LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Diseño, Simulación Y Desarrollo De
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DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE AYUDA AUDITIVA POR VIBRACIÓN ÓSEA DIRIGIDO A PERSONAS
CON DISCAPACIDAD AUDITIVA by Saccogna, Carlos & Sirvent, José is licensed under a Creative Commons
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República Bolivariana de Venezuela
Universidad Nueva Esparta
Facultad de Ingeniería
Escuela de Electrónica
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Diseño, Simulación Y Desarrollo De
Aplicaciones Para El Tratamiento De Señales Dirigidas Al Sector De Las
Comunicaciones
TEMA: Equipos Electrónicos con Aplicaciones Médicas
TITULO: DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE AYUDA AUDITIVA POR
VIBRACIÓN ÓSEA DIRIGIDO A PERSONAS CON DISCAPACIDAD
AUDITIVA
Tutor: Trabajo de Grado presentado por:
Ing. Roberto Gutiérrez Br. Saccogna, Carlos
C.I: 20.220.134 C.I: 20.654.609
Br. Sirvent, José
C.I: 24.210.822
Para optar por el Título de:
Ingeniero Electrónico
Caracas, Marzo 2017
República Bolivariana de Venezuela
Universidad Nueva Esparta
Facultad de Ingeniería
Escuela de Electrónica
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Diseño, Simulación Y Desarrollo De
Aplicaciones Para El Tratamiento De Señales Dirigidas Al Sector De Las
Comunicaciones
TEMA: Equipos Electrónicos con Aplicaciones Médicas
TITULO: DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE AYUDA AUDITIVA POR
VIBRACIÓN ÓSEA DIRIGIDO A PERSONAS CON DISCAPACIDAD
AUDITIVA
JURADO 1°: JURADO 2°:
________________ ________________ NOMBRE Y APELLIDO: NOMBRE Y APELLIDO:
________________ ________________
C.I: C.I.:
________________ ________________
FIRMA FIRMA
Caracas, Marzo 2017
i
República Bolivariana de Venezuela
Universidad Nueva Esparta
Facultad de Ingeniería
Escuela de Electrónica
Resumen de trabajo de grado
Título del trabajo de grado: “Desarrollo de un prototipo de ayuda auditiva
por vibración ósea dirigido a personas con discapacidad auditiva”
Autores: Br. Saccogna, Carlos C.I: 20.654.609
Br. Sirvent, José C.I: 24.210.822
Tutor: Ing. Roberto Gutiérrez C.I: 20.220.134
Palabras claves: Hipoacusia, transductor, transmisión por vibración,
microprocesador, filtros, sonido, audición, prototipo, ecualizador,
discapacidad.
Resumen
El presente Trabajo de Grado tuvo como principal propósito, el diseño,
construcción y prueba de un prototipo de ayuda auditiva dirigida a personas
que padecen de hipoacusia conductiva no severa. El prototipo asiste al tratar
la sordera de las personas al transmitir el sonido del ambiente hacia el oído
interno mediante transductores de conducción ósea, evitando cualquier tipo
de interacción entre el oído externo, medio e interno, ya que en casi todos los
casos de hipoacusia se ven afectados los dos primeros.
ii
El proyecto de grado, fue realizado con la intensión de brindar a
través de la ingeniería electrónica y la transmisión por vibración ósea, la
creación de un prototipo que pueda brindar calidad de vida a personas que
sufran de hipoacusia y que sirva como referencia para futuras
investigaciones en esta área de estudios.
Esta investigación es considerada un Diseño Mixto de tipo Proyectivo,
enmarcado dentro de la modalidad de Proyecto Factible. Para el desarrollo
de la investigación, se trabajó con la población de niños que padecen de
hipoacusia del Instituto Venezolano de la Audición y el Lenguaje
(FUNDAIVAL), ubicado en la El Marques, Municipio Sucre, Caracas.
Para el desarrollo del prototipo se buscó ofrecer el mejor desempeño,
al menor costo posible. Considerando que este prototipo no es
implementado quirúrgicamente en la persona, se diseñó de manera que
fuera lo más cómodo para ser portado, tomando en cuenta la durabilidad y la
duración de la batería del prototipo. Finalmente, cabe a destacar que a
modelo de prototipo, el entorno y los escenarios en las que se documentó el
funcionamiento del dispositivo no fueron totalmente ideales y debido a
ciertas complicaciones técnicas no se pudo implementar el prototipo.
iii
Bolivarian Republic of Venezuela
Nueva Esparta University
Faculty of Engineering
School of Electronic Engineering
Degree job summary
Degree Job Title: “Development of a bone conduction hearing aid prototype
aimed at people with hearing disabilities”
Authors: Br. Saccogna, Carlos I.D: 20.654.609
Br. Sirvent, José I.D: 24.210.822
Tutor: Ing. Roberto Gutiérrez I.D: 20.220.134
Keywords: Hearing loss, transducer, bone conduction, microprocessor,
filters, sound, hearing, prototype, equalizer, handicap.
Summary
This paper grade had as its main purpose, the design, construction
and testing of a hearing aid prototype aimed at people who suffer from no
severe conductive hearing loss. The prototype assist in the treatment of
people deafness’s as is able to transmit the sound of their environment
through bone conduction transducers which avoids any kind of interaction
between the outer, middle and internal ear, since almost in all cases of
hearing loss the first two are affected.
iv
This degree project was done with the intention of providing throughout
electronic engineering and bone conduction transmission, the creation of a
prototype that can provide quality of life for people who suffer from hearing
loss and serve as a reference for future research in this area of studies. This
research is considered a Joint Design projective type, framed within the
modality of Feasible Project. For the development of research, we worked
with the population of children with hearing loss in the Venezuelan Institute
for Hearing and Language (FUNDAIVAL), located in El Marques, Municipality
Sucre, Caracas.
To develop the prototype it was desired to provide the best
performance at the lowest possible cost. Whereas this prototype is not
implemented surgically in person, it was designed so that it was as
comfortable to be ported, taking into account the durability and battery life of
the prototype. Finally, it should be noted that as a prototype model, the
environment and situations where the operation of the device was
documented weren’t ideal and because of some technical complications the
prototype couldn’t be tested.
v
AGRADECIMIENTOS
La elaboración de este trabajo de este trabajo de grado fue posible
gracias a la contribución de todas aquellas personas, quienes con sus
valiosos aportes, sugerencias, buena voluntad y disposición permitieron que
haya sido posible su culminación.
En primer lugar a nuestras familias por su apoyo incondicional,
brindando todo el amor y cariño posible dentro de todo el tiempo de nuestra
formación como excelentes profesionales.
A nuestro mentor Ing. Atanasios Melimopoulos, que con su paciencia y
dedicación nos guió a lo largo del proceso de fabricación y diseño del
prototipo. Su imprevista partida de este mundo fue un gran golpe emocional
pero su amabilidad, profesionalismo y voluntad queda con nosotros.
A la Dra. Migzaid Díaz quien fue la persona que nos planteó la
oportunidad de desarrollar este tema como objeto de estudio en primer lugar,
siempre dispuesta a brindarnos todo su apoyo, juicio e información necesaria
para poder llevar a cabo esta investigación.
A todo el componente docente, a los representantes y estudiantes del
instituto FUNDAIVAL por ofrecernos su apoyo para realizar cualquier tipo de
consultas o investigación pertinente para llevar a cabo este trabajo de grado,
su apoyo fue necesario para que todo esto fuese posible.
Carlos Saccogna y José Sirvent
vi
DEDICATORIA
Le dedico este trabajo que me ha demandado tanto a mi padre,
espero se sienta orgulloso y sienta que todo su esfuerzo está empezando a
dar frutos, y a mi madre que me acompaño y apoyo en cada paso de esta
carrera que es mi pasión, a ellos les debo todo.
A mis hermanos por estar conmigo y concederme su apoyo e interés
en cada aspecto de mi vida y a lo largo de mi carrera universitaria, justo
cuando más los necesito siempre están ahí.
A mi compañero de tesis José Sirvent, por ser una excelente persona
y excelente profesional, mejor compañero es difícil desear. A mis
compañeros de clase y amigos Kamel Dallal, Cesar García, Jorge Dallal y
Andrés Cabezas, por haber sido los mejores amigos que se podría desear.
A mi novia Alejandra González por haber traído felicidad a mi vida de
una manera que nunca pensé llegar a conocer, por darme su apoyo cuando
más lo necesite y enseñarme cada día que la calma es una virtud que se
debe entrenar y que la felicidad siempre es una opción.
Al Ing. Atanasio Melimopoulos por habernos ayudado tanto desde el
principio, sin el este proyecto hubiera sido posible.
Al Ing. Roberto Gutiérrez, por Ayudarnos cuando todo parecía
imposible de lograr.
Carlos Saccogna
vii
DEDICATORIA
A mis padres y mi hermana por ser tan especiales y únicos. Gracias
por todo el apoyo que siempre me han brindado, especialmente por creer y
confiar en mí, este es el fruto de todo ese esfuerzo y dedicación.
A mi compañero de tesis Carlos Saccogna, buen amigo y
extraordinario profesional con un gran futuro por delante. A todos aquellos
compañeros de clase Kamel Dallal, Jorge Dallal, Andres Cabezas, Cesar
García, Diego Mongay; por convivir y formar parte estos 5 años que siempre
estarán en mi memoria.
Al Ing. Atanasios Melimopoulos por inculcarme las cualidades y
expectativas que se esperan de un profesional; gran innovador y excelente
mentor. Siempre lo recordare por lo amable e innovador en su forma de
pensar, siempre atento y buen amigo.
A nuestro tutor Roberto Gutiérrez por ayudarnos a continuar con el
proyecto sin el nada de esto pudiera ser posible.
A mi novia Alejandra Ríos, por enseñarme a que la felicidad es fácil de
alcanzar si te enfocas en los aspectos positivos de la vida, gracias por formar
parte de mi vida y estar siempre para mí.
Y por último a todas esas personas que decían que esta tesis de
grado era una locura o imposible de cumplir. A pesar de las adversidades, si
dispones de la voluntad y las ganas de cumplir tus metas es posible llevarlas
a cabo, todo es cuestión de actitud.
José Sirvent
viii
ÍNDICE
RESUMEN ....................................................................................................... i
SUMMARY...................................................................................................... iii
AGRADECIMIENTOS ..................................................................................... v
DEDICATORIA ............................................................................................... vi
DEDICATORIA .............................................................................................. vii
INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 1
CAPÍTULO I .................................................................................................... 4
MARCO PROBLEMÁTICO ................................................................................ 4
1.1 Planteamiento del Problema .............................................................. 4
1.2 Formulación del problema .................................................................. 7
1.2.1 Interrogante General .................................................................... 7
1.2.2 Interrogantes específicas ............................................................. 7
1.3 Objetivos ............................................................................................ 7
1.3.1 Objetivos General ........................................................................ 7
1.3.2 Objetivos específicos ................................................................... 7
1.4 Justificación ....................................................................................... 8
1.5 Delimitaciones de la investigación .................................................... 10
1.5.1 Geográfica .................................................................................. 10
1.5.2 Temporal .................................................................................... 11
1.5.3 Temática .................................................................................... 11
1.5.4 Técnica....................................................................................... 11
1.6 Limitación ........................................................................................ 13
CAPÍTULO II ................................................................................................. 15
MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 15
2.1 Antecedentes de la investigación ..................................................... 15
ix
2.2 Bases Teóricas ................................................................................. 18
2.2.1 El Sonido .................................................................................... 18
2.2.1.1 Frecuencia .............................................................................. 18
2.2.1.2 Velocidad de Propagación ...................................................... 19
2.2.1.3 Tono ........................................................................................ 19
2.2.1.4 Intensidad Sonora ................................................................... 19
2.2.1.5 Decibel SPL ............................................................................ 20
2.2.1.6 Decibel HL ............................................................................... 20
2.2.2 Espectro Audible ........................................................................... 21
2.2.2.1 Curvas de Fletcher-Munson .................................................... 22
2.2.3 Sistema auditivo ............................................................................ 23
2.2.3.1 Sistema Periférico ................................................................... 24
2.2.3.2 Oído Externo ........................................................................... 24
2.2.3.3 Oído Medio .............................................................................. 25
2.2.3.4 Oído Interno ............................................................................ 25
2.2.4 Hipoacusia ..................................................................................... 26
2.2.4.1 Tipos de Hipoacusia ................................................................ 26
2.2.5 Microcontroladores ........................................................................ 27
2.2.5.1 dsPIC ...................................................................................... 30
2.2.6 Filtros ............................................................................................. 30
2.2.6.1 Analógicos ............................................................................... 31
2.2.6.2 Digital ...................................................................................... 32
2.2.6.3 FIR .......................................................................................... 32
2.2.6.4 IIR ........................................................................................... 33
2.2.7 Transductores ............................................................................... 34
2.2.8 Tipos de transductores .................................................................. 35
2.2.8.1 Transductor piezoeléctrico ...................................................... 35
2.2.7.1.2 Transductor electroacústico ................................................. 36
x
2.2.9 Vibradores ..................................................................................... 37
2.2.10 Amplificadores ............................................................................. 38
2.2.11 Amplificadores en potencia ......................................................... 40
2.2.12 Pilas eléctricas ............................................................................ 41
2.2.12.1 Pilas Secundarias ................................................................. 42
2.2.13 Protocolos de Comunicación ....................................................... 43
2.2.13.1 I2C ........................................................................................ 43
2.2.13.2 PDM ...................................................................................... 44
2.2.13.3 I2S ......................................................................................... 45
2.2.14 Ecualización ................................................................................ 46
2.3 Operacionalización de variables ....................................................... 48
2.4 Bases Legales .................................................................................. 52
2.5 Definición de términos básicos ......................................................... 54
CAPÍTULO III ................................................................................................ 58
MARCO METODOLÓGICO ............................................................................ 58
3.1 Tipo de investigación ........................................................................ 58
3.2 Diseño de investigación .................................................................... 59
3.3 Población y muestra ......................................................................... 61
3.4 Técnicas e instrumentos de Recolección de datos .......................... 64
3.5 Validación de Técnica ...................................................................... 64
3.6 Validación del instrumento ............................................................... 65
3.7 Análisis y Resultados ....................................................................... 66
3.7.1 Análisis general de los resultados obtenidos ............................. 86
CAPÍTULO IV ................................................................................................ 88
SISTEMA PROPUESTO.................................................................................. 88
xi
4.1 Investigación de la hipoacusia y sus tipos. ....................................... 88
4.1.1 Causas de la Hipoacusia conductiva. ........................................ 88
4.1.2 Causas de la Hipoacusia neurosensorial. .................................. 89
4.1.3 Causas de la Hipoacusia Mixta .................................................. 89
4.1.4 Pérdida auditiva ......................................................................... 91
4.1.5 Tratamiento. ............................................................................... 92
4.2 Estudio de los sistemas de ayuda auditiva que traten la hipoacusia.94
4.2.1 Dispositivos de frecuencia modulada o FM. ............................... 95
4.2.2 Dispositivos Infrarrojos ............................................................... 96
4.2.3 Audífonos ................................................................................... 97
4.2.4 Implantes auditivos .................................................................. 102
4.2.5 Ventajas, candidatos y criterio de selección............................. 105
4.3 Diseño del circuito electrónico para el sistema de ayuda auditiva
propuesto. ............................................................................................ 107
4.4 Construir el Prototipo de ayuda auditiva. ........................................ 110
4.4.1 Diseño del esquemático del Prototipo de Ayuda Auditiva. ....... 111
4.4.1.1 Bloque de Energía ................................................................ 114
4.4.1.2 Bloque de Configuración ....................................................... 116
4.4.1.3 Bloque de Procesamiento de audio ...................................... 117
4.4.2 Ensamblaje del Prototipo de Ayuda Auditiva............................ 120
4.4.2.1 Modulo de energía ................................................................ 120
4.4.2.2 Modulo de procesamiento de audio ...................................... 121
4.4.2.3 Modulo de amplificación de audio ......................................... 122
4.4.2.4 Modulo de captación / transducción de audio ....................... 123
4.4.2.5 Modulo principal .................................................................... 123
4.5 Probar y documentar el funcionamiento del prototipo de ayuda. ... 125
4.5.1 Programación del prototipo. ..................................................... 126
xii
4.5.2 Pruebas y lectura de medidas .................................................. 128
4.5.2.1 Lecturas en el módulo de energía ....................................... 129
4.5.2.2 Lecturas en el módulo de procesamiento y captación…...130
4.5.2.3 Lecturas en el módulo amplificación ................................... 133
4.5.2.4 Lecturas en el módulo principal ........................................... 134
4.5.3 Resultados ............................................................................ 135
4.5.3.1 Complicaciones en el módulo de energía .......................... 135
4.5.3.2 Complicaciones en el módulo de amplificación ................. 137
4.5.3.3 Complicaciones en el módulo de captación/transducción 140
4.5.3.4 Tabla comparativa de costos. .......................................... 141
4.5.3.5 Arreglo final del Prototipo. ................................................ 142
CAPÍTULO V............................................................................................... 143
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................. 143
5.1 Conclusiones ............................................................................... 143
5.2 Recomendaciones ...................................................................... 145
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 147
ANEXOS ..................................................................................................... 154
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo A: Modelo de Cuestionario entregado a el instituto FUNDAIVAL. .. 154
Anexo B: Validación de los instrumentos de recolección de datos1º. ........ 157
Anexo C: Validación de los instrumentos de recolección de datos 2º ........ 158
Anexo D: Validación de los instrumentos de recolección de datos 3º ........ 159
Anexo E: Certificado de entrega y realización de los cuestionarios por la
dirección del instituto FUNDAIVAL. ............................................................ 160
xiii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura Nº1: Escala de Frecuencias en Octavas. .......................................... 22
Figura N° 2: Curva Fletcher-Munson ........................................................... 23
Figura Nº3: Sistema auditivo Humano ......................................................... 25
Figura Nº 4: Anatomía del oído. ................................................................... 26
Figura Nº5: Anatomía del Oído y Tipos de Hipoacusia. ............................... 27
Figura Nº6: Estructura de los microcontroladores en general. ..................... 28
Figura Nº7: Tipos de Microcontroladores y división por arquitecturas. ........ 29
Figura Nº8: dsPIC , DSP y MCU. ................................................................. 30
Figura Nº9: Filtro Paso bajo analógico pasivo y respuesta en frecuencia. .. 31
Figura Nº10: Proceso de Filtrado digital con Filtro FIR. ............................... 33
Figura Nº11: Proceso de Filtrado digital con Filtro IIR. ................................ 34
Figura Nº12: Transductor Piezoeléctrico. ..................................................... 36
Figura Nº13: Bobina Móvil. ........................................................................... 37
Figura Nº14: Vibrador. ................................................................................. 38
Figura Nº15: Amplificador Operacional en configuración no inversora con
bloqueo de DC. ............................................................................................. 39
Figura N° 18 Amplificador Operacional en configuración no inversora con
bloqueo de DC .............................................................................................. 39
Figura Nº16: Diagrama de Funcionamiento de un Amplificador clase D. ..... 40
Figura Nº17: Señal de Entrada vs Señal de Salida. ..................................... 41
Figura Nº18: Pila Simple. ............................................................................. 42
Figura Nº19: Señal PDM en el dominio del tiempo y frecuencia. ................. 45
Figura Nº20: Ejemplo de funcionamiento de protocolo de comunicación I2S.
