http://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3fono
7. R. F. Coughlin, F. F. Driscoll. Amplificadores Operacionales y
circuitos integrados lineales. 5ta Ed. Prentice Hall. 1999.
8. Audiofrecuencia at http://es.wikipedia.org/wiki/Audiofrecuencia
9. Decibelio at http://es.wikipedia.org/wiki/Decibelio.
10. Sistema
auditivo
humano
at
http://www.ehu.es/acustica/espanol/fisiologia1/siaues/siaues.html
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