...................................................................................................................... 46
Figura Nº21: Ejemplo de un sistema de comunicaciones con un ecualizador
en el receptor. ............................................................................................... 47
Figura Nº22: Centro Nervioso del cerebro humano. .................................... 94
xiv
Figura Nº23: Dispositivo FM marca Scola Teach empleado en aulas de
clase. ............................................................................................................ 96
Figura Nº29: Sistema de infrarrojos Set 830 TV. ......................................... 96
Figura Nº24: Dispositivo de Infrarrojo Scola Teach . .................................... 97
Figura Nº25: Audífono Básico. ..................................................................... 98
Figura Nº26: Audífono de caja. .................................................................... 99
Figura Nº27: Audífono Retroauricular. ......................................................... 99
Figura Nº28: Audífono endoaural. .............................................................. 100
Figura Nº29: Otogafas................................................................................ 100
Figura Nº30: Implante Coclear y sus procesos. ......................................... 102
Figura Nº31: Implante osteointegrado y sus procesos. .............................. 104
Figura Nº32: Diagrama de bloques. ........................................................... 109
Figura Nº33: Esquemático electrónico del prototipo. ................................. 113
Figura Nº34: Componentes utilizados en el bloque de energía. ................ 115
Figura Nº35: Componentes utilizados en el bloque de configuración. ....... 117
Figura Nº36: Componentes utilizados en el bloque de Procesamiento de
Audio. .......................................................................................................... 120
Figura Nº37: Enrutamiento en el diseño del módulo de energía. ............... 121
Figura Nº38: Enrutamiento en el diseño del módulo de procesamiento de
audio. .......................................................................................................... 121
Figura Nº39: Enrutamiento en el diseño del módulo de amplificación de
audio. .......................................................................................................... 122
Figura Nº40: Enrutamiento en el diseño del módulo de captación /
transducción de audio. ................................................................................ 123
Figura Nº41: Enrutamiento en el diseño del módulo principal .................... 124
Figura Nº42: Modulo principal con el resto de los módulos en su arreglo final.
.................................................................................................................... 125
Figura Nº43: Modulo de captación de audio arreglo final. .......................... 126
Figura Nº44: Algoritmo de programación. .................................................. 127
xv
Figura Nº45: Señal de reloj proveniente y saliente del módulo de
procesamiento de audio .............................................................................. 131
Figura Nº46: Señal de SCL y SDA del registro I2C entre el microcontrolador
y el procesador de audio ............................................................................. 132
Figura Nº47: Arreglo final módulo de energía Vers.2. ................................ 136
Figura Nº48: Bus de datos I2C con el módulo amplificador. ....................... 138
Figura Nº49: Bus de datos I2C sin el módulo amplificador. ........................ 138
Figura Nº50: Señal SDA con amplificador conectado (solucionado). ......... 139
Figura Nº51: Señal PDM 1 y PDM2 en frecuencia con tono de prueba a
1kHz. ........................................................................................................... 140
Figura Nº52: Prototipo de ayuda auditiva ................................................... 142
ÍNDICE DE FÓRMULAS
Fórmula A: Formula para estimar la población finita. .................................. 62
Fórmula B: Formula para estimar la población finita con resultado. ............ 63
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Gráfico Nº1: Tipo de hipoacusia que padecen los representados. .............. 66
Gráfico Nº2: Severidad de la hipoacusia. .................................................... 67
Gráfico Nº3: Uso de dispositivo de ayuda auditiva. ..................................... 68
Gráfico Nº4: Clase de dispositivo. ............................................................... 69
Gráfico Nº5: Forma de adquisición del dispositivo. ...................................... 70
Gráfico Nº6: Observa dispositivos de ayuda auditiva a la venta en
Venezuela. .................................................................................................... 71
Gráfico Nº7: Acceso a variedad de dispositivos de ayuda auditiva. ............ 72
Gráfico Nº8: Adquisición de los dispositivos de ayuda auditiva. .................. 73
Gráfico Nº9: Origen del dispositivo de ayuda auditiva. ................................ 74
Gráfico Nº10: Consideración del costo del dispositivo. ................................ 75
xvi
Gráfico Nº11: Relevancia de los dispositivos de ayuda auditiva en el
tratamiento de la hipoacusia. ........................................................................ 76
Gráfico Nº12: Inquietud o incomodidad al utilizar el dispositivo de ayuda
auditiva. ........................................................................................................ 77
Gráfico Nº13: Mantenimiento del dispositivo de ayuda auditiva. ................. 78
Gráfico Nº14: Causas más comunes de avería del dispositivo de ayuda
auditiva. ........................................................................................................ 79
Gráfico Nº15: Padecimiento de infección bacteriana por el uso del dispositivo
de ayuda auditiva. ......................................................................................... 80
Gráfico Nº16: Retiro del dispositivo de ayuda auditiva a causa de infección.
...................................................................................................................... 81
Gráfico Nº17: Implementación de un dispositivo de ayuda auditiva por
cirugía. .......................................................................................................... 82
Gráfico Nº18: Cualidades importantes de un dispositivo de ayuda auditiva. 83
Gráfico Nº19: Conocimiento otras cualidades del dispositivo de ayuda
auditiva. ........................................................................................................ 85
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla Nº1: Cuadro comparativo entre decibel SPl y presión en Pascales. ... 20
Tabla Nº2 : Tabla comparativa en decibelios SPL y HL. .............................. 21
Tabla Nº3: Características materiales piezoeléctricos de uso común. ......... 35
Tabla N°4: Tabla comparativa de los tipos de pilas recargables. ................. 43
Tabla Nº5: Validación de los Expertos.......................................................... 65
Tabla Nº6: Pregunta número 1º. ................................................................... 66
Tabla Nº7: Pregunta número 2º. ................................................................... 67
Tabla Nº8: Pregunta número 3º. ................................................................... 68
Tabla Nº9: Pregunta número 4º .................................................................... 69
Tabla Nº10: Pregunta número 5º. ................................................................. 70
Tabla Nº11: Pregunta número 6º. ................................................................. 71
xvii
Tabla Nº12: Pregunta número 7º. ................................................................. 72
Tabla Nº13: Pregunta número 8º.................................................................. 73
Tabla Nº14: Pregunta número 9º. ................................................................. 74
Tabla Nº15: Pregunta número 10º. ............................................................... 75
Tabla Nº16: Pregunta número 11º. ............................................................... 76
Tabla Nº17: Pregunta número 12º. ............................................................... 77
Tabla Nº18: Pregunta número 13º. ............................................................... 78
Tabla Nº19: Pregunta número 14º. ............................................................... 79
Tabla Nº20: Pregunta número 15º. ............................................................... 80
Tabla Nº21: Pregunta número 16º. ............................................................... 81
Tabla Nº22: Pregunta número 17º. ............................................................... 82
Tabla Nº23: Pregunta número 18º. ............................................................... 84
Tabla Nº24: Pregunta número 19º. ............................................................... 85
Tabla Nº25: Características del sonido y el sistema auditivo en una persona
que padece de hipoacusia. ........................................................................... 90
Tabla Nº26: Rangos de sensibilidad auditiva. .............................................. 91
Tabla Nº27: Etiología de pérdida auditiva población de estudiantes sordos e
hipoacúsicos en Estados Unidos para el año de 1992-1993. ....................... 92
Tabla Nº28: Cuadro comparativo entre valores obtenidos para el consumo de
corriente ...................................................................................................... 128
Tabla Nº29: Cuadro comparativo entre valores obtenidos y valores
esperados en el módulo de energía ver.1 ................................................... 129
Tabla Nº30: Cuadro comparativo entre valores obtenidos y valores
esperados en el módulo de procesamiento de audio .................................. 130
Tabla Nº31: Cuadro comparativo entre valores obtenidos y valores
esperados en el módulo de amplificación ................................................... 133
Tabla Nº32: Cuadro comparativo entre valores obtenidos y valores
esperados en el módulo principal ............................................................... 134
Tabla Nº33: Arreglo final módulo de energía Vers.2. ................................. 136
Tabla Nº34: Tabla de costos. ..................................................................... 141
1
INTRODUCCIÓN
La Organización Mundial de la Salud (OMS) en el año 1980 publica la
“Clasificación Internacional de Deficiencias, Discapacidades y Minusvalías
(CIDDM)” en donde define que es una discapacidad, en ella dice que “es
toda restricción o ausencia (debido a una deficiencia) de la capacidad de
realizar una actividad de la forma, o dentro del margen, que se considera
normal para un ser humano”. Esta condición compleja del ser humano es
constituida por factores psicológicos y biológicos que afectan la capacidad
sensorial, motriz o intelectual, que puede manifestarse en ausencias,
anomalías, defectos, pérdidas o dificultades para percibir, desplazarse sin
apoyo, ver u oír, comunicarse con otros o integrarse a las actividades de
educación o trabajo en la familia con la comunidad ; estas limitan el ejercicio
de derechos, la participación social y el disfrute de una buena calidad de
vida, o impiden la participación activa de las personas en actividades de la
vida familiar y social, sin que ello implique necesariamente incapacidad o
inhabilidad para interactuar socialmente.
La hipoacusia es el término usado en la medicina para describir la
pérdida de la audición, esta se produce cuando existe una interrupción en el
proceso fisiológico de la audición. Está se puede clasificar en diversas
categorías las cuales varían dependiendo de la gravedad de la pérdida
auditiva, ya sea por alguna lesión o malformación congénita. El término de
hipoacusia no debe ser confundido con el de sordera, debido que este sólo
se utiliza para nombrar las hipoacusias profundas y permanentes. Para
restablecer la audición de las personas que padecen hipoacusia se han
desarrollado implantes auditivos que a través de técnicas quirúrgicas es
posible fijarlos cerca de los canales auditivos, mediante conexiones
eléctricas a los nervios auditivos es posible estimular la cóclea, estructura
2
situada en el oído el cual alberga el órgano de Corti, responsable del sentido
de la audición.
Los problemas con este tipo de dispositivos son principalmente los
costos para obtenerlos y para implementarlos (a través de cirugía en algunos
casos) lo cual lo hace difícil a una gran cantidad de personas de bajos
recursos adquirirlos por su cuenta y por los general sólo pueden obtenerlos
por medio de fundaciones benéficas o entes del gubernamentales. Tomando
en cuenta estos factores se realizó este trabajo de investigación con la
finalidad de diseñar un prototipo de dispositivo de ayuda auditiva que permita
a las personas que sufren de hipoacusia, no severa, tratar su patología con
un dispositivo económico, fácil de usar y ergonómico.
Para construir el prototipo se optó por utilizar la transferencia de
sonido por vibración ósea como técnica de propagación por la cual la
persona que padece de hipoacusia puede percibir su entorno a través de la
estimulación de la cóclea. Esta técnica actualmente tiene poco tiempo de ser
implementada en dispositivos electrónicos tales como reproductores de
sonido para deportistas o gafas inteligentes, motivo por el que estudiar y
documentar los datos que ofrezca desarrollar este prototipo con esta técnica
de propagación del sonido promueve innovar en el desarrollo de nuevas
tecnologías y al mismo tiempo buscar un tratamiento efectivo a la
hipoacusia.
El prototipo trabaja por medio de dos transductores posicionados en la
Apófisis mastoidea del hueso temporal (El cráneo) cercana al canal auditivo
externo, el sonido es transferido a través de esta sección del cráneo
mediante vibraciones en donde la cóclea y los nervios auditivos de manera
natural captan estas vibraciones y el cerebro las interpreta como sonido
proveniente del entorno, todo esto sin la necesidad que el oído externo o el
3
canal auditivo estén involucrados (órganos que se encuentran
comprometidos al padecer de hipoacusia y en casi todos sus grados).
Este trabajo de investigación estará dividido en 5 capítulos, los cuales
están constituidos de la siguiente manera:
Capítulo I: Se explica de forma detallada el tópico de la investigación,
conformada por el planteamiento del problema, formulación del problema,
objetivo general y específico, justificación, delimitaciones y limitaciones de la
investigación.
Capítulo II: Se presenta el marco teórico en él se establecen los
antecedentes, bases teóricas, cuadro de variables y definición de términos
básicos en los cuales se basa la investigación.
Capítulo III: Esta comprendido por el marco metodológico, esta parte del
estudio hace referencia y expone en forma precisa el tipo de investigación,
diseño, técnicas e instrumentos de recolección de datos, validación del
proceso y el análisis de los datos.
Capítulo IV: Se presenta el sistema propuesto del trabajo de grado,
trabajando las partes de desarrollo, diseño y construcción del dispositivo, a la
vez que se exponen las soluciones a los objetivos específicos que se
plantearon al comienzo de la investigación.
Capítulo V: Se expondrán las conclusiones, recomendaciones del prototipo
desarrollado, referencias bibliográficas, tablas, figuras y anexos de los cuales
se apoyó el tema propuesto.
4
CAPÍTULO I
MARCO PROBLEMÁTICO
1.1 Planteamiento del Problema
“La pérdida de audición o hipoacusia es una de las patologías más
comunes entre niños y adultos a nivel mundial”, lo plantea Gómez, O. (2006)
en su libro de Audiología Básico, esta puede agravarse al transcurrir con la
edad o la padecen por algún tipo de malformación congénita durante el
periodo de gestación en el vientre materno o accidente. El ser humano oye
naturalmente de dos maneras: a través de la conducción aérea y a través de
la conducción ósea.
Para lidiar con esta patología desde sus inicios el ser humano
implementó cuernos de animales para captar las ondas de sonido, estos
cuernos los posicionaban en su canal auditivo pero sus resultados dejaban
mucho que desear. No es sino hasta la llegada del siglo XX con los avances
en electrónica que fue posible el diseño e investigación de dispositivos que
ayudasen a combatir con los inconvenientes que en el pasado no podían ser
tratados para buscar solución a esta patología.
Según Ly, J. (2013) en su presentación sobre la “Evolución de los
dispositivos de ayuda auditiva”, organiza cronológicamente las fechas de
invención de los dispositivos electrónicos con mayor relevancia en el área de
la audición. El primero de estos dispositivos fue el Vactuphone desarrollado
por el ingeniero naval Earl Henson en 1920, el mismo usaba válvulas de
vacío como dispositivo de amplificación del sonido y a su vez diseñado para
ser portátil. El siguiente gran salto en el desarrollo de dispositivos de ayuda
auditiva fue el Sonotone el cual basaba su funcionamiento en la
5
implementación de transistores, desarrollado en 1952. Para el año 1961 el
Dr. William House quien fue junto con el Ingeniero de la NASA Jack Urban
desarrollaron e inventaron el primer implante coclear, dispositivos
ampliamente usado en la actualidad.
Estos dispositivos usan diversos métodos de transmisión de sonido,
en el caso de los audífonos amplificadores de audio por medio de
conducción aérea transporta el sonido desde el oído externo y a través del
conducto auditivo llegan al oído medio, desde allí las vibraciones de los
huesos del oído medio conducen las ondas de sonido hasta el oído interno.
En el caso de los implantes cocleares estos son implementados
quirúrgicamente, las señales de sonido se transmite directamente a los
nervios presentes en la cóclea, pero al depender de una intervención
quirúrgica su costo es mayor y en ocasiones no todos los pacientes son
candidatos para este tipo de tratamiento.
Actualmente en el mercado existen una amplia gama de dispositivos
para el tratamiento de hipoacusia en sus diversos grados. La compañía
Cochlear ™ dentro su catálogo de productos ofrece un dispositivo de ayuda
auditiva llamado BAHA (Bone-Anchored Hearing Aid o por sus siglas en
inglés Dispositivo de ayuda auditiva anclado al hueso). El dispositivo BAHA
está compuesto por un procesador de audio que capta los sonidos
circundantes y los dirige a través de un implante de titanio incrustado
quirúrgicamente en el cráneo hasta un punto donde la capacidad natural del
organismo permite transmitir los sonidos por el hueso craneal posibilitando el
paso de estos hasta el oído interno, evitando por completo el oído externo y
el oído medio. El problema de este tipo de sistema es principalmente su alto
costo, debido a esto no es accesible para todas las personas y para su
implementación el paciente debe pasar unos criterios de selección impuestos
por el especialista médico.
6
Díaz, M. (2014) reporta en su artículo “Widex aperturó nueva sede en
Valencia para mejorar atención del paciente auditivo” para el diario
Noticias24 el costo aproximado para este tipo de dispositivos variaba entre
18 mil a 100 mil Bolívares, pero en la actualidad el costo de estos
dispositivos es difícil de determinar debido a la situación económica del país.
En países como Estados Unidos o Australia, el precio de estos dispositivos
de ayuda auditiva varían entre 7.000$ y 30.000$ dólares dependiendo del
tipo de dispositivo eso sin incluir el costo de la operación, de un aproximado
de 15.000 $ dólares, según explica Lujan, M. (2015) en su artículo
“Implantes cocleares, la esperanza para volver a oír” para el periódico El
Tiempo.
La realidad económica y hospitalaria que padece Venezuela en la
actualidad no facilita la adquisición de este tipo de dispositivos, ya que la
importación de estos dispositivos es muy costosa y muchas familias o
personas que padecen esta patología deben recurrir a instituciones o al
estado para les sean donados; pero esto no solo implica obtener el
dispositivo, por lo general estos dispositivos requieren constante
mantenimiento y la adquisición de repuestos para repararlos no permite que
los dispositivos sean utilizados nuevamente por la persona.
Partiendo de esta situación se plantea la posibilidad de diseñar,
construir y probar un prototipo de ayuda auditiva que utilice la transmisión de
sonido por vibración ósea como un tratamiento de personas que padezcan
hipoacusia conductiva no severa y que a su vez no requiera cirugía para ser
utilizado.
7
1.2 Formulación del problema
1.2.1 Interrogante General
¿Cómo mejorar la audición y calidad de vida de las personas que
padecen de algún tipo de discapacidad auditiva?
1.2.2 Interrogantes específicas
¿Qué es y cuáles son los tipos de hipoacusia?
¿Qué tipo de dispositivos electrónicos tratan este tipo de patología?
¿Qué componentes electrónicos, protocolos de comunicación o
procesos utilizan estos dispositivos de ayuda auditiva para su
funcionamiento?
¿Cuáles son las características que debe tener el prototipo para ser
construido?
¿Cuál es el impacto o alcance que puede tener el prototipo para
tratar la hipoacusia en las personas?
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivos General
Desarrollar un prototipo de ayuda auditiva por vibración ósea dirigido a
personas con discapacidad auditiva.
1.3.2 Objetivos específicos
Investigar la hipoacusia y sus tipos.
Estudiar los sistemas de ayuda auditiva que traten la hipoacusia.
8
Diseñar el circuito electrónico para el prototipo de ayuda auditiva
propuesto.
Construir el prototipo de ayuda auditiva.
Probar y documentar el funcionamiento del prototipo de ayuda
auditiva.
1.4 Justificación
Para el diseño del prototipo se toma como base el principio de la
audición por conducción ósea, ya que este permite buscar una alternativa a
la implementación de este tipo de sistemas de audición sin la necesidad de
ningún tipo de cirugía, el dispositivo podrá ser utilizado por personas de
diversas edades y de ambos géneros, siempre y cuando la gravedad del tipo
de hipoacusia que presente pueda ser tratada sin la necesidad de realizar
cirugía o que el sistema auditivo de la persona esté completamente
comprometido como es en el caso de la hipoacusia de tipo conductiva no
severa, grado de hipoacusia que se tiene pensado tratar en este trabajo de
grado.
Este Trabajo de Grado no solo busca solucionar el impedimento que
la enfermedad produce en los personas, de igual manera aporta al integro de
esta persona discapacitada a la sociedad y poder disfrutar de su vida
cómodamente. A la vez cumple con los requerimientos para elaborar una
investigación del tipo mixta (documental y campo) que está enfocada en un
tema social en el que se busca ayudar, contribuir con el estudio de una
problemática que se vive en el país y poder utilizar los conocimientos
adquiridos a lo largo de la carrera para su eventual solución.
La razón por la que se consideró el estudio de la trasmisión por
vibración ósea para crear y diseñar el prototipo fue considerada debido
9
forma en que el sonido se propaga a través del oído interno evitando de esta
manera la cavidad auditiva de la persona que padece de hipoacusia, en
donde está y el tímpano son los principales órganos comprometidos. El
prototipo tiene como fin principal poder tratar o mejorar la audición de la
persona que padezca de la enfermedad, al mismo tiempo ayuda de manera
indirecta a personas que pertenezcan a su entorno social o familiar, tales
como:
Enfermos de hipoacusia: Este prototipo ayudará a las personas
que padezcan de esta condición a poder aumentar su rango de
escucha y así poder disfrutar de su día a día sin impedimento
alguno.
Familiares: Sean menores de edad o no, los padres y familiares
de estas personas tendrían una mejor comunicación con ellos al
romper la barrera comunicacional que los separa por la falla de la
audición.
Médicos o especialistas a fin: De crearse este dispositivo y que
los parámetros de funcionamiento del mismo cumplan con los
requerimientos auditivos de su paciente, este prototipo sería una
nueva opción que el especialista encargado del caso podría
ofrecer como solución a su padecimiento a un bajo costo.
Inclusión social de las personas discapacitadas: Al tratarse de
una enfermedad que deteriora la escucha de la persona, el hecho
de que el prototipo pueda tratar este problema permitiría a que
estas personas que padecen esta patología puedan desenvolverse
dentro de la sociedad o su entorno laboral.
10
Para futuras investigaciones: Al ser un prototipo el dispositivo
estará dispuesto para que futuros investigadores, sea cual sea su
área de experticia, puedan estudiar los resultados de esta
investigación, analizar el alcance y desempeño del dispositivo con
el fin de que se pueda canalizar con mayor precisión su impacto
dentro de la población que padece esta patología.
Para Venezuela: Venezuela a pesar de sus recursos naturales no
es un país que destaque a nivel global por sus descubrimientos o
avances tecnológicos, sin embargo por menor o mayor relevancia
que pueda ejercer esta investigación, está sirve como un escalón
más para que cualquier investigación con mayor financiamiento y
dedicación pueda trabajar en el tema, generando un impacto
mucho mayor dentro de la sociedad venezolana que se ve
afectada por esta patología.
1.5 Delimitaciones de la investigación
1.5.1 Geográfica
La investigación se realizará a nivel documental principalmente dentro
de las instalaciones de la Universidad Nueva Esparta ubicada en la
urbanización Los Naranjos, municipio El Hatillo, Estado Miranda. En el
consultorio de otorrinolaringología del Hospital Privado Centro Medico de
Caracas, ubicado en la av. Mariscal Sucre, Edificio Medicentro, Piso 2, San
Bernardino, municipio Libertador, Caracas y por último en FUNDAIVAL
(Instituto Venezolano de la Audición y el Lenguaje) ubicado en cruce de las
calles Araure y Cuchivero Edif. IVAL, El Marqués, Caracas, Venezuela.
11
La elaboración del diseño del prototipo y las pruebas técnicas se
llevarán a cabo en los laboratorios de la Universidad Nueva Esparta y en la
residencia de uno de los autores ubicada en la urbanización La Boyera,
Quinta La Lagunita, municipio El Hatillo, Estado Miranda.
Las encuestas a realizar se llevarán a cabo en el Instituto FUNDAIVAL
mencionado anteriormente.
1.5.2 Temporal
La investigación y estudio del prototipo para el trabajo de grado
abarcará un lapso de tiempo comenzando en el mes de Enero del 2016
hasta el mes de Febrero del 2017, de una duración de unos (13 meses) para
diseñar, crear e documentar el funcionamiento del prototipo.
1.5.3 Temática
Esta investigación comprende el lineamiento de investigación dentro
del área de ingeniería electrónica de la Universidad Nueva Esparta conocida
como “Diseño, simulación y desarrollo de aplicaciones para el tratamiento de
señales dirigidas al sector de las Telecomunicaciones”, debido a las diversas
técnicas de tratamiento de señales de audio analógicas a señales digitales
que deberán ser filtradas, amplificadas y para poder ser utilizadas de manera
eficiente por el prototipo.
1.5.4 Técnica
A través de la implementación de este prototipo personas que
padezcan de hipoacusia conductiva y neurosensorial unilateral podrán
disponer de un dispositivo que permita tratar su padecimiento, no requiera
12
cirugía para ser implementado, que posea un desempeño eficiente a un
costo razonable.
El diseño del prototipo de ayuda auditiva por vibración ósea se
desarrolló bajo las siguientes características:
La montura del dispositivo forma parte de unos audífonos Aftershokz
modelo Sportz 3, el cual posee dos transductores que transmiten el sonido
mediante vibración ósea, estos se encuentran posicionados en el hueso
temporal en cada lado del cráneo, estos serán reutilizados con el fin
transmitir el audio proveniente del entorno n que se encuentre la persona.
La captación del sonido del ambiente se obtendrá por medio de dos
micrófonos micro-electro-mecánicos (MEMS), los cuales estarán adheridos a
la montura en ambos lados. El sonido es cuantificado de manera digital y
transmitido por modulación por densidad de pulsos o PDM hacia el
procesador de audio.
Dentro de la etapa de procesamiento de la señal de audio, se
encontrara un procesador de audio digital que trabajara como ecualizador
gráfico de 5 bandas. La configuración del prototipo se dará a través de un
microcontrolador que almacenara la información de los diversos parámetros
de funcionamiento, de esta manera se podrá habilitar que canales de audio
son necesarios para tratar a la persona, debido a que la pérdida auditiva de
cada persona con este padecimiento pude variar.
Para la etapa de amplificación del audio se utilizara un circuito
integrado especializado para audio estéreo que trabajo con el formato I2S, el
cual posee dos salidas de 2 watts cada canal, derecho e izquierdo, teniendo
como carga los transductores ya mencionados.
La alimentación del dispositivo constara de una batería de 4.1 voltios,
de 2000 mAh, que será conectada a un circuito integrado especializado, el
13
cual administra el voltaje de alimentación de todo el prototipo de entre 3.3 a
3.6 voltios, a la vez que carga la batería por medio de un puerto micro USB.
Conectado al soporte se encontrara una caja donde se ubican los
circuitos electrónicos, en la parte inferior de esta se encontraran una serie
de elementos que permitirán el control del prototipo en donde:
1. Pulsador (1): Encender y apagar del dispositivo.
2. Pulsador (2): Control ascendente del volumen.
3. Pulsador (3): Control descendente del volumen.
4. LED (1) indicador de encendido/apagado.
5. Puerto micro USB de carga (1).
6. Pines hembras (5) para la programación de los parámetros de la
ecualización y control del prototipo por medio del protocolo de
Programación serial en circuito o ICSP.
1.6 Limitación
El principal limitante se encuentra el aspecto económico, el hecho de
que muchos de los materiales o componentes requeridos para la
elaboración del prototipo son importados, genera gran dificultad al momento
de su disposición dentro del territorio nacional, esto se debe a los problemas
económicos que vive la nación.
La disposición de tiempo de consulta a los médicos especialistas,
debido a su grado de compromisos, limita el tiempo para poder realizar
14
consultas muy exhaustivas, pero con un calendario de consultas este
problema se ve reducido considerablemente. Consecuentemente esta la
dificultad de disponer de alguna persona que padezca hipoacusia (en
cualquiera de sus grados) a tiempo completo para las pruebas del
dispositivo, pero sin embargo no es un impedimento para realizar la
investigación.
Por último y muy importante hay que recalcar que el prototipo de
dispositivo de ayuda auditiva a desarrollar está destinado a tratar la
hipoacusia de tipo conductiva no severa, por lo que catalogarlo como un
tratamiento para la hipoacusia en general es incorrecto, esto depende del
grado de hipoacusia que presente la persona de esta manera se puede
estudiar la posibilidad de utilizar el prototipo como posible tratamiento.
15
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la investigación
Los antecedentes de la investigación según Claret, A. (2015) “se
refieren a investigaciones previas que han sido realizadas respecto al tema
objeto de estudio.” Estos pueden ser medios impresos o digitales pero
siempre deben estar referidos a su respectivo autor o autores. Los
antecedentes constituyen elementos teóricos, requerimiento que un
investigador necesita para poder precisar y delimitar el objetivo de su
investigación. Las investigaciones que sirvieron como apoyo son las
siguientes:
Adamson R. Bance, M. y Brown J. (2010) realizaron un trabajo
investigativo que lleva por título “A piezoelectric bone-conduction bending
hearing actuator”, proveniente de Universidad Dalhousie, ubicada en Nueva
Escocia, Canadá.
El objetivo general de esta investigación consistió en realizar
comparaciones entre los sistemas de escucha osteo-integrados basados en
el uso de vibradores como actuadores (BAHA) y sistemas basados en
actuadores piezoeléctricos subcutáneos (SPAHA) con el fin transmitir el
sonido a través del cráneo.
Este trabajo investigativo de tipo proyectiva, lograron comparar
efectivamente ambos métodos de transmisión de sonido por conducción
ósea, concluyeron que el sistema SPAHA aun siendo provisional su
implementación en el campo medico es factible, requiere acondicionamiento
y diseño electrónico para ser cumplir con estándares establecidos.
16
Esta investigación es de gran utilidad para el desarrollo del prototipo
en general y estudia en detalle los tipos de transmisión por conducción ósea.
Andrade, S. (2014) realizó un trabajo investigativo que lleva por título
“Diseño e implementación de un dispositivo inalámbrico capaz de
amplificar el sonido generado por el calzado utilizado por profesionales
del baile flamenco en el restaurant El Jaleo, municipio El Hatillo”,
proveniente de la Universidad Nueva Esparta, ubicada en Caracas,
Venezuela. Para optar por el título de Ingeniero Electrónico.
El objetivo general de esta investigación consistió en diseñar e
implementar un dispositivo inalámbrico capaz de amplificar el sonido
generado por el calzado utilizado por profesionales del baile de flamenco en
el restaurant El Jaleo, municipio el Hatillo.
Este trabajo de grado es una investigación de tipo proyectiva, se logró
implementar y diseñar el dispositivo en el restaurant con éxito. Sirve de gran
aporte como base para el trabajo de investigación debido a que se basa en el
tratamiento de señales acústicas y la transmisión/recepción en forma digital
de las mismas.
Díaz, J. y Mora, F. (2012) realizaron un trabajo investigativo que lleva
por título “Dispositivo vibratorio portátil de recepción musical para
personas con discapacidad auditiva”, proveniente de la Universidad San
Buenaventura, ubicada en Bogotá, Colombia. Para optar por el título de
Ingeniero en Sonido.
El objetivo general de esta investigación consistió en diseñar y
construir un dispositivo vibratorio portátil de percepción musical para
personas con discapacidad auditiva.
Este trabajo de grado es una investigación de tipo proyectiva, se logró
implementar y diseñar el dispositivo en personas que padecen de
17
hipoacusia en diferentes grados con éxito, resulto con ciertos inconvenientes
en reproducción de sonidos en frecuencias bajas pero esto no impidió su
funcionamiento. Esta investigación muestra las características de un
dispositivo de ayuda auditiva por transmisión ósea creado por los autores.
La información y datos recaudados por los autores son muy importantes al
tomar en cuenta las características de diseño y desempeño que debe tener
el dispositivo de ayuda auditiva para ser construido.
Catalán, D. (2011) realizo un trabajo investigativo que lleva por título
“Determinación de la atenuación en dispositivos auditivos tipo orejera
aplicados en la protección, comunicación y entretenimiento en control
activo de ruido” proveniente de la Universidad Austral de Chile, ubicada en
Valdivia, Chile. Para optar por el título de Ingeniero Civil Acústico.
El objetivo general de esta investigación consistió en obtener el
desempeño objetivo de la atenuación del ruido en tres tipos de DAA
(Dispositivos Auditivos Activos), usando la metodología MIRE (Microphone in
Real Ear) descrita en tres normas internacionales.
Este trabajo de grado es una investigación de tipo proyectiva, los
estudios del autor confirmaron que el desempeño de estos dispositivos que
se encuentran en el mercado de prótesis auditivas en Chile cumplen con su
correcto funcionamiento y cumplen los estándares internacionales pautados
por la metodología MIRE. Esta investigación sirve como referencia para
diseñar el prototipo de ayuda auditiva, siguiendo los estándares
internacionales por los cuales un dispositivo de estas características debe
operar.
Martínez, J. (2008) realizo un trabajo investigativo que lleva por título”
Procesamiento de voz en tiempo real empleando un procesador digital
18
de señales” proveniente de la Universidad autónoma del estado de Hidalgo,
ubicada en Pachuca, Hidalgo, México. Para optar por el título de ingeniero en
electrónica y comunicaciones.
El objetivo general de esta investigación consistió en implantar un
DSP (procesador digital de señal) para el procesamiento digital de voz real y
en un DSP para caracterizar a la señal de voz.
Este trabajo de grado es una investigación de tipo proyectiva, el autor
a través de filtros digitales fue capaz de procesar la voz humana usando
algoritmos matemáticos e implementando el DSP de la familia
TMS320C6711 de la compañía Texas Instruments. Esta investigación aporta
significativamente ya que estudia a fondo el diseño de los filtros digitales
empleados en su proyecto.
2.2 Bases Teóricas
2.2.1 El Sonido
Gómez, E. y Cuenca I. (2011) definen al sonido como “la sensación
que se produce a través del oído en el cerebro causada por las vibraciones
de un medio elástico, las que a su vez producen un desplazamiento en
cadena de las moléculas del medio debido a la acción de una presión
externa.”
2.2.1.1 Frecuencia
La frecuencia la define Gómez, E. y Cuenca I. (2011) como “el número
de veces que una onda se repite en un segundo”, la unidad de la frecuencia
19
es el hercio (Hz) aunque también se emplean múltiplos como el kilohercio y
el megahercio, la frecuencia se representa por la letra f.
2.2.1.2 Velocidad de Propagación
Gómez, E. y Cuenca I. (2011) definen la velocidad de propagación
como “la velocidad a la que viajan las ondas en un medio determinado”. La
velocidad de propagación de las ondas de sonido depende de las
condiciones ambientales como la presión atmosférica, temperatura, humedad
y fundamentalmente del medio en que se propagan. La velocidad del sonido
por medio del aire con una presión atmosférica de 1 atmosfera y una
temperatura de 20°C es de 340 metros por segundo (m/s).
2.2.1.3 Tono
Salvat, J. (1976) define el tono acústico como “la cualidad que
diferencia dos sensaciones sonoras de distinta frecuencia”. Este depende
fundamentalmente del número de vibraciones por segundo o frecuencia de la
señal, cuanto mayor sea esta mayor será el tono y cuanto menor más grave.
2.2.1.4 Intensidad Sonora
Gómez, E. y Cuenca, I. (2011) explican que la intensidad sonora es la
energía con la que una onda sonora alcanza una superficie, esta depende de
la presión con la que emite la fuente, la distancia entre la fuente y el objeto
receptor y las características del medio por el cual se transmite. La intensidad
sonora se mide en dB SPL.
20
2.2.1.5 Decibel SPL
Gómez, O. (2006) define al decibel SPL (Sound Pressure Level o Nivel
de Presión Sonora) como “una medida logarítmica utilizada en la acústica
para representar el nivel de intensidad de un sonido”, en esta medida su nivel
de referencia 0 dB SPL equivale a una presión sonora de 0.00002 Pascales
o su equivalente 20µPa. En la Tabla Nº1 se observa un cuadro comparativo
entre decibel SPl y presión en Pascales.
2.2.1.6 Decibel HL
Así como existe el decibelio SPL también se encuentra el decibel HL,
Gómez, O. (2006) explica que el decibel HL es ampliamente utilizado en la
audiología principalmente en vez del dB SPL, ya que en esta medida se toma
un nivel de referencia diferente para cada escala de frecuencias, esto quiere
Tabla Nº1: Cuadro comparativo entre decibel SPl y presión en
Pascales.
Figura Nº 1 cuadro comparativo entre decibel SPl y presión en Pascales.
Fuente: Cabrera, J. Acústica y Fundamentos del Sonido. Universidad Nacional. (2010). (En línea).
21
decir que 0 dB HL en 1000Hz no es el mismo que 0dB en 500Hz, esto debido
a que la audición humana no es igual de sensible a todas las frecuencias.
La Tabla Nº2 muestra una tabla comparativa en decibelios SPL y
decibel HL.
Fuente: Crovetto, M. Las Escalas Decibélicas: Decibelios SPL y decibelios. (2013). (En línea).
2.2.2 Espectro Audible
Gómez, E. y Cuenca I. (2011) en su libro expone las distintas gamas
de frecuencias que son perceptibles por el oído humano donde:
Es el rango de frecuencias sonoras que puede percibir el oído humano. Se considera como estándar la gama de frecuencias entre 20 y 20.000 Hz. Los sonidos de frecuencia inferior a 20 Hz se llaman infrasonidos o subsónicos y los que tienen una frecuencia superior a 20.000Hz se conocen como ultrasonidos. El espectro audible es diferente para cada persona y se altera con la edad (si se tiene más edad se pierde sensibilidad a las frecuencias agudas), y otro tipo de causas (trabajo en ambientes ruidosos, etc.). El espectro audible de cada persona se puede calcular realizando una audiometría. Las frecuencias pueden clasificarse, según su valor, en tonalidades. A medida que la frecuencia es mayor se habla de una tonalidad o tono mayor. Así, distinguimos tonos graves o bajos, medios y agudos o altos. Los sonidos graves van de 20 a 300Hz, los medios de 300 a 2.000Hz, y los agudos de 2.000 hasta 20.000Hz.El espectro audible se subdivide en octavas. El valor máximo de cada una de ellas es el doble del valor anterior. La primera octava y la última son prácticamente inaudibles. (p 5).
Tabla Nº2 : Tabla comparativa en decibelios SPL y HL.
Figura Nº 2 Tabla comparativa en decibelios SPL y HL.
22
En la figura N° 1 se pueden observar las diferentes escalas de
frecuencias establecidas en octavas.
Fuente: Gómez, E. y Cuenca, I. Manual Técnico de Sonido. (2011)
2.2.2.1 Curvas de Fletcher-Munson
Las curvas Fletcher – Munson o también llamadas curvas isofónicas
proceden de una series de estudios que en el año de 1930 se utilizaron para
medir la energía necesaria para producir una llamada telefónica, Vidal, F.
(2011) dice que estas curvas son “un experimento que grafica los niveles de
audición en el oído humano, los niveles de sensibilidad que este último tiene
al percibir las ondas del sonido, la sensibilidad que tiene el oído humano
depende de la frecuencia y del volumen”
Estas curvas calculan la relación existente entre la frecuencia y la
intensidad de sonido (en decibelios) de dos sonidos para que éstos sean
percibidos como igual de fuertes, con lo que todos los puntos sobre una
misma curva isofónica tienen la misma sonoridad. En las curvas se puede
apreciar que a medida que aumenta la intensidad sonora, las curvas se
hacen, cada vez, más planas. Esto muestra la dependencia de la frecuencia,
es menor a medida que aumenta el nivel de presión sonora, lo que significa
Figura Nº1: Escala de Frecuencias en Octavas.
23
que si disminuye la intensidad sonora los últimos sonidos perceptibles en
desaparecer serían los agudos (altas frecuencias).
Estas curvas muestran los umbrales de audición, dolor y el nivel de
sonoridad, los cuales se pueden observar en la figura N°2, estos son
utilizados para poder medir las representaciones de la subjetiva audición
humana con el fin de ajustar las mediciones para hacerlas coincidir con el
umbral de sensibilidad del oído humano, por otra parte el nivel de sonido es
la representación de la capacidad del oído humano soportar una frecuencia
en especifica con cierta intensidad.
2.2.3 Sistema auditivo
Según Gómez, O. (2006) el sistema auditivo es el encargado de
capturar, transformar, transmitir y asimilar toda aquella información sonora
Fuente: López, D. Gran enciclopedia de la electrónica. (1985).
Figura N° 2: Curva Fletcher-Munson
Figura 3Curvas de Fletcher-Munson.
Curvas de Fletcher-Munson.
24
circundante con el fin de poder utilizar esa información para poder interactuar
mejor con los hechos que ocurren en nuestro medio, este a su vez se puede
dividir en dos grandes sistemas: el sistema periférico y el sistema central.
2.2.3.1 Sistema Periférico
El sistema periférico se encarga de transformar las ondas de sonido
en señales eléctricas para estas luego sean enviadas al sistema de audición
central y se subdivide en tres partes: El oído externo, el oído Medio y el Oído
interno.
2.2.3.2 Oído Externo
Es el encargado de captar el sonido circundante, está conformado por
el pabellón auricular y el conducto auditivo externo. Está formado por el
pabellón de la oreja que aumenta la frecuencia y localiza la fuente sonora y
por el conducto auditivo externo transmite la onda hacia la membrana
timpánica. El oído externo, es el responsable de conducir el sonido hasta el
oído medio y el medio al interno, que a través del nervio auditivo transmite la
información al cerebro. En la figura Nº 3 se aprecia con detenimiento en
sistema auditivo humano con todas sus partes.
Las secciones elementales del oído interno son :
Pabellón auricular
Canal auditivo externo
Membrana timpánica
25
Fuente: Gómez, O. Audiología Básica. (2006)
2.2.3.3 Oído Medio
Es el encargado de transformar las ondas de sonido en vibraciones y
transmitirlas al oído interno, está conformado por la caja timpánica y la
cadena de huesecillos (martillo, Yunque, estribo y ventana oval). Se pueden
observar en las figuras N°3 y N°4.
2.2.3.4 Oído Interno
El oído interno es el encargado de transformar las vibraciones
transferidas del oído medio, por medio de la ventana oval, y convertirlas en
señales electro-químicas que son enviadas al sistema auditivo central por
medio del nervio auditivo y además también se encarga del equilibrio y el
control espacial por medio del sistema vestibular, el oído interno se conforma
en su forma más básica por la cóclea, el sistema vestibular y el nervio
auditivo. Se puede apreciar su forma en la figura N°4.
Figura Nº3: Sistema auditivo Humano
26
Fuente: Gómez, O. Audiología Básica. (2006)
2.2.4 Hipoacusia
Según Gómez, O. (2006) la hipoacusia es “la reducción de la
sensibilidad del mecanismo auditivo, el individuo que la padece requiere que
la intensidad de los sonidos sea aumentada para poder percibirlos”.
2.2.4.1 Tipos de Hipoacusia
Según Tamayo, M & Bernal, J. (1998) en su libro “Alteraciones
visuales y auditivas de origen genético” los tipos de hipoacusia pueden ser
divididos en tres grupos:
Hipoacusia conductiva: Es la pérdida de la audición causada
una alteración en el funcionamiento del oído medio o por un
trastorno en el oído externo. Véase la Figura N°5.
Hipoacusia Neurosensorial: Es la disminución de la audición
causada por una enfermedad, trauma o malformación que
altere al oído interno o a la vía auditiva o su funcionamiento.
Véase la Figura N°5.
Figura Nº 4: Anatomía del oído.
Figura Nº 6 Anatomía del oído.
27
Figura Nº5: Anatomía del Oído y Tipos de Hipoacusia.
Figura N° 7. Anatomía del Oído y Tipos de Hipoacusia.
Fuente: Díaz, M. Hipoacusia: Taller de Formación personal del IVSS.
(2014).
Hipoacusia Mixta: Es la pérdida auditiva en la que se
compromete tanto el sistema mecánico de transmisión del
sonido, como el oído interno o la vía auditiva.
2.2.5 Microcontroladores
Cekit en su manual “Curso Básico de Microcontroladores PIC” (2002)
define como microcontrolador a un circuito integrado programable capaz de
ejecutar las órdenes o secuencias que están grabadas en su memoria de
programa. Los microcontroladores son sistemas compuestos básicamente
por un CPU (Unidad de Procesamiento Computacional), Memoria de
Programa, Memoria de datos, un Registro de Instrucciones tipo RISC
(Reduced Instruction Set Computer),
Bus de datos, Puertos de Entrada/Salida y Contadores, aparte de
estos elementos básicos pueden incluir periféricos tales como Módulos
PWM, ADC, DAC, Módulo DSP (Digital Signal Processor), Puertos UART,
I2C, USB, entre otros. Véase la figura N° 6.
28
Figura Nº6: Estructura de los microcontroladores en general.
Figura N° 8 Estructura de los microcontroladores en general.
Fuente: Kamal, R. Microcontrollers: Architecture, Programming, Interfacing and System Design. (2007)
Los microcontroladores se pueden dividir en tres grupos mediante la
diferencia entre el largo en bits de su Bus de datos y el ancho en el que
opera su ALU (Unidad Lógica Aritmética), estos pueden ser de 8, 16 o 32
Bits, Estos también pueden ser diferenciados por su Familia siendo las más
importantes la arquitectura 8051, ARM, Motorola, PIC y Texas Instruments.
Véase la figura N°7.
29
Figura Nº7: Tipos de Microcontroladores y división por
arquitecturas.
Fuente: Kamal, R. Microcontrollers: Architecture, Programming,
Interfacing and System Design. (2007).
Los microcontroladores están diseñados para interpretar y procesar
datos e instrucciones en forma binaria. Patrones de 1's y 0's conforman el
lenguaje máquina de los microcontroladores, y es lo único que son capaces
de interpretar. Son “1” y “0” los que representan la unidad mínima de
información, conocida como bit, ya que solo puede adoptar uno de dos
valores posibles. Es por esto que la programación comúnmente se lleva a
cabo en un lenguaje de alto nivel, es decir, un lenguaje que utilice frases o
palabras semejantes o propias del lenguaje humano. Lenguajes como el C o
BASIC son comúnmente utilizados en la programación de
microcontroladores.
30
Figura Nº8: dsPIC , DSP y MCU.
.
Fuente: Angúlo, J. dsPIC Diseño Práctico de Aplicaciones. (2006).
2.2.5.1 dsPIC
Angúlo, J. (2006) define a la Familia dsPIC de la empresa Microchip
como un “hibrido entre un microcontrolador común y un Procesador de
Señales digitales der gama baja” convirtiéndose en lo que él llama un DSC o
Controlador de Señales Digitales el cual reúne las características de un
microcontrolador convencional de 16 Bits, mediante este dispositivo es
posible realizar operaciones matemáticas en menos ciclos de reloj, así como
el hecho de que incluye en su Hardware Conversores Analógicos-Digitales
de gran precisión y gran velocidad. Véase la Figura N° 8.
2.2.6 Filtros
Según Díaz, J. y Mora, F. (2012) los filtros eléctricos son elementos
que discriminan una frecuencia o un rango de frecuencias de la señal que
pasa el, atenuando su amplitud y su fase. Existen Dos tipos de Filtrado los
Analógico y Digital.
31
2.2.6.1 Analógicos
Los filtros analógicos son aquellos que actúan sobre señales
continuas y basan su operación en elementos pasivos como lo son las
Resistencias, los condensadores y las bobinas para atenuar una señal a una
frecuencia dada, este tipo de filtros se pueden subdividir en dos categorías
basándose en si utilizan, además de los componentes mencionados con
anterioridad, elementos activos:
Pasivos: Son filtros que no presentan ningún elementos activo,
esto quiere decir que no poseen amplificación. En la figura 9 se
puede observar un filtro analógico pasivo pasa-bajo conformado
por una resistencia y un capacitor.
Activos: Son filtros que usan elementos activos, tales como
Transistores o Amplificadores operacionales con el fin de
amplificar la señal filtrada.
Figura Nº9: Filtro Paso bajo analógico pasivo y respuesta en frecuencia.
Fuente: Boylestad, R. Introducción al análisis de circuitos. (2004).
32
2.2.6.2 Digital
Según Smith, S. (1997) los filtros digitales son filtros que operan sobre
señales digitales o señales discretas, su funcionamiento se basa en una
operación matemática en la que se toma la señal de entrada previamente
convertida en una secuencia de números y la modifica produciendo otra
secuencia de números que serán posteriormente se restaurara en una señal
analógica filtrada, esta operación de filtrado se puede realizar con un
procesador de señales digitales (DSP). Existen dos tipos básicos de Filtros
digitales: FIR (Finite Impulse Response) e IIR (Infinite Impulse Response).
2.2.6.3 FIR
Según Bertran, E. los Filtros digitales tipo FIR por sus siglas Filtro de
respuesta finita al impulso, son llamados de esa manera ya que no poseen
retroalimentación y su respuesta al impulso es una serie finita de señales no
nulas a su salida, este tipo de filtros es muy estable debido que al no tener
retroalimentación también carece de polos de ahí el hecho que éste presente
una respuesta finita al impulso.
La calidad o en su efecto el orden de este tipo de filtros digitales
depende directamente sobre el número de coeficientes (N) con que se
realice por lo que requiere de una gran capacidad de cómputo para lograr
una óptima calidad de filtrado.
33
En la figura N° 10 se puede observar el proceso de filtrado con un filtro
digital de repuesta finita al impulso (FIR), en ella se observa la señal se
entrada x(n), el retraso Z^-1, la multiplicación por los coeficientes calculados
para cada paso y la sumatoria de todas las señales resultantes en la señal
y(n).
2.2.6.4 IIR
Los Filtros digitales tipo IIR por sus siglas (Filtro de Respuesta Infinita
al Impulso), se llaman de esta manera debido a que posee respuestas
infinitas de valor no nulo en respuesta de una entrada impulsiva, esto se
debe a que posee retroalimentación por lo tanto también posee polos en los
que el filtro se torna inestable. En la Figura N° 11 se puede observar un
ejemplo de filtrado con un filtro digital de repuesta infinita al impulso (IIR), en
Figura Nº10: Proceso de Filtrado digital con Filtro FIR.
Fuente: MikroElectronika. Digital Filter Desing. (2015). (En línea)
34
ella se observa la señal a filtrar x (n), las etapas de filtrado recursiva A (z) y
no recursiva B (z) y la señal filtrada y (n).
2.2.7 Transductores
Según Pallás (2004) lo define como “ dispositivo que convierte una
señal de tipo de energía en otra, captando cualquier secuencia similar de
oscilaciones, ya sean ondas sonoras (vibración sonora), vibraciones
mecánicas de un sólido, corrientes o voltajes alternos de un circuito eléctricos
como también pueden ser las vibraciones de ondas electromagnéticas
radiadas en el espacio”.
Dado que existen seis tipos de señales: mecánicas, térmicas,
magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares (químicas), cualquier
dispositivo que convierta una señal de un tipo en una señal a otra de otro tipo
debe ser considerado como un transductor, no obstante se consideran
transductores a aquellos dispositivos que ofrecen una señal de salida
Figura Nº11: Proceso de Filtrado digital con Filtro IIR.
Fuente: MikroElectronika. Digital Filter Desing. (2015). (En línea)
35
eléctrica, ya que son más relevantes en los procesos de actividades como la
electrónica, la mecánica, la acústica, entre otros. Algunas de las propiedades
de materiales con características piezoeléctricas se pueden observar en la
Tabla N° 3.
Tabla Nº3: Características materiales piezoeléctricos de uso común.
2.2.8 Tipos de transductores
2.2.8.1 Transductor piezoeléctrico
Gautschi, G. (2002) explica que los transductores piezoeléctricos
basan su funcionamiento en el fenómeno de la piezoelectricidad. Para su
fabricación se utilizan materiales cerámicos como el Titano de Bario,
mediante el efecto piezoeléctrico directo a través de una fuerza externa se
logra un desplazamiento de cargas lo que induce una corriente de
desplazamiento y ésta un campo eléctrico.
Éste es el fundamento de los micrófonos piezoeléctricos. Mientras que
los altavoces piezoeléctricos aprovechan el efecto piezoeléctrico inverso,
mediante el cual a través de un campo eléctrico se produce una deformación
mecánica, que convenientemente aprovechada, puede llegar a emitir
Fuente: Pallás, R. Sensores y acondicionadores de señal. (2004).
36
sonidos. Figura N° 12 muestra la composición de un transductor
piezoeléctrico.
2.2.7.1.2 Transductor electroacústico
Lara, L.(2014) explica que el transductor electroacústico también
llamado transductor de bobina móvil, es un tipo de transductor que trasforma
la electricidad en sonido, un ejemplo muy común de estos dispositivos son
los micrófonos, los cuales convierten la energía acústica (vibraciones
sonoras: oscilaciones en la presión del aire) en energía eléctrica (variaciones
de voltaje), un altavoz también es un transductor electroacústica, pero sigue
el camino contrario: un altavoz transforma la corriente eléctrica en
vibraciones sonoras.
La transducción o transformación de energía, se hace en dos fases. El
modelo teórico de un transductor electroacústica, se basa en un transductor
electromecánico y un transductor mecánico-acústico. Esto significa, que se
estudia por un lado la transformación de la energía eléctrica en mecánica, ya
que se genera un movimiento, y por otro lado se estudia la transformación de
la energía mecánica en acústica, ya que el movimiento genera energía
Figura Nº12: Transductor Piezoeléctrico.
Fuente: PI-USA Flexible Piezo Transducers for Industry and Research. (2015). (En línea).
37
acústica. En la figura N°13 se pueden observar las partes de una bobina
móvil.
2.2.9 Vibradores
Según Díaz, J. y Mora, F (2012) “el vibrador consta de dos bobinas
que están inmersas en una región con campo magnético, existirán fuerzas
atractivas y repulsivas entre las bobinas y el imán, debidas al campo variable
de la bobina y al campo estático del imán”. Como el imán está fijo, estas
fuerzas producirán el movimiento del oscilador.
El movimiento de estos vibradores maneja un principio muy parecido a
los transductores de bobina móvil, la diferencia en estos es que la salida que
en la de una parlante es un cono, en los vibradores es un oscilador
Figura Nº13: Bobina Móvil.
Fuente: Altuzar, R. Transductores. (2015). (En línea).
38
descentrado que gira dependiendo de las variaciones de la corriente. La
Figura N°14 muestra las partes que componen un vibrador:
La corriente eléctrica variable interactúa con el campo estático que
hay dentro del vibrador, esto produce una fuerza magnética sobre la
corriente y las bobinas. La magnitud de la fuerza es proporcional a la
intensidad del campo estático y a la intensidad de la corriente haciendo que
la bobina siga las variaciones de corriente y por último que el oscilador
empiece a moverse según el sonido del entorno y sus cambios. Finalmente
por la vibración de este, el sonido llega como vibración transformada en
señal acústica al oído interno para que sea percibido el mensaje por el ser
humano.
2.2.10 Amplificadores
Según Díaz, J. y Mora, F (2012) “un amplificador es un aparato que
con la alimentación de energía, eleva la amplitud de una señal. Hay distintos
tipos de amplificadores como por ejemplo mecánicos, neumáticos o
hidráulicos”. En este caso se investigaran los amplificadores de potencia
Figura Nº14: Vibrador.
Figura N° 17. Vibrador
Fuente: Precision Microdrives. Vibration Motors. Precision Microdrives. (2015). (En línea)
39
electrónicos, que a través de transistores bipolares, estos amplificaran las
señales a trabajar en potencia. Véase en figura N° 15.
Un amplificador operacional u OPAM (Operational Amplifier), ilustrado
en la Figura N° 18 es un circuito electrónico que tiene dos entradas y una
salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un
factor (G) (ganancia), modelos como el LM311 o TL084 son usados con
regularidad en muchos dispositivos electrónicos.
Originalmente los OPAM eran empleados para operaciones
matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación,
etc.) en calculadoras analógicas. El OPAM ideal según afirman Boylestad, R.
y Nashelsky, L. (2003) tiene una ganancia infinita, una impedancia de
entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de
salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la
impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de
Figura Nº15: Amplificador Operacional en configuración no
inversora con bloqueo de DC.
Figura N° 18 Amplificador Operacional en configuración no
inversora con bloqueo de DC
Fuente: Boylestad, R. Electrónica: Teoría de circuitos y
dispositivos electrónicos. (2015).
40
entrada son cero. Existen dos tipos de C.I ideales para la función de
amplificación en potencia, los lineales y reguladores de tensión lineales.
2.2.11 Amplificadores en potencia
Un amplificador de conmutación o amplificador Clase D es un
amplificador electrónico el cual, en contraste con la resistencia activa
utilizada en los modos lineales de los amplificadores clase AB, usa el modo
conmutado de los transistores para regular la entrega de potencia. Por lo
tanto, el amplificador se caracteriza por una gran eficiencia (pequeñas
pérdidas de energía), y esto trae consigo menos disipadores de calor y
potencia, reduciendo el peso del amplificador. Además, si se requiere una
conversión de voltaje, la alta frecuencia de conmutación permite que los
transformadores de audio estorbosos sean reemplazados por pequeños
inductores. Los filtros LC pasa-bajas suavizan los pulsos y restauran la forma
de la señal en la carga.
La alta eficiencia de un amplificador Clase D se debe al hecho de que
la etapa de conmutación de salida nunca es operada en la región activa (o
región lineal para BJT’s). En vez de eso, los dispositivos de salida están
Figura Nº16: Diagrama de Funcionamiento de un
Amplificador clase D.
Fuente: Circuit Today. Classifications of Active Filters. (2015). (En Línea).
41
completamente encendidos o apagados, ambos estados disipando
cantidades mínimas de potencia en los dispositivos de salida. Cuando los
dispositivos están encendidos, la corriente a través de ellos es máxima pero
el voltaje a través de ellos es (cero y cuando los dispositivos están apagados,
el voltaje a través de ellos es máximo pero la corriente es igual a cero. En
ambos casos, la potencia disipada (V * I) es cero. Los amplificadores Clase D
son utilizados con frecuencia en amplificadores de sistemas de refuerzo de
sonido, donde se requiere un alto voltaje de salida. Las figuras N° 16 y N°
17 Muestran el diagrama de bloques de un amplificador clase D con su
señal de entrada-salida.
2.2.12 Pilas eléctricas
Según Viloria, J. (2014) las pilas eléctricas al igual que las baterías
son “elementos eléctricos que permiten suministrar energía a los receptores
eléctricos”, ya sean estos motores DC, circuitos integrados, etc. Las pilas
producen energía eléctrica a partir de una reacción química. Para construir
una pila solo es necesario dos electrodos de diferentes metales en un
Fuente: Circuit Today. Classifications of Active Filters. (2015). (En Línea).
Figura Nº17: Señal de Entrada vs Señal de Salida.
Figura N° 24. Señal de Entrada vs Señal de Salida
42
electrolito en la figura Nº 18 se puede apreciar la composición interna de una
pila simple. Según Martin, J. & Martin F. (2010) habla sobre la composición
de las pilas y las separa en dos tipos, las primarias conocidas como
simplemente pilas y las secundarias, también conocidas como
acumuladoras.
2.2.12.1 Pilas Secundarias
Fowler, R. (1986) explica que las pilas secundarias pueden
descargarse y cargarse en muchas ocasiones. Las pilas secundarias vienen
en diferentes tamaños y emplean diferentes combinaciones de productos
químicos. Las pilas secundarias utilizadas con más frecuencia son las
de plomo-ácido, la de níquel-cadmio (NiCd), la de níquel-metal hidruro
(NiMH), la de iones de litio (Li-ion), y la de polímero de iones de litio
(polímero de Li-ion).
Fuente: Vilora, J. Motores de Corriente Continua. (2014).
Figura Nº18: Pila Simple.
43
El número de ciclos de descarga que una pila puede soportar depende
del tipo y tamaño de la pila, esto también incluye las condiciones en la que la
pila se va a someter. En la Tabla N° 4 se puede observar una comparación
de los diferentes tipos de pilas secundarias de acuerdo a su composición.
Tabla N°4: Tabla comparativa de los tipos de pilas recargables.
Fuente: Briconatur. Baterías recargables. Tipos y características. (2014). (En
línea).
2.2.13 Protocolos de Comunicación
2.2.13.1 I2C
NXP (2014) define a I2C como un protocolo de comunicación de datos
serial para la interconexión de dos o más dispositivos usando solo dos líneas
de transmisión bidireccionales, el I2C utiliza una línea de datos llamada SDA
(Serial data line o Línea de Datos Serial), una línea de reloj para la
sincronización de datos llamada SCL (Serial Clock line o Línea de Reloj
Serial) y una línea de referencia para la transmisión de los datos. Este
protocolo de comunicaciones está orientado a la transmisión de un byte (8
bits) de datos por vez a una velocidad de transmisión que varía desde 100
Kbit/s a 3.4Mbit/s de manera bidireccional y puede llegar a velocidades de
transmisión de datos de 5 Mbit/s de manera unidireccional.
44
2.2.13.2 PDM
PDM o modulación por densidad de pulsos es un tipo de modulación
utilizado para la representar señales analógicas a través de una señal
binaria. Kite, T. (2012) dice que simplemente se le puede resumir como “un
1-bit de audio sobre muestreado” esto implica que no es más que una alta
tasa de muestreo en un sistema digital de un solo bit.
En estos últimos años el PDM ha permitido de manera bastante simple
obtener audio a través de micrófonos digitales para los procesadores de
audio de quipos electrónicos en particular los teléfonos celulares. Kite, T.
(2012) menciona que “PDM es ideal está diseñada para proponer este tipo
de tareas de captación de audio de dispositivos electrónicos compactos ya
que trae consigo todos los beneficios de trabajar con señales digitales como
lo es bajo ruido e interferencias a un bajo costo de diseño”.
Compañías como Sony y Phillips usan este método para transmitir
audio en sus dispositivos, lo llaman DSD™ (Direct stream digital) el cual se
rige bajo el mismo criterio de PDM. En la figura N°19 se pude observar una
señal PDM en el dominio del tiempo y frecuencia.
45
2.2.13.3 I2S
Hazarathaiah, M. (2010) define I2S, o Inter-IC Sound por sus siglas en
inglés, como un protocolo estándar para la transmisión de señales de audio
estéreo digital de manera serial desarrollado por Phillips, el mismo consiste
en tres líneas de transmisión unidireccional las cuales consisten en datos o
audio en formato digital usualmente de 24bit y 48Khz como frecuencia de
muestre , señal de reloj para sincronización de la transmisión de bits y la
selección de canal de audio a transmitir, derecho e Izquierdo, en esencia el
protocolo utiliza la multiplicación por división de tiempo para transmitir ambos
canales de audio de manera digital y serial. En la figura Nº 20 se puede
apreciar un ejemplo del funcionamiento de protocolo de comunicación I2S.
Figura Nº19: Señal PDM en el dominio del tiempo y frecuencia.
Fuente: Kite, T. (2012). Understanding the PDM Digital Audio.
46
2.2.14 Ecualización
Según afirma Doménech, Á. (2010) la ecualización o “control de las
características tímbricas del sonido, se lleva a cabo mediante un conjunto de
filtros clásicos donde se encuentran diversos tipos clásicos de filtro analógico
llevados al cálculo digital”. Usualmente las señales de voz tienden a
distorsionarse a medida que circula por el canal de comunicaciones por el
cual es enviada la información, a este efecto se le conoce como distorsión de
atenuación de frecuencia.
Para contrarrestar este efecto su implementan ecualizadores que son
diseñados para ya sea amplificar o atenuar las diferentes frecuencias en
diferente cantidad con el propósito de buscar aplanar la curva de la
respuesta en frecuencia sin que esta se distorsione.
Los ecualizadores son utilizados con regularidad en sistemas de
comunicaciones y en los estudios de audio, en la figura Nº 21 se puede
apreciar un ejemplo de un sistema de comunicaciones el cual comprende un
ecualizador en el receptor.
Fuente: Malepati, H. (2010). Digital Media Processing: DSP Algorithms Using C.
Figura Nº20: Ejemplo de funcionamiento de protocolo de comunicación I2S.
47
Figura Nº21: Ejemplo de un sistema de comunicaciones con un ecualizador
en el receptor.
Fuente: Sallent, O., Valenzuela, J. & Agustí, R. (2003). Principios de comunicaciones móviles.
48
2.3 Operacionalización de variables
Objetivo
Especifico Variable Dimensión Indicadores Fuente
Técnicas e
Instrumentos
Investigar la
hipoacusia y
sus tipos.
La Hipoacusia
y sus tipos.
Tratamiento -Tecnologías.
-Medicamentos.
Documental
Libros
Páginas Web
Consulta con
expertos
Síntomas
-Pérdida
Auditiva.
-Dificultad
Comunicacional.
-Pérdida del
Equilibrio.
48
49
Objetivo
Especifico Variable Dimensión Indicadores Fuente
Técnicas e
Instrumentos
Estudiar los
sistemas de
ayuda auditiva
que traten la
hipoacusia.
Los Sistemas
de ayuda
auditiva.
Tecnologías
de
Transmisión
-Conducción
Ósea.
-Conducción
Aérea.
-Estimulación
Nerviosa.
Documental
Libros
Páginas Web
Consulta con
expertos
Manuales
Respuesta en
Frecuencia Hercios(Hz)
Amplificación
Sonora
Decibeles SPL
(dB SPL)
49
50
Objetivo
Especifico Variable Dimensión Indicadores Fuente
Técnicas e
Instrumentos
Diseñar el
circuito
electrónico
para el
prototipo de
ayuda
auditiva
propuesto.
Parámetros de
diseño del
circuito
electrónico.
Características
de los
componentes a
utilizar.
- Costos.
- Especificaciones
Técnicas.
- Tecnologías.
Documental y
de Campo
Consulta de
Hojas de
Datos
(Datasheet)
Simulación
por software
Dimensiones
Centímetros (cm)
Fuente de
alimentación
- Voltios (V)
- Amperes (A)
- Vatios (W)
Tratamiento y
Transmisión
del Sonido
-Decibeles SPL (dB
SPL)
-Hercios (Hz)
-Amplificación(V/mV)
50
51
Objetivo
Especifico
Variable Dimensión Indicadores Fuente Técnicas e
Instrumentos
Construir el
Prototipo de
ayuda auditiva.
Etapas de
Construcción
del Prototipo
Estructura y
Dimensiones de
la montura
Centímetros (cm)
Campo
Verificar las
medidas
prototipo
Conexiones
eléctricas
-Cableado
-Posicionamiento
de Transductores
Observación
de las
conexiones
Probar y
documentar el
funcionamiento
del prototipo de
ayuda auditiva.
Tipos de
pruebas del
funcionamiento
del dispositivo
de ayuda
auditiva
Prueba
auditiva -Audiometría
Campo
Comparación
de resultados
Calibración del
dispositivo
-Decibelios
(dB SPL)
Mediciones
con
instrumentos
Consumo
Eléctrico
-Voltio
-Amperes
-Vatios
Mediciones
con
instrumentos
51
52
2.4 Bases Legales
Las bases legales de esta investigación se encuentran incorporadas,
en primer lugar, en la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela
(1999), de donde se destaca el Artículo 110º, cuando establece que:
“Artículo 110º: El Estado reconocerá el interés público de la ciencia, la
tecnología, el conocimiento, la innovación y sus aplicaciones y los servicios
de información necesarios por ser instrumentos fundamentales para el
desarrollo económico, social y político del país, así como para la seguridad y
soberanía nacional….”
Este establece que es de interés público nacional regular todo lo
concerniente a la ciencia, tecnología, conocimiento e innovación, así como
todos los servicios de información necesarios para el desarrollo del país en
todos los ámbitos, tomando el tema como de seguridad y soberanía
nacionales, para lo cual deben existir recursos suficientes. En este sentido,
el estado debe garantizar que estos recursos, sean regidos por principios
legales y de ética, que aseguren su funcionamiento adecuado en los campos
científico, humanístico y tecnológico, para lo cual la legislación venezolana
debe estar al resguardo de su cumplimiento, fomentando la participación de
los sectores público, privado y educativo.
Debido a que esta investigación se enfoca en el estudio y tratamiento
de enfermedades de personas discapacitadas, la Ley para las Personas con
Discapacidad (2009), en el título II De los derechos y garantías para las
personas discapacitadas, establece en los artículos 12º, 13º y 14º lo
siguiente:
53
“Artículo 12º.
Habilitación y rehabilitación: La habilitación se refiere a la atención de
personas nacidas con discapacidad y la rehabilitación a la atención de
personas cuya discapacidad es adquirida. La habilitación y rehabilitación
consisten en la prestación oportuna, efectiva, apropiada y con calidad de
servicios de atención a personas con discapacidad; su propósito es la
generación, recuperación, fortalecimiento y afianzamiento de funciones,
capacidades, habilidades y destrezas de las personas con discapacidad para
lograr y mantener la máxima independencia, capacidad física, mental, social
y vocacional, así como la inclusión y participación plena en todos los
aspectos de la vida…”.
“Artículo 13º
Responsabilidad de habilitación y rehabilitación: La habilitación y la
rehabilitación de las personas con discapacidad son responsabilidad del
Estado y serán provistas en instituciones educativas, de formación y
capacitación ocupacional; en establecimientos y servicios de salud, en
unidades de rehabilitación ambulatorias, de corta y larga estancia, las cuales
están apropiadamente dotadas con personal idóneo…”.
“Artículo 14º.
Ayudas técnicas y asistencia: Toda persona con discapacidad, por sí
misma o a través de quien legalmente tenga su guarda, custodia o
probadamente le provea atención y cuidado, tiene derecho a obtener para
uso personal e intransferible ayudas técnicas, definidas como dispositivos
tecnológicos y materiales que permiten habilitar, rehabilitar o compensar una
o más limitaciones funcionales, motrices, sensoriales o intelectuales, para su
mejor desenvolvimiento personal, familiar, educativo, laboral y social.
54
Estos artículos en particular hacen énfasis en los derechos y garantías
que las personas discapacitadas tienen a la hora de tratar su patología, y de
cómo el Estado, con ayuda de entes públicos o privados debe buscar ayudar
a facilitar la recuperación o rehabilitación de estas personas. El artículo 14º
establece que estas personas tienen el derecho a ser provistas con
dispositivos tecnológicos para tratar con estas discapacidades, es por esto
que el diseño del prototipo de escucha auditiva se encuentra dentro de los
lineamientos que esta ley describe, ya que este prototipo ayudaría a tratar la
hipoacusia de las personas al mejorar su audición por medios de transmisión
sonora (conducción ósea) que viajan directamente hacia el oído interno de la
persona.
2.5 Definición de términos básicos
A
Armónicos: Boylestad, R. (2010) lo define como el término del desarrollo de
la serie de Fourier que tienen frecuencias que son múltiplos enteros de la
componente fundamental.
B
Byte: Ávila, N. (2014) lo define como la cantidad más pequeña de datos que
un ordenador podía "morder" a la vez.
C
CPU: Espina, E. (2012) lo define como la unidad Central de Procesamiento o
simplemente el procesador o microprocesador, es el componente en una
computadora digital que interpreta las instrucciones y procesa los datos
55
contenidos en los programas de la computadora “.
Circuito eléctrico: Estefani, G. (2015) lo define como un arreglo que permite
el flujo completo de corriente eléctrica bajo la influencia de un voltaje.
D
Decibelio (DB): Sánchez, L. (2010) lo define como “una unidad que sirve para
la comparación de niveles de potencia o de tensión en acústica y en
electrónica”.
E
Efecto piezoeléctrico: Tomasi, W. (2010) dice que se “presenta cuando se
aplican esfuerzos mecánicos oscilatorios a través de una estructura de red
cristalina, y generan oscilaciones eléctricas y viceversa”.
F
Fonio: Inasel (2012) lo ha definido como “la sonoridad de un sonido
sinusoidal de 1 kHz con un nivel de presión sonora (intensidad) de 0 dB”.
H
Hercio (Hz): Rapin, P. & Jacquad, P. (1997) lo define como “un fenómeno
periódico cuyo ciclo o periodo es de un segundo”
I
Inductor: Lazaro, H (2007) lo define como “un componente pasivo formadas
por varias vueltas o espiras de alambre de cobre enrolladas entre sí o sobre
un núcleo de hierro, ferrita o aire”.
56
T
Transistor: Boylestad, W. (2010) lo define como un dispositivo electrónico
semiconductor de tres terminales que puede utilizarse con fines de
amplificación o interrupción.
M
Modulación: Carreño, M. (2013) define a modulación como “el proceso de
colocar la información contenida en una señal, generalmente de baja
frecuencia, sobre una señal de alta frecuencia”.
P
Punto Q: ElectrónicaUnicrom (2012) menciona que “los valores de corrientes
y tensiones en continua en los terminales de un transistor se denomina punto
de trabajo y se suele expresar por la letra Q”.
Potencia (Vatio): Jaramillo, J. (2004) lo define como “la magnitud física que
nos expresa el trabajo realizado en una unidad de tiempo”.
Prototipo: Según Garcia, Y. (2014) es el “primer dispositivo que se fabrica y
del que se toman las ideas más relevantes para la construcción de otros
diseños y representa todas las ideas en cuanto a diseño, soporte y
tecnologia que se les puedan ocurrir a sus creadores”.
R
57
RAM: Aguilar, J. (2012) dice que “se utiliza como memoria de trabajo para el
sistema operativo, los programas y la mayoría del software”.
V
Voltio (volt): Garcia, E. (2015) (Garcia, 2015) lo define como “tensión o
diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de
energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o
electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de
una corriente eléctrica”.
58
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
El marco metodológico de la investigación se refiere a las vías a seguir
desde que se inicia la investigación hasta su culminación. Balestrini, A.
(1998) define el marco metodológico como:
La instancia referida a los métodos, las diversas reglas, registros, técnicas y protocolos con los cuales una teoría y su método calculan las magnitudes de lo real. De allí que se deberán plantear el conjunto de operaciones técnicas que se incorporan en el despliegue de la investigación en el proceso de la obtención de los datos. El fin esencial del marco metodológico es el de situar en el lenguaje de investigación los métodos e instrumentos que se emplearán en el trabajo planteado, desde la ubicación acerca del tipo de estudio y el diseño de investigación, su universo o población, su muestra, los instrumentos y técnicas de recolección de datos, la medición, hasta la codificación, análisis y presentación de los datos. De esta manera, se proporcionará al lector una información detallada sobre cómo se realizará la investigación (Pág. 114).
3.1 Tipo de investigación
De acuerdo a la naturaleza y características del problema objeto de
estudio, esta investigación se enmarcara dentro de la investigación aplicada
o proyecto factible, a través del diseño y construcción del prototipo de ayuda
auditiva. Este servirá como un tratamiento para superar las complicaciones
auditivas que viven las personas que sufren de hipoacusia a los pacientes
que son tratados en el Hospital Privado Centro Medico de Caracas y en el
instituto FUNDAIVAL.
Según el manual de la Universidad pedagógica experimental libertador
UPEL (2003) el proyecto factible:
59
Consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo variable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos. El proyecto debe tener apoyo en una investigación de tipo documental, de campo o un diseño que incluya ambas modalidades (Pág. 16).
Revilla, H. (2011) menciona que el proyecto factible es considerado
como una investigación proyectiva, dice que “implica explorar, describir,
explicar y proponer una alternativa de cambio, más no necesariamente
ejecutar la propuesta”. La elaboración de este trabajo de grado consiste en
desarrollar un prototipo de ayuda auditiva con el fin de mejorar la audición de
personas que padecen de hipoacusia, este planteamiento se encuentra bajo
el campo de tecnologías que buscan solucionar problemas, requerimientos o
necesidades de organizaciones o grupos sociales. El dispositivo permitirá a
las personas que padecen esta discapacidad no solo a tratar o mejorar su
pérdida de audición sino que a la vez aportará en el desarrollo de este tipo
de tecnología de transmisión de sonido que a medida que pasa el tiempo van
siendo incorporadas en nuevos dispositivos electrónicos, como teléfonos
celulares o gafas inteligentes.
3.2 Diseño de investigación
Para Arias, F. (2004) “el diseño es la estrategia adoptada por el
investigador para responder al problema planteado “(Pág. 47). En este caso
el diseño incluye las modalidades documental y de campo. La investigación
Documental “es aquella que se basa en la obtención y análisis de datos
provenientes de materiales impresos u otros tipos de documentales” (Pág.
47).
Por su parte, el manual de UPEL (2003) define la investigación
documental como:
60
El estudio de problemas con el propósito de amplificar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con apoyo, principalmente, en trabajos previos, información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales o electrónicos. La originalidad del estudio se refleja en el enfoque, criterios, conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones y recomendaciones, en general, en el pensamiento del autor (Pág. 15).
Para realizar este trabajo de investigación se optó por una estrategia
para cumplir con los objetivos específicos que forman parte del desarrollo del
prototipo, comenzando con un estudio documental lo más escrupuloso
posible acerca de la hipoacusia y el funcionamiento de los diversos
dispositivos de ayuda auditiva disponibles en la actualidad, esto con el fin de
divisar las posibles necesidades que requiera el prototipo.
En el manual de la UPEL (2003) define a la investigación de campo
como:
El análisis sistemático de problemas en la realidad con el propósito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos o predecir su ocurrencia, haciendo uso de métodos característicos de cualquier de los paradigmas o enfoques de investigación conocidos o en desarrollo. Los datos de interés son recogidos en forma directa de la realidad; en este sentido se trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios (Pág14).
Los objetivos “construcción y prueba” del prototipo, bajo estos
lineamientos se pueden considerar de tipo campo, ya que para su realización
es necesario obtener datos de su funcionamiento a través de pruebas con
dispositivos de medición y de monitoreo.
Partiendo de ambos lineamientos es posible concluir que esta
investigación es de tipo mixta. López, A. (2002) dice que una investigación
mixta es aquella que “suele ser un estudio documental apoyado en una
investigación directa; o bien, una de campo complementada con datos
documentales”. Para desarrollar el trabajo de grado se optó el enfoque
61
mixto, debido a que en ciertos puntos de la investigación estos se entrelazan,
por lo que es conveniente combinarlos para obtener información que
permita complementar ambos tipos de investigación, documental y de
campo.
3.3 Población y muestra
Para Balestrini, A. (1998) se entiende por población “...cualquier
conjunto de elementos de los que se quiere conocer o investigar, alguna o
algunas de sus características “(Pág. 122). El tipo de población a estudiar
para este trabajo de grado es finita, según Arias, F. (2004) lo población finita
es la “agrupación en la que se conoce la cantidad de unidades que la
integran”.
La cantidad de personas según el último censo del Instituto Nacional
de Estadística (INE) en el 2011, la población que padece de alguna
discapacidad auditiva era de 107.803 personas a nivel nacional, con una
población de 6.957 personas localizados en Distrito Federal en la ciudad de
Caracas. Debido a que trabajar con tanta cantidad de personas es un trabajo
laborioso y requiere de mucho tiempo, como objetos de estudio se eligió
trabajar con niños y los representantes de estos que asisten al instituto
FUNDAIVAL, pero para la realización la encuesta solo se tomaron a los
representantes, a continuación se darán a conocer las razones por las
cuales se decidió estudiar este grupo:
Los representantes de los niños pertenecientes al instituto
FUNDAIVAL conocen de primera mano las necesidades e
incomodidades que mencionan sus representados con los dispositivos
de ayuda auditiva que utilizan. Se eligió a esta población con el fin de
poder precisar el tipo y gravedad de hipoacusia debido a que por la
corta edad de los niños posiblemente no conozcan en detalle. La
62
población dentro de esta institución es finita con un total de cuarenta
(40) niños que padecen de hipoacusia entre las edades de entre 6 a
13 años, por lo que la encuesta aplicaría para un (1) representante por
niño.
De la población ya mencionada se realizara un muestreo, donde
según Barragán, R. (2003) “es una proporción específica que en el marco de
una investigación, deviene el sujeto de la investigación”. El tipo de muestra
según Arias, F. (2004) los separa en Probabilístico o No probabilístico. El tipo
de muestra a utilizar en esta investigación es del tipo Probabilístico y de azar
simple. Arias, F. (2004) dice que la muestra probabilística es el “proceso en
el que se conoce la probabilidad que tiene cada elemento de integrar la
muestra”, a su vez el autor mencionado anteriormente define al azar simple
como “procedimiento en el cual todos los elementos tienen la misma
probabilidad de ser seleccionados. Dicha probabilidad, conocida
previamente, es distinta de cero y de uno”.
Para esta población es necesario calcular la cantidad de muestras
necesarias, ya que dentro de la institución FUNDAIVAL existen unos 40
niños que padecen de hipoacusia, tomando en cuenta que serán sus padres
y/o representantes de los niños los encuestados, por lo que se aplicara una
(1) encuesta a un solo integrante por familia. Para calcular esta muestra se
utilizó la siguiente fórmula:
Fórmula A: Fórmula para estimar la población finita.
Fuente: Arias, F. (2004). El Proyecto de la investigación.
63
Donde:
N= Tamaño de la población.
Y= Valor de la variable (por lo general es 1).
Z= Varianza Tipificada (típico 50%).
S= Desviación estándar (0,015% para 95%).
e= Error Muestral (típico 5%).
p= Probabilidad de aciertos (típico 50%).
q= Probabilidad de errores (típico 50%).
n= Tamaño de la muestra.
Aplicando la fórmula para determinar la muestra y sabiendo que:
N= 40 (Cantidad de representantes)
Y= 1 (Representantes)
n=?
Fórmula B: Formula para estimar la población finita con resultado.
𝑛 =40 x (1,96)2x (0,5) x (0,5)
[(40 − 1) 𝑥 (0,05)] + (1,96)2 𝑥 (0,5)𝑥 (0,5)= 38,416
2,9104= 13,199 ≈ 13
Los resultados obtenidos luego de aplicar la fórmula indican que la
muestra de esta población es de 13 personas.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
64
3.4 Técnicas e instrumentos de Recolección de datos
Claret, A. (2015) dice que “dentro de las técnicas de recolección de
datos se utilizarán la observación, el rapor o entrevista, el fichaje, la encuesta
y el cuestionario”. Claret explica que la entrevista se utiliza para estudiar y
adentrase en el inconveniente o problemática a resolver, dice que “se creara
un clima armónico y empático para establecer una relación cara a cara con el
sujeto de investigación, a objeto de obtener datos confiables y verdaderos”
(Pág. 80).
Por otro lado Claret, A. (2015) también define al cuestionario como “un
medio de comunicación escrito y básico, entre el encuestador y el
encuestado, facilita traducir los objetivos y las variables de la investigación a
través de una serie de preguntas muy particulares” (Pág. 80). En el Anexo A
se puede apreciar el modelo de cuestionario realizado a la población.
3.5 Validación de Técnica
Para la recopilación de datos técnicos se utilizarán diversos
instrumentos principalmente electrónicos con los cuales se tomaran valores
de diferentes variables con el fin de verificar con exactitud el funcionamiento
del prototipo tanto en su parte electrónica y procesamiento del sonido como
en la transmisión física del sonido en forma de vibraciones del hueso craneal.
Para el presente trabajo de grado se utilizarán principalmente: un Multímetro
digital, Osciloscopio, Fuente de alimentación variable, programador de
microcontroladores, y con la ayuda de expertos en otorrinolaringología se
calificará la funcionabilidad del prototipo mediante el estudio de audiometrías,
impedancia acústica y ganancia sonora a las que serán sometidas las
personas que padecen de hipoacusia.
65
3.6 Validación del instrumento
Yuni, J. y Urbano, C. (2005) (p.176) señalan las características
principales que deben tener los instrumentos de recolección de datos, entre
ellos comenta los siguientes:
“La fiabilidad y la validez son cualidades esenciales que han de tener
todas las pruebas o instrumentos de recolección de datos. Si el instrumento
reúne estos requisitos hay cierta garantía de los resultados obtenidos en el
estudio y por lo tanto sus conclusiones pueden ser creíbles” (Pág. 176). Está
permite determinar el grado en el que el instrumento pueda medir el
propósito de la investigación. En la siguiente tabla, tabla Nº 6, se muestran
los datos de los expertos que se encargaron en validar los instrumentos de
recolección de datos. En los Anexos B, C y D se pueden apreciar la
validación de cada experto según el orden que se encuentra en la tabla. En
los Anexos E se puede apreciar un “Certificado de entrega” por parte de las
institución FUNDAIVAL en las que se avala la entrega y realización de las
encuestas en dicha institución, firmado por la directora de los departamentos
de Educación primaria.
Tabla Nº5: Validación de los Expertos.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
66
3.7 Análisis y Resultados
Del cuestionario “A” realizado a población en este Trabajo de Grado
se obtuvieron los siguientes resultados:
Cuestionario “A”
1) ¿Qué tipo de hipoacusia padece su representado?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 1º
Conductiva Neurosensorial Mixta No sabe
6 6 0 1
Total de respuestas 13
Análisis: Dados los resultados obtenidos se tiene que un 46% padece de
hipoacusia del tipo conductiva, mientras que otro 46% padece hipoacusia del
tipo neurosensorial, un 8% de los encuestados no conoce el tipo de
hipoacusia que padece su representado. Esto permite determinar la
Gráfico Nº1: Tipo de hipoacusia que padecen los representados.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº6: Pregunta número 1º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
67
posibilidad de tratar la hipoacusia con el prototipo que se plantea diseñar y
construir en este Trabajo de Grado, ya que la hipoacusia del tipo conductiva
puede ser tratada efectivamente con dispositivos de ayuda auditiva por
vibración ósea.
2) ¿Cuál es el grado de severidad de la hipoacusia?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 2º
Leve Medio Severo No sabe
0 5 8 0
Total de respuestas 13
Análisis: Con respecto a los resultados obtenidos anteriormente se observó
que un 62% padece de hipoacusia severa, mientras que otro 38% padece de
Gráfico Nº2: Severidad de la hipoacusia.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº7: Pregunta número 2º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
68
hipoacusia media. A pesar de que los resultados muestran una tendencia a
un grado de hipoacusia severo en la población, también existe un porcentaje
significativo de la población cuya severidad (media) la convierte en sujetos
ideales para la prueba del prototipo.
3) ¿Qué clase de dispositivo de ayuda auditiva utiliza su representado?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 3º
Audífono
amplificador Implante coclear Implante BAHA Otro No sabe
8 5 0 0 0
Total de respuestas 13
Tabla Nº8: Pregunta número 3º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Gráfico Nº3: Uso de dispositivo de ayuda auditiva.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
69
Análisis: Los resultados obtenidos permiten establecer que un 62% de los
representados utilizan Audífonos Amplificadores y el 38% restante utiliza
Implantes Cocleares como dispositivo de ayuda auditiva. El hecho de que la
mayoría utilice audífonos amplificadores y les resulta efectivo, implica que el
prototipo podría ser implementado con éxito, ya que el oído interno de esa
persona no está comprometido en su totalidad y la transmisión por vibración
ósea podría usarse como posible tratamiento.
3) ¿Su estatus Socioeconómico le permite a usted adquirir este tipo
de dispositivos?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 4º
Si No
2 11
Total de respuestas 13
Gráfico Nº4: Clase de dispositivo.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº9: Pregunta número 4º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
70
Análisis: De acuerdo a los resultados obtenidos de la gráfica un 85% no les
es posible adquirir un dispositivo de ayuda auditiva por cuenta propia,
mientras que un 15% afirma que si puede. Esto muy probablemente se debe
a que el poder adquisitivo de los representantes no les permite costearse
uno.
5) ¿El dispositivo de ayuda auditiva que utiliza su representado le fue
donado por alguna institución o ente gubernamental?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 5º
Si No
11 2
Total de respuestas 13
Gráfico Nº5: Forma de adquisición del dispositivo.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº10: Pregunta número 5º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
71
Análisis: Con respecto a los resultados obtenidos, un 85% dijo que lo
adquirió el dispositivo por donativos o por algún ente, mientras que un 15%
dijo no. Se concluye que posiblemente a que estas familias no disponen de
los medios económicos para adquirir este tipo de dispositivos, estas optan a
dirigirse a una institución benéfica o gubernamental para obtener uno.
6) ¿Observa usted con regularidad la venta de este tipo de dispositivos
en Venezuela?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 6º
Si No No sabe
2 10 1
Total de respuestas 13
Gráfico Nº6: Observa dispositivos de ayuda auditiva a la venta en Venezuela.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº11: Pregunta número 6º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
72
Análisis: En los resultados se aprecia que un 77% dice que no observa
ninguno, un 15% dice que si y un 8% dice no saber. La mayoría de los
encuestados dice no observar ningún tipo dispositivo de ayuda auditiva a la
venta en tiendas especializadas o farmacias, posiblemente sea que les sea
recomendado cierto dispositivo por un especialista médico.
7) ¿Existe una gran variedad de estos dispositivos a los que usted pueda
disponer?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 7º
Si No No sabe
2 8 3
Total de respuestas 13
Gráfico Nº7: Acceso a variedad de dispositivos de ayuda auditiva.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº12: Pregunta número 7º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
73
Análisis: Según los resultados un 62% dice que no, un 23% dice que si y un
15% dice no saber. Esto se debe a que por lo general ciertos especialistas
médicos trabajan con marcas o modelos específicos de dispositivos de
ayuda auditiva por materia representativa, por lo que solo las marcas con
renombre suelen ser las recomendadas por los especialistas, también influye
la dificultad para la importación de dispositivos de otras marcas lo que limita
aún más el número de dispositivos de ayuda auditiva que se pueden ofertar
al público.
8) Adquirir estos dispositivos de ayuda auditiva para usted es:
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 8º
Fácil Difícil Muy Difícil
1 7 5
Total de respuestas 13
Gráfico Nº8: Adquisición de los dispositivos de ayuda auditiva.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº13: Pregunta número 8º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
74
Análisis: Los datos adquiridos por la gráfica indican que un 57% afirma ser
muy difícil, un 36% dice ser difícil y un 7% dice ser fácil. Dentro del margen
de la población esta muestra una tendencia a denotar la dificultad para
adquirir un dispositivo de ayuda auditiva posiblemente por razones
económicas o de su disponibilidad para la venta.
9) El dispositivo de ayuda auditiva que su representado utiliza es:
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 9º
Importado Nacional No sabe
12 0 1
Total de respuestas 13
Gráfico Nº9: Origen del dispositivo de ayuda auditiva.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº14: Pregunta número 9º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
75
Análisis: Los resultados obtenidos muestran que un 92% dice que el
dispositivo que utiliza su representado es importado, mientras que un 8%
dice no saber. Esto confirma que la procedencia de los dispositivos de ayuda
auditiva que poseen proviene de países extranjeros, por lo que producción o
conocimiento de alguna marca o compañía nacional que desarrolle este tipo
de dispositivos es casi nula.
10) El precio de estos dispositivos de ayuda auditiva usted considera que
es:
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 10º
Baratos Costosos Muy costosos No sabe
0 1 12 0
Total de respuestas 13
Gráfico Nº10: Consideración del costo del dispositivo.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº15: Pregunta número 10º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
76
Análisis De los datos obtenido un 92% afirma que el precio es muy costoso,
un 8% considera que es costoso. De estos datos se concluye que
evidentemente los representantes que pueden costear uno de estos
dispositivos o conoce de su valor monetario, concuerdan que el precio de
estos sumamente costos, esto debido a que son productos importados,
cotizados por lo general en dólares, por lo que su precio tiende a ser elevado
y a reevaluase con el tiempo.
11) ¿Considera usted qué los dispositivos de ayuda auditiva son relevantes
en el tratamiento de la hipoacusia que padece su representado?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 11º
Si No
13 0
Total de respuestas 13
Gráfico Nº11: Relevancia de los dispositivos de ayuda auditiva en el
tratamiento de la hipoacusia.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº16: Pregunta número 11º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
77
Análisis: A partir de la información recaudada, un 100% de la población
afirma que los dispositivos de ayuda auditiva, sea cual sea el tipo, mejoran la
audición de la persona al utilizarse como tratamiento para la hipoacusia en
sus diversos tipos o grados.
12) ¿En alguna ocasión su representado ha manifestado algún tipo de
inquietud o incomodidad en relación al dispositivo de ayuda auditiva
que utiliza?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 12º
Si No
4 9
Total de respuestas 13
Gráfico Nº12: Inquietud o incomodidad al utilizar el dispositivo de ayuda
auditiva.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº17: Pregunta número 12º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
78
Análisis: Mientras el gráfico afirma que en efecto un 69% niega haber
presentado alguna queja en relación al uso del dispositivo de ayuda auditiva
que utilizaba, un 31 % afirma haber planteado algún inconveniente. Debido a
que la pregunta fue de tipo abierta, los encuestados tuvieron la oportunidad
de especificar exactamente cuál fue el inconveniente, en todos los casos
concuerdan con cierta disconformidad con el cableado del dispositivo
amplificador de audio, el cual debido a su longitud a veces incomoda a los
niños.
13) ¿Con que frecuencia el dispositivo que utiliza su representado
requiere mantenimiento?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 13º
Nunca Poca Siempre Casi Siempre
0 4 5 4
Total de respuestas 13
Tabla Nº18: Pregunta número 13º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Gráfico Nº13: Mantenimiento del dispositivo de ayuda auditiva.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
79
Análisis: Con los datos obtenidos se tiene que un 38% dice ser siempre, un
31% dice casi siempre y un 31% dice poca. A pesar de que el mantenimiento
de estos dispositivos es esencial para su correcto funcionamiento, el
mantenimiento debe ser constante para evita que el dispositivo se presente
alguna falla o avería.
14) De las siguientes causas, ¿Cuál de ellas es más frecuente a la hora
de averiase el dispositivo?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 14º
Caída Contacto con el agua Uso indebido Otro
3 6 4 0
Total de respuestas 13
Gráfico Nº14: Causas más comunes de avería del dispositivo de ayuda
auditiva.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº19: Pregunta número 14º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
80
Análisis: Dados los resultados obtenidos, un 46% concuerda que el contacto
con el agua es la causa más propensa para que se averíe el dispositivo, le
siguen el uso indebido con un 31% y un 23% por caída del mismo. Cabe
destacar que en el caso del contacto con el agua, esto se debe a que el
sudor emanado por el niño entra en contacto con el dispositivo, usualmente
causando la avería.
15) ¿En algún momento su representado ha sufrido de algún tipo de
infección bacteriana por usar alguno de estos dispositivos de ayuda auditiva?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 15º
Si No
1 12
Total de respuestas 13
Gráfico Nº15: Padecimiento de infección bacteriana por el uso del
dispositivo de ayuda auditiva.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº20: Pregunta número 15º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
81
Análisis: Luego de obtener estos datos, se puede determinar que un 92% dijo
que su representado en ningún momento sufrió de algún tipo de infección
bacteriana por el uso del dispositivo, mientras que un 8% afirmo que su
representado si padeció de alguna. Esto se debe a que las causas
principales para padecer de un cuadro clínico de esta característica se deben
a una mala higiene o alguna laceración cercana a la zona de implementación
del dispositivo, pero rara vez se da un caso de esta magnitud, pero, sin el
tratamiento adecuado esto puede llegar a ser peligroso para la persona que
usa el dispositivo.
16) ¿El dispositivo que utilizaba tuvo que dejar de usarse o ser removido
quirúrgicamente?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 16º
Si No
0 13
Total de respuestas 13
Gráfico Nº16: Retiro del dispositivo de ayuda auditiva a causa de infección.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº21: Pregunta número 16º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
82
Análisis: Mediante los resultados obtenidos, se obtuvo que un 100% nunca
ha tenido que remover el dispositivo de ayuda auditiva debido a una infección
bacteriana.
17) A su juicio, ¿Un dispositivo de ayuda auditiva que requiera cirugía,
para ser implementado en una persona, es más peligroso que un dispositivo
que no lo requiera?
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 17º
Si No
10 3
Total de respuestas 13
Tabla Nº22: Pregunta número 17º.
Gráfico Nº17: Implementación de un dispositivo de ayuda auditiva por
cirugía.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
83
Análisis: Al analizar los datos obtenidos con esta pregunta se demuestra que
un 77% dice que si, mientras que un 23% dice que no. Esto permite concluir
que a pesar que una parte de los rniños utiliza implantes cocleares, los
cuales requieren cirugía para ser implementados, la gran mayoría afirma que
si consideran el hecho que el dispositivo de ayuda auditiva pueda ser
considerado peligroso por ser implementado quirúrgicamente en la persona.
Esto se debe en mayor parte por el miedo de las personas a someterse a
cualquier tipo de cirugía, el hecho de que si no se cuida el área de inserción
puede provocarse una infección en esa zona o que ocurra alguna
complicación pre o post operatorio.
18) De las cualidades que se plantean a continuación, elija 2 que a su
parecer son las más importantes para este tipo de dispositivo.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Gráfico Nº18: Cualidades importantes de un
dispositivo de ayuda auditiva.
84
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 18º
Comodidad Durabilidad Bajo Costo Desempeño
10 7 5 4
Total de respuestas 26
Análisis: Esta pregunta a diferencia de las demás relacionadas en el
cuestionario implica una selección de 2 respuestas por lo que la cantidad
total de respuestas es mucho mayor a las otras realizadas. Con el presente
estudio realizado se determinó que un 39% eligió comodidad ,27%
durabilidad, un 19% Bajo costo y un 15% desempeño.
Es notable que la comodidad y durabilidad del dispositivo son las
cualidades más pedidas por los representantes de los niños, estas
cualidades les parecen esenciales para un dispositivo de ayuda auditiva. A
pesar de los resultados, el bajo costo y desempeño, son características que
se escogieron a la par con las respuestas anteriores por lo que no dejan de
tener en cuenta para incorporarse en el diseño del prototipo.
19) A parte de la función principal de estos dispositivos, la cual es
mejorar la audición de la persona, ¿conoce usted si el dispositivo que utiliza
actualmente su representado tiene alguna otra cualidad o función que
permita integrar otros dispositivos electrónicos (teléfonos celulares, tablets,
reproductores de sonido, etc.)?
Tabla Nº23: Pregunta número 18º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
85
Número de respuestas obtenidas en la pregunta 19º
Si No No sabe
2 7 4
Total de respuestas 13
Análisis: En este caso los resultados analizados indican que el 54% dice no,
el 31% no sabe y el 15% dice si conocer que otras cualidades posee el
dispositivo de ayuda auditiva que utiliza su representado. Esto se debe a que
el uso principal que tienen los dispositivos de ayuda auditiva es compensar la
pérdida auditiva de la persona amplificando y captando el sonido del entorno
de la persona, solo dispositivos de alta gama permiten la comunicación con
Gráfico Nº19: Conocimiento otras cualidades del dispositivo de ayuda
auditiva.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
Tabla Nº24: Pregunta número 19º.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado (2017).
86
otros dispositivos electrónicos, por lo que es normal que gran parte de la
población no conozca estas cualidades.
3.7.1 Análisis general de los resultados obtenidos
Tras haber analizados los datos obtenidos del instrumento, queda
evidenciado que los niños pueden ser beneficiados con la creación de un
prototipo de dispositivo de ayuda auditiva por transmisión de sonido por
vibración ósea. La utilización de este instrumento permitió la detección a
detalle de los factores que influyen en la implementación y uso de los
dispositivos de ayuda de auditiva que son utilizados actualmente en la
mayoría de los niños del instituto FUNDAIVAL.
Queda evidenciada por parte de los representantes la incapacidad y
dificultad de adquirir un dispositivo de ayuda auditiva debido a su estado
socioeconómico, la poca diversidad de dispositivos de ayuda auditiva a los
que se tiene disposición o que se les oferta para la venta. Por otro parte se
toman en cuenta los requerimientos o cualidades que los representantes
consideran que un dispositivo de esta índole debe poseer, esto incluye cuan
a menudo deben realizarse mantenimiento o algún arreglo técnico. También
destacan el tipo de eventualidades a las que estos dispositivos sufren
averías; se tiene por otro lado las opiniones que los encuestados tienen
acerca de la implementación mediante cirugía, donde la mayoría opina ser
un riesgo para la persona, y finalmente se proyecta el interés de los
representantes a que los dispositivos de ayuda auditiva puedan comunicarse
con otros dispositivos electrónicos, donde la totalidad de la muestra piensa
que la comunicación inalámbrica sería un gran aporte en cuanto a calidad de
vida de los niños o personas que padezcan hipoacusia.
87
En términos generales la creación de un prototipo de ayuda auditiva
que cumpla las necesidades que los representantes plantean a través del
instrumento utilizado implica una necesidad que podría solventarse a
mediano plazo de ser posible crear el dispositivo y posteriormente
documentar los resultados de su implementación en campo. La búsqueda
para mejorar la calidad de vida y disfrute de las personas que padecen de
hipoacusia es una necesidad que debe ser investigada y actualizada a
medida que los avances tecnológicos lo permitan.
88
CAPÍTULO IV
SISTEMA PROPUESTO
4.1 Investigación de la hipoacusia y sus tipos.
La hipoacusia es la incapacidad total o parcial para escuchar sonidos
en uno o ambos oídos. Según Gómez, O. (2006) existen 3 tipos de
hipoacusia estas son: conductiva, neurosensorial y mixta. Para entender a
detalle este tipo de patología, se estudiaran las causas que implica padecer
esta enfermedad y cuáles son los tratamientos que mejoran o la curan.
4.1.1 Causas de la Hipoacusia conductiva.
La hipoacusia conductiva ocurre debido a un problema integral en el
oído externo o el oído medio. Sus causas más comunes menciona Gómez,
O. (2006) son:
Los tres minúsculos huesos del oído (osículos) no están conduciendo
el sonido apropiadamente.
El tímpano no está vibrando en respuesta al sonido.
Acumulación de cera en el conducto auditivo externo.
Daño a los pequeñísimos huesos (osículos) que están justo detrás del
tímpano.
Líquido que permanece en el oído después de una infección auditiva.
Objeto extraño alojado en el conducto auditivo externo.
Agujero o perforación en el tímpano.
Cicatriz en el tímpano a raíz de infecciones repetitivas.
89
4.1.2 Causas de la Hipoacusia neurosensorial.
La hipoacusia neurosensorial ocurre cuando las diminutas células
pilosas (terminales nerviosas) que transmiten el sonido a través del oído
están lesionadas, enfermas, no trabajan apropiadamente o han muerto. Este
tipo de hipoacusia es muy difícil de erradicar y difícil de diagnosticar. La
hipoacusia neurosensorial dice Gómez, O. (2006) que comúnmente es
causada por:
Neuroma acústico: Es un tumor de crecimiento lento del nervio que
conecta el oído al cerebro. Este nervio se denomina nervio vestibular y
coclear y está localizado por detrás del oído exactamente bajo el
cerebro.
Hipoacusia relacionada con la edad.
Infecciones infantiles, como sarampión, meningitis, paperas y
escarlatina.
Enfermedad o síndrome de Ménière: Es un trastorno del oído interno.
Puede causar un mareo severo, un sonido de rugido en el oído
llamado tinnitus, pérdida de la audición que aparece y desaparece y la
sensación de presión o dolor en el oído. Suele afectar sólo un oído.
Exposición regular a ruidos altos
Uso de ciertos medicamentos.
4.1.3 Causas de la Hipoacusia Mixta
La hipoacusia mixta es una combinación de hipoacusia conductiva e
hipoacusia neurosensorial, lo que implica que hay daños tanto en el oído
externo o medio como en el oído interno. La severidad de este tipo de
hipoacusia oscila entre leve y profunda. Las personas con hipoacusia mixta,
90
los sonidos pueden ser a la vez bajos de volumen y además más difíciles de
entender. Gómez, O. (2006) dice que es causada principalmente por:
Combinación de lesión conductiva en el oído externo o medio y de
lesión neurosensorial en el oído interno (cóclea) o en el nervio
auditivo.
Factores genéticos.
Sobreexposición a ruido alto.
Ciertas medicaciones y el envejecimiento.
Defectos de nacimiento, enfermedades, infecciones, tumores, masas y
lesiones en la cabeza pueden provocar hipoacusia, tanto conductiva
como neurosensorial.
En la tabla Nº26 se muestra como el sonido y el sistema auditivo de la
persona se ven comprometidos en diversos tipos de hipoacusia.
Tabla Nº25: Características del sonido y el sistema auditivo en una
persona que padece de hipoacusia.
Fuente: Labrin, V. (2011). Prueba de Rinne. (En Línea).
91
Fuente: Gómez, O. Audiología Básica. (2006)
4.1.4 Pérdida auditiva
Gomez, O. (2006) trata en la sección de “Rehabilitación auditiva” en su
libro Audiología Básica, los diversos aspectos que caracterizan a las
pérdidas auditivas en una persona que padece diversos niveles de
hipoacusia, dice:
“Las pérdidas auditivas se caracterizan por la reducción en la sensibilidad del mecanismo auditivo; por lo tanto, los sonidos tienen que ser de intensidad mayor a la normal para que puedan ser percibidos. Otros desórdenes, como los del sistema nervioso auditivo, son menos comunes, pueden incluir o no pérdida en la sensibilidad auditiva y a veces reducen la habilidad para reconocer sonidos por encima del umbral. La pérdida auditiva funcional, al contrario, es la exageración o simulación de una pérdida auditiva. En la reducción del sonido que llega al oído o los oídos hay causas que pueden afectar estructuras o funciones del oído externo, del oído medio, del oído interno, el nervio auditivo o el sistema nervioso central auditivo. Estas afecciones pueden ocasionar diferentes tipos de problemas auditivos: hipoacusias conductivas, hipoacusias sensoriales o cocleares, hipoacusias neurales o retro cocleares, hipoacusias mixtas, hipoacusias centrales”. (pág. 214).
A continuación en la tabla Nº 27 se puede apreciar los rangos de
sensibilidad auditiva que presenta una persona que padezca hipoacusia y
una que no, mientras que en la siguiente tabla, la Nº 28 muestra un estudio
que se realizó en la población de estudiantes sordos e hipoacúsicos en
Estados Unidos entre los años 1992-1993, en el que se datan las principales
causas de pérdida auditiva, en una población de entre 48.300 personas.
Tabla Nº26: Rangos de sensibilidad auditiva.
92
Fuente: Gómez, O. Audiología Básica. (2006)
4.1.5 Tratamiento.
Gómez, O. (2006) dice: “Las hipoacusias conductivas son
principalmente producidas por lesiones a nivel del oído externo y/o del oído
medio. En general su tratamiento tiene un buen pronóstico”, la autora entre
ellas plantea varias opciones en las que se encuentran:
Tratamiento farmacológico
Tratamiento quirúrgico
Tratamiento audio protésico
Prótesis o implantes auditivos
Los tratamientos farmacológico y quirúrgico suelen ser prioritarios en
este tipo de hipoacusias conductivas donde la severidad de la ocurrencia es
Tabla Nº27: Etiología de pérdida auditiva población de estudiantes sordos e
hipoacúsicos en Estados Unidos para el año de 1992-1993.
93
solventada o debilitada, pero en la mayor parte de los casos como los de
hipoacusia conductiva severa, neurosensorial o mixta son destinados a ser
tratados con dispositivos de ayuda auditiva.
Las prótesis auditivas, audífonos e implantes osteointegrados
constituyen una segunda opción en casos no aptos de mejorar con los
tratamientos previos. A pesar de ser la segunda opción los dispositivos de
ayuda auditiva son utilizados en casi todo el mundo por personas que
padecen de los 3 tipos de hipoacusia como parte de programas de
rehabilitación auditiva.
Si una persona que padece de hipoacusia, independientemente del
tipo o grado de severidad, no estimula los sentidos de la escucha o del habla,
esa persona posiblemente con el tiempo puede perder la capacidad para
desarrollar estas actividades debido a que el lóbulo temporal pierde la
capacidad para replicar o aprender a pesar de los estímulos que se le dé.
Gómez, O. (2006) define al lóbulo temporal como la "corteza primaria de la
audición del cerebro”, se ocupa de varias funciones en las que se incluyen
el lenguaje, la escucha y el habla. El Lóbulo Temporal al percatarse de la
falta de actividad en el nervio vestibulococlear o nervio estatoacústico (nervio
auditivo) naturalmente asimila a este último y lo reutiliza en otras funciones
para adaptarlas a la falta de este.
En las figura Nº22 se puede observar la constitución del centro
nervioso del cerebro humano y que funciones desempeña cada lóbulo de
forma individual.
94
4.2 Estudio de los sistemas de ayuda auditiva que traten la hipoacusia.
Los dispositivos de ayuda auditiva, conocidos como ALDS por sus
siglas en inglés (Assistive Listening Devices), son dispositivos que ayudan a
las personas que tienen problemas de audición en su sistema auditivo (oído
externo, medio o interno). Olmo, J. (2007) explica que estos dispositivos
están compuestos por diversos tipos de instrumentos auditivos, usualmente
por un micrófono remoto para mejorar la relación señal-ruido del audio que
se transmite del entorno de la persona que utiliza el dispositivo, esta es la
intensidad de la señal que se desea escuchar sobre la intensidad del ruido
de fondo del entorno en el que se encuentra la persona. El autor mencionado
anteriormente dice que la relación señal-ruido para una persona con
hipoacusia lo “ideal es que la relación señal ruido sea equivalente a +15 dB”.
Entre los dispositivos más utilizados Olmo, J. (2007) menciona los
siguientes:
Figura Nº22: Centro Nervioso del cerebro humano.
.
Fuente: Alday J, Ramírez, A., Alvarado, G. & Chávez, P. (2012).
Anatomía Y Fisiología del Sistema Nerviosos. (En línea)
95
Dispositivos de frecuencia modulada o FM
Infrarrojos
Audífonos
Implantes auditivos
4.2.1 Dispositivos de frecuencia modulada o FM.
Olmo, J. (2007) dice que estos dispositivos son una combinación de
transmisor / receptor de FM (Frecuencia modulada), usualmente empleado
en espacios públicos o aulas de clases. La persona utiliza un transmisor FM
en su ropa, y luego la señal de FM se envía cualquier persona en la sala que
lleva un receptor de FM.
Frecuencia Modulada o FM es una técnica de codificación y
transmisión en la cual las fluctuaciones en la presión producidas por el
sonido se convierten en una señal de radiofrecuencia. En otras palabras la
señal radial actúa como portadora de la señal sonora. Las fluctuaciones en la
señal portadora son detectadas y convertidas de nuevo en sonido. Este
proceso se conoce como demodulación. En estos sistemas se busca
comprimir el ruido ambiental para que no interfiera entre el emisor y el
receptor y favorecer la figura-ruido, eliminando la reverberación, al
compensar la intensidad sonido que pierde -6 dB debido a la distancia.
Una desventaja de la frecuencia modulada es que esta está
considerada como un sistema de transmisión radial abierto. Cualquier
receptor ajustado en la frecuencia de transmisión puede recoger la señal.
Esto es hasta cierto punto una ventaja para efectos educativos dado que
todos los estudiantes de una clase tienen que oír al profesor o maestra. Sin
embargo, puede ser un problema en el momento en que se utilizan distintos
sistemas en clases vecinas, ya que puede darse cierta interferencia, lo que
96
pone en riesgo que ciertas señales sean detectadas por otros dispositivos
similares. La figura Nª 23 muestra como es un dispositivo de este tipo.
4.2.2 Dispositivos Infrarrojos
La transmisión infrarroja también es utilizada en dispositivos de
ayuda auditiva. Olmo, J. (2007) dice que el concepto es el mismo que con un
sistema FM. El sistema transmite la energía sonora en forma de ondas de luz
infrarroja invisibles para el ojo humano. El micrófono capta la señal y la envía
a un convertidor que transforma la señal en una onda lumínica la cual
transmite la información hasta un receptor inalámbrico que el usuario lleva en
el cuerpo.
La desventaja más importante es el alcance del dispositivo y la
necesidad de que receptor y transmisor se encuentren en un rango de
contacto directo para la transmisión de la luz, cualquier barrera física
impediría la transmisión. Pero a diferencia de la transmisión FM que puede
ser sintonizada por un receptor en cualquier lugar dentro del rango de la
Figura Nº23: Dispositivo FM marca Scola Teach empleado en aulas de
clase.
.
Fuente: AT Ayudas Técnicas. Productos de audición. (2015).
(En línea)
97
señal. Una ventaja del sistema de infrarrojos es que garantiza la privacidad
entre la trasmisión en un mejor nivel que el de FM, estos son usados en
procedimientos judiciales y consultas médicas. La figura Nº 24 muestra un
dispositivo infrarrojo utilizado en salas de conferencia a nivel mundial.
4.2.3 Audífonos
Gomes, O. (2006) define a los audífonos como “un sistema de
comunicación portátil cuyo propósito es amplificar el sonido. Sus principales
componentes son un micrófono, un amplificador, un receptor y una fuente de
energía, cuya operación es un proceso de 3 etapas.
Las ondas sonoras (energía acústica) son transducidas en sus
correspondientes formas de ondas eléctricas (energía eléctrica) por el
micrófono del audífono”. En la figura Nº 25 se identifican las diversas partes
que componen un audífono básico.
Fuente: AT Ayudas Técnicas (2015). Productos de audición. (En línea)
Figura Nº24: Dispositivo de Infrarrojo Scola Teach .
.
98
Fuente: Gómez, O. Audiología Básica. (2006)
Los transductores son los elementos que permiten que una vez
amplificada la señal eléctrica, esta sea convertida nuevamente en energía
acústica y, en algunos casos, en energía vibratoria.
Los dos transductores de salida son:
El auricular, este realiza una tarea inversa a la del micrófono,
convierte la energía eléctrica amplificada en energía acústica,
con un paso previo por energía mecánica.
La pastilla ósea, convierte la energía eléctrica en vibratoria,
con un mecanismo similar al del auricular (principios eléctricos y
magnéticos).
Los tipos de audífonos son:
Por su ubicación
De caja: Contiene todos los circuitos electrónicos que permiten entregar, a
través de un cable y un molde, potencias de salida muy altas para el usuario,
ver figura Nº26.
Figura Nº25: Audífono Básico.
99
Fuente: Gómez, O. Audiología Básica. (2006)
Fuente: Gómez, O. Audiología Básica. (2006)
Retroauriculares: Ubicados detrás de la oreja y conectados mediante un
tubo al molde adaptado en el conducto auditivo externo, ver figura Nº27.
Intrauriculares o endoaurales (del inglés In-the-Ear, ITE) e intracanales
(delinglés In-the-Canal, ITC): Estas llenan la depresión de la oreja (concha)
y parte del conducto auditivo externo, estos son implementados con moldes
que se deben construir tomando en cuenta las necesidades de la persona,
ver figura Nº28.
Figura Nº26: Audífono de caja.
Figura Nº27: Audífono Retroauricular.
100
Fuente: Gómez, O. Audiología Básica. (2006)
Fuente: Gómez, O. Audiología Básica. (2006)
Inserción profunda (Completely-in-the-Canal, CIC): Estas se insertan
completamente dentro del conducto, son los menos visibles. Cada vez son
más versátiles pero tienen algunas limitaciones para su uso.
Otogafas: Se usa en algunos casos para personas que necesitan también
corrección ocular con lentes y para algunos casos de pérdidas conductivas,
ver figura Nº29.
• Según el modo de presentación de la señal acústica
Audífono de conducción aérea: Diseñado para presentar la señal
amplificada en el conducto auditivo externo.
Figura Nº28: Audífono endoaural.
Figura Nº29: Otogafas.
101
Audífono de conducción ósea: Adaptado para usuarios con hipoacusias
conductivas, principalmente por malformaciones congénitas de pabellón y/o
conducto auditivo, que no permiten el sostén de otra prótesis. Convierte la
señal amplificada en vibración mecánica, estimulando la totalidad del cráneo.
Puede adaptarse en otogafas con un vibrador ubicado en la parte final del
brazo, o en un vibrador sujetado con una diadema y conectado a un audífono
de caja. Las vibraciones alcanzan la cóclea y dan origen a un impulso
nervioso que por las vías normales se dirige al cerebro, específicamente al
lóbulo temporal.
Según el procesamiento de la señal o tecnología usada
Convencional o análogo: Amplifica las señales de sonido que se recogen
mediante un micrófono, y las convierte en pequeñas señales eléctricas.
Estas señales se transmiten al oído en tiempo real. Las señales pueden
modificarse de acuerdo con las necesidades de los distintos usuarios y
dentro de las posibilidades ofrecidas por la técnica analógica.
Programable: Se caracteriza por tener amplificadores convencionales y
filtros controlados por un sistema digital. En este grupo se encuentran los
audífonos digitalmente programables, los cuasi-digitales y los análogos con
control digital.
Digital: En la actualidad, muchos audífonos utilizan tecnología digital y son
muy distintos de los audífonos análogos. Transforman el sonido y lo
convierten en bits, manipulándolos antes de amplificar las señales. Un
audífono digital se puede programar. Esto significa que los audífonos
digitales pueden ajustarse, para adaptarse al usuario específico, por medio
de una computadora. El audífono digital moderno puede proporcionarle a una
persona con deficiencia de auditiva un sonido mejorado y más agradable.
102
Fuente: Vidal, M. ¿Qué es un implante coclear? (2009). (En línea)
4.2.4 Implantes auditivos
Implante coclear
El implante coclear es un dispositivo cuyos circuitos integrados
transforman las ondas sonoras en un mensaje eléctrico que luego es enviado
para que estimule directamente las fibras nerviosas auditivas. Según Gómez,
O. (2007) el objetivo principal de este dispositivo es la restauración de la
audición en personas con hipoacusia sensorio-neural, en las cuales se han
lesionado irreversiblemente las células ciliadas del órgano de Corti por
diversas etiologías, perdiendo así su capacidad de transducir una vibración
mecánica inducida por la perilinfa en un potencial eléctrico, pero que poseen
una población neuronal sobreviviente. La figura Nº30 muestra un implante
coclear.
El implante coclear básicamente sustituye estas células defectuosas,
estimulando el nervio auditivo y enviando así señales al cerebro. El implante
Figura Nº30: Implante Coclear y sus procesos.
103
coclear va colocado dentro del oído interno, permitiendo recuperar una
audición útil para mejorar la comunicación; recoge el sonido por medio de un
micrófono que transmite la señal a un procesador de habla (programado
según las necesidades auditivas individuales) capaz de extraer determinados
componentes del sonido mediante una estrategia de codificación
especialmente útil para entender el lenguaje hablado. Las señales eléctricas
son enviadas a unos pequeños electrodos de 0.6 a 0.4 mm de diámetro,
situados dentro del oído interno en la cóclea, para así llegar a estimular las
fibras del nervio auditivo, y de allí pasar a la corteza cerebral, donde son
recibidas e interpretadas las señales acústicas.
Implantes Electroacústico
Un sistema de implante electroacústico es un sistema que consta de
un audífono y de un implante coclear en el mismo oído. El audífono amplifica
acústicamente las bajas frecuencias, mientras el implante coclear estimula
eléctricamente las medias y altas frecuencias. El oído interno procesa los
estímulos acústicos y eléctricos simultáneamente. Para las personas que
padecen hipoacusia de alta frecuencia, las prótesis auditivas por sí solas no
pueden proporcionar un acceso adecuado a estos sonidos.
Implantes de conducción ósea
Un implante de conducción ósea es un dispositivo médico que transmite
sonido por conducción ósea directa a través del oído interno, evitando
eficazmente el oído externo y el oído medio. Un sistema de conducción ósea
consiste en un pequeño implante de titanio, un pilar y un procesador de
sonido. El sonido es transmitido como vibraciones desde el procesador de
sonido hasta el implante, a través del hueso hasta el oído interno. Una de las
104
Fuente: Clínica Universidad de Navarra. Implante auditivo de conducción ósea. (2015). (En línea)
marcas más famosas de estos dispositivos es la compañía Coclear la cual
ofrece el sistema BAHA para personas que padecen de hipoacusia, en la
figura Nº31 se observa el proceso completo de uno de estos implantes.
El cuerpo humano de forma natural puede conducir los sonidos de dos
maneras. Por vía aérea y por vía ósea. El proceso de conducción aérea
involucra la conducción del sonido a través del canal auditivo y el oído medio
al oído interno (cóclea). El proceso de conducción ósea consiste en conducir
el sonido a través del hueso. Y debido a que la vía auditiva está rodeada de
hueso, el sonido puede pasar por alto el oído externo y medio y enviarlo
directamente al oído interno (cóclea). El resultado es un sonido limpio y claro
sin la distorsión o retroalimentación usualmente asociada con los audífonos.
Para las personas con problemas de oído externo o medio, o que son
sordos de un oído (sordera unilateral), un implante de conducción ósea,
Figura Nº31: Implante osteointegrado y sus procesos.
105
como el BAHA, es la forma más eficaz de proporcionar la audición pro a un
alto costo y mantenimiento.
4.2.5 Ventajas, candidatos y criterio de selección.
Ventajas
El hecho de que la persona que padece de hipoacusia pueda
recuperar su audición de forma temporal utilizando alguno de los dispositivos
mencionados implica que sea la única ventaja que pueda brindarle. Poder
escuchar conlleva a una cantidad de aspectos positivos que permiten que
esta persona pueda disponer de una mejoría en su calidad de vida,
desarrollo social e interactuar con su entorno.
Olmo, J. (2007) señala las 8 ventajas más importantes que los
dispositivos de ayuda auditiva aportan al bienestar de la persona, entre ellas
podemos encontrar las siguientes:
1. Facilitan las actividades de la vida diaria.
2. Mejoran la interacción social y familiar.
3. Mejoran el desenvolvimiento educativo y laboral.
4. Participación en actividades recreativas y culturales.
5. Favorecen la independencia.
6. Mejoran la autoestima.
7. Mejoran la calidad de vida.
8. Pueden utilizarse como parte de la terapia de los trastornos de
procesamiento auditivo.
106
Candidatos para el uso de dispositivos de ayuda auditiva:
Para poder ser elegido como candidato para la implementación de
algún dispositivo de ayuda auditiva se debe considerar ciertos parámetros o
requerimientos que debe cumplir el candidato. Gómez, O. (2006) dice que
“cualquier persona, niño o adulto que presente alguna de las siguientes
puede considerarse candidato bajo las siguientes condiciones”:
1. Usuarios de audífonos que tienen problemas para discriminar en ambiente
ruidoso
2. Portadores de hipoacusia leve o unilateral
3. Personas con disminución auditiva con necesidades de escucha muy
específicas
4. Trastornos de aprendizaje
5. Trastornos de conducta en el aula
6. Trastornos del lenguaje
7. Trastornos del procesamiento auditivo.
Criterios de selección
Los criterios para la selección de los candidatos para implante
auditivos varían debido a la severidad o la necesidad de la hipoacusia de la
persona. Los procesos de selección del candidato y adaptación del implante
son efectuados por un grupo multidisciplinario de profesionales, entre los que
se cuentan un audiólogo, fonoaudiólogo u otorrinolaringólogo.
A continuación Gómez, O. (2006) plantea los parámetros necesarios
para considerar viable a un candidato para un implante auditivo:
107
1. Diagnóstico de hipoacusia sensorial severa o profunda bilateral.
2. Niño o adulto con sordera pre o pos lingual, o niño con sordera pre o
perilingual, sin lesiones cerebrales que limiten la rehabilitación.
3. Si es niño, debe encontrarse en un programa de rehabilitación aural-
oral.
4. Presentar una cóclea permeable.
5. En adultos, viabilidad funcional de la cóclea determinada en el test del
promontorio.
6. Sin contraindicaciones psiquiátricas ni médicas para realizar el acto
quirúrgico.
7. Motivación y apoyo familiar.
8. Consentimiento informado por parte del usuario o de la familia.
9. Sin contraindicaciones específicas, como hipoacusia sensorio neural
retro coclear, infección otológica activa, osificación coclear, la
berintitis, agenesia coclear o perforación timpánica.
4.3 Diseño del circuito electrónico para el sistema de ayuda auditiva
propuesto.
Investigadas las necesidades de los niños de la institución
FUNDAIVAL y estudiados los requerimientos operativos esenciales,
incluyendo sus limitaciones técnicas y físicas, para que el prototipo de ayuda
auditiva cumpla con las necesidades de las personas que padecen de
hipoacusia, se establecieron los parámetros esenciales para diseñar el
prototipo:
- El prototipo debe permitir al usuario poder escuchar el entorno que lo
rodea de manera tal que cualquier sonido que se encuentre al alcance
de los micrófonos (MEMS) debe ser reproducido por los transductores
108
que se encuentran en el cerca del hueso temporal del cráneo, en
ambos costados, cercanos al canal auditivo de la persona.
- Permitir que el usuario pueda controlar el dispositivo a través de un
sistema de encendido – apagado y control para subir – bajar el
volumen del audio.
- Incorporar un puerto de conexión para la carga de la batería del
prototipo, permitiendo que este pueda recargar constantemente.
- Preestablecer un medio de configuración entre los diversos
componentes del prototipo, para permitir la integración y completa
adecuación del prototipo con el usuario.
- Trabajar el rango de frecuencia audible para el ser humano, de entre
20 Hz a 20kHz, por lo que se debe considerar la utilización de algún
CI, dispositivo u arreglo que permita trabajar dentro de ese rango de
frecuencia.
- Considerando el nivel de frecuencia que la persona carezca, se debe
recurrir a una segunda etapa que procese la señal de audio tomada
del entorno, para luego amplificarla, compensando de esta manera la
dificultad del órgano auditivo de esa persona para entenderla.
Para poder realizar el diagrama del circuito electrónico del prototipo es
esencial detallar las características y procesos que lo conforman, por esta
razón se elaboró el diagrama de bloques que muestra cómo es el
funcionamiento del prototipo.
Biafore, B. (2007) define al diagrama de bloques como “la
representación gráfica del funcionamiento de un sistema expresado mediante
bloques. Define con claridad su organización determinando sus entradas y
salidas, y las relaciones entre los diferentes bloques”.
A continuación se muestra el diagrama de bloques que detalla los
procesos de operación del prototipo:
109
En la figura Nº 32 se pueden observar las conexiones y bloques que
conforman el prototipo. El color de cada bloque implica una correlación en
cuanto a la función que desempeñan dentro del dispositivo y de cómo
interactúan con los otros bloques, va de la siguiente manera:
- El color rojo se le asocia con alimentación (Voltaje, corriente, potencia,
tierra), por esto se pude apreciar el borde rojo en cada bloque que
requiera energía en su proceso.
- El color verde se asocia con los procesos de captación y conducción
del sonido del entorno, estos dos son el primer y último proceso dentro
de lo que conforma el funcionamiento del prototipo.
- El color azul se le asocia a todo proceso de configuración o
información digital que permita controlar al prototipo.
- El color morado se asocia a toda conexión externa hacia el prototipo.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
Figura Nº32: Diagrama de bloques.
.
110
4.4 Construir el Prototipo de ayuda auditiva.
Considerando las necesidades y tomando en cuenta la propuesta
planteada para el desarrollo del prototipo, este objetivo se dividió en dos
fases: Diseño del esquemático del circuito electrónico y Ensamblaje del
circuito impreso del prototipo.
En la categoría de Diseño se explica de forma sistemática las
diversas etapas que permiten el funcionamiento del prototipo, se
argumentan las razones por las que se eligió trabajar con los componentes
utilizados para construir el prototipo, se explicara en detalle cuáles son las
funciones que realizan y que otros requerimientos operativos son
necesarios para su funcionamiento.
Luego en la fase de Ensamblaje se explica con detalle como fue el
proceso para la elaboración del circuito impreso del prototipo de ayuda
auditiva, aquí se detalla el arreglo y posición final de cada integrado,
conector y componente. Finalmente en esta misma fase de detallan las
características de la caja que contiene al circuito impreso y los otros
periféricos que forman parte del prototipo.
111
4.4.1 Diseño del esquemático del Prototipo de Ayuda Auditiva.
Considerando los parámetros necesarios para brindar la
funcionabilidad deseada para crear el prototipo, se diseñó el esquemático del
circuito electrónico utilizando el software EAGLE v7.1.0 Professional de la
compañía Cadsoft USA. Su nombre, EAGLE proviene del acrónimo Easily
Applicable Graphical Layout que en español seria disposición gráfica de fácil
aplicación, este es un programa de diseño de diagramas y PCBs con
autoenrutador el cual genera las vías de conexión entre los componentes del
circuito impreso a crear.
Este es un software utilizado por profesionales, estudiantes o
aficionados alrededor del mundo para proyectos electrónicos de carácter
DIY (“Do It yourself” o “hazlo tú mismo” en español), debido a que diversas
versiones de este programa tienen una licencia gratuita y gran cantidad de
bibliotecas de componentes alrededor de la red o dada por los mismos
fabricantes.
Este software permite trabajar con las dimensiones reales de los
componentes electrónicos, generar el enrutamiento y posición final a lo largo
del circuito impreso. Cabe destacar que no todos los componentes
electrónicos utilizados disponen de una librería ya generada por los
fabricantes o por alguna otra persona, por lo que fue necesario crear los
encapsulados con las dimensiones pertinentes para la creación del
esquemático electrónico y posteriormente del circuito impreso. En la figura Nº
38 se puede apreciar el Esquemático electrónico de los dos circuitos
impresos que conforman el Prototipo de Dispositivo de Ayuda Auditiva.
112
A partir del arreglo que se puede apreciar en la figura Nº33 es posible
categorizar las partes centrales que en conjunto conforman el prototipo, son
tres bloques y se subdividen de la siguiente manera:
A continuación el esquemático electrónico del prototipo de Ayuda
Auditiva:
Microcontrolador - 18LF2550
Control - Pulsadores
Indicadores - Diodos emisores de luz o LED´S
Reloj del sistema - KC7050K11.286
Flip flop tipo D - 74VHC74MX
Configuración
Procesamiento de audio
Energía
Batería Ion Litio - 4.2 Voltios 2000 mA/h Modelo
18650
Administrador de energía - LTC3557
Regulador LDO - LM1117_33
Sensor de temperatura - NTC 100KΩ
Captación - MEMS - MP34DB01
Ecualización - Procesador de audio - STA321MP
Amplificación - Amplificador Case D - LM49450
Transducción - Transductor óseo
113
Figura Nº33: Esquemático electrónico del prototipo.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
114
A continuación se explicara cada una de las partes centrales que
conforman el prototipo, con el fin de poder entender el papel que cumple
cada componente en el circuito y justificar su uso.
4.4.1.1 Bloque de Energía
El bloque de energía se basa en proveer la alimentación requerida por
los circuitos integrados utilizados en el prototipo, primero se encuentra la
batería de Ion litio Modelo 18650 con una carga de 4.2 Voltios 2000 mA/h
que surte a todo el sistema.
Para la distribución de los diversos voltajes requeridos por el sistema
se utilizó el CI LTC3557 diseñado y fabricado por Linear Technology,
dedicado la administración de energía y carga de batería de litio de 4.2V
mediante la utilización del puerto USB, respetando los estándares de voltaje
y consumo de corriente especificados, el IC incluye tres salidas de tensión
ajustable desde 0.8V hasta el voltaje de la batería que pueden otorgar hasta
600mA la primera salida y 400mA las últimas dos.
Estas salidas variables se basan en reductores de tensión por
conmutación a 2.25MHz que cargan un inductor hasta cierto voltaje
especificado por la relación de un divisor de tensión a su salida que funciona
como red de retroalimentación el cual al alcanzar los 0.8V indica al circuito
integrado que el reductor de tensión ha alcanzado el voltaje deseado y a su
vez se detiene la carga del inductor hasta que la red de retroalimentación
indique una tensión menor a 0.8V se comience a alimentar de nuevo el
inductor, con el fin de mantener la tensión deseada a la salida la cual es
filtrada por dos condensadores para evitar el rizado de la tensión.
A su vez el LTC3557 permite la carga y utilización de la batería de ion
litio de 4.2V como fuente principal de alimentación de donde obtiene la
115
energía para generar tres voltajes iguales o menores a su propio voltaje
partiendo de 0.8V, la batería se carga mediante el puerto USB hasta llegar a
su voltaje de flotación establecido en 4.2V el IC limita su corriente de carga a
500mA respetando así el estándar establecido para el puerto USB.
Debido a que las salidas de tensión del LTC3557 son controladas a
través del microcontrolador fue necesario diseñar un sistema de
alimentación aparte para surtir de una tensión fija de 3.3 voltios a partes
esenciales que conforman el prototipo como lo son el microcontrolador, la
etapa de reloj y los micrófonos. Para cumplir con estas necesidades se utilizó
el CI LM1117_33 capaz de otorgar 1 A máximo.
Para monitorear la temperatura de la batería de ion litio y evitar
cualquier eventualidad se utilizó un termistor de 100KΩ, que a través de una
configuración con una resistencia en serie el LTC3557 permite verificar la
temperatura de batería en tiempo y así controlar la carga suministrada por la
batería. En la figura N° 34 se pueden apreciar todos los elementos y
componentes a utilizar en el bloque de energía.
Figura Nº34: Componentes utilizados en el bloque de energía.
.
Fuente: Digikey. Catalogo. (2016). (En línea)
116
4.4.1.2 Bloque de Configuración
El bloque de configuración desempeña la labor de establecer los
parámetros requeridos por los diversos CI que conforman el prototipo. El
microcontrolador 18LF2550 de Microchip Technology, CI de gama media y
versión de bajo consumo forma parte fundamental del bloque ya que este
almacena y programa los registros de operación para la ecualización y
amplificación de audio del sistema a través del protocolo de comunicación
I²C.
A través de este CI se habilita las salidas de tensión del LTC3557 lo
que permite el encendido/apagado del sistema y control del volumen del
prototipo, acción que se realiza a través de pulsadores utilizados por el
usuario.
Para indicar la operatividad del sistema se dispuso de dos (2) LED´s
los cuales indican el momento en el que se encuentra cargado la batería de
ion litio y cuando la batería presenta alguna falla.
Para llevar a cabo el funcionamiento del bloque de procesamiento de
audio, fue necesario generar una señal de reloj de 11.2896 MHz con el fin de
cumplir con el estándar DSD ™ de transmisión de audio digital con el que
trabajan los CI en la etapa de procesamiento. Para ello se utilizó el CI
KC7050K11.286 de Kyocera Corp., este es un generador de la señal de reloj
que está diseñado para generar una señal de 11.2896 MHz específicamente.
En el bloque de procesamiento de audio además de suministrarse la
señal de reloj es necesario reducir esta frecuencia de reloj hasta 2.8224MHz
para que pueda ser utilizado por otras etapas dentro de este bloque de
procesamiento. Para esto se utilizó el IC 74VHC74MX de Fairchild
Semiconductors, este es un flip flop tipo D de alta velocidad y permite dividir
la señal de entrada entre 2 y 4 veces su frecuencia.
117
En la figura N° 35 se pueden apreciar todos los elementos y
componentes utilizados en el bloque de configuración.
4.4.1.3 Bloque de Procesamiento de audio
En el bloque de procesamiento de audio lleva a cabo las labores de
captar, ecualizar, amplificar y transducir el sonido que proviene del entorno
de la persona que utilizara el prototipo. Para la ecualización del audio se
utilizó el CI STA321MP de STMicroelectronics. Este es un procesador de
audio multicanal, está diseñado para aplicaciones con micrófonos digitales.
Es totalmente digital y se compone de tres secciones principales:
- La primera sección es la interfaz de entrada PDM que puede aceptar
hasta seis entradas digitales en serie.
- La segunda sección es un procesador de audio de alta calidad que
permite mezcla / multiplexado flexible de canales de audio y
proporciona hasta 10 biquads de ecualización de sonido general y
Figura Nº35: Componentes utilizados en el bloque de configuración.
.
Fuente: Digikey. Catalogo. (2016). (En línea)
118
mejora de voz con control de volumen independiente. Posee a su vez
un procesador básico de 5 bandas que trata la señal de audio entrante
en las siguientes frecuencias: 80Hz-300Hz-1KHz-3KHz-8KHz.
Configuradas a través de los cinco bits menos significativos (LSB) de
un registro individual por cada banda de frecuencia lo que le permite
amplificar o atenuar la frecuencia trabajada por ese registro con un
máximo de 32 configuraciones
- El tercer y último bloque es la interfaz de salida I²S que lleva a cabo el
procesado de audio digital. La interfaz de salida también se puede
programar para la asignación de canales de audio flexibles.
El CI ofrece algunas de las mejoras de audio comúnmente requeridas
como afinación programable voz y ecualización, limitador / compresor para
mejorar la calidad de la voz, la selección multibanda para el uso de
micrófonos personalizados, y el rechazo del ruido del viento configurable. Se
utilizó este CI ya que este cumplía con los requerimientos que se propusieron
para diseñar el prototipo, dentro de estos se encuentran la compatibilidad
con el protocolo de transmisión de audio digital PDM el cual es utilizado por
los MEMS, el ecualizador gráfico integrado que posee permite manipular la
señal de audio entrante pudiendo ser modificada de acuerdo a las
necesidades del usuario, por último el protocolo I²S para la salida de audio
digital el cual permite simplificar la transmisión de audio estéreo por medio de
dos conexiones hacia el amplificador de audio.
Para la operatividad del CI se utilizó la señal de reloj generada en el
bloque de configuración de 11.2896MHz como señal maestra con el fin de
cumplir el estándar de DSD™ el cual el compatible con este CI, para la
sincronía de la señal de audio digital entre el procesador y los micrófonos fue
necesario incluir un divisor de frecuencia para reducir esta frecuencia a un
119
valor manejable por los micrófonos de manera de que se pueda sincronizar
con el procesador de audio. Para ello se utilizó el CI 74VHC74 de Fairchild
Semiconductor, este es un flip flop doble tipo D CMOS de alta velocidad el
cual permite dividir la frecuencia de 11.2896MHz entre 2 y 4 veces
obteniendo un valor de 2.822MHz.
Para la captación del audio del entorno se utilizaron micrófonos micro-
electro-mecánicos (MEMS) modelo MP34DB01 de ST Electronics. Este es un
micrófono digital omnidireccional ultra-compacto de bajo consumo de
energía, integrado con un elemento sensor capacitivo y una interfaz IC con
capacidad de funcionamiento en estéreo, posee un elemento de detección,
capaz de detectar las ondas acústicas, se fabrica utilizando un proceso de
micromecanizado de silicio especializado dedicado para producir sensores
de audio. Se fabrica utilizando un proceso CMOS que permite el diseño de
un circuito dedicado capaz de proporcionar una señal digital externa en
formato PDM.
Luego de ser captada y procesada la señal de audio, esta requiere ser
amplificada para poder ser transmitida hacia el usuario, para esto se utilizó el
CI LM49450 de Texas Instruments, este es LM49450 es un subsistema de
audio totalmente integrado diseñado para aplicaciones de reproductor
multimedia portátil (reproductores de audio, laptops, celulares) brindando
control de volumen y mejora de sonido 3D en un solo dispositivo. El
LM49450 convierte 24 bits de formato I²S digital a analógico (DAC) para
luego ser amplificada y enviada a los transductores por el canal izquierdo /
derecho por señales analógicas permitiendo a la persona finalmente
escuchar por medio de la vibración generada por el transductor.
En la figura Nº 36 se puede apreciar imágenes de los componentes
utilizados en este bloque:
120
4.4.2 Ensamblaje del Prototipo de Ayuda Auditiva.
Con el fin de poder integrar cada bloque que conforma el prototipo, se
crearon módulos adaptadores con el fin de hacer lo más practico posible la
incorporación de cada componente a el circuito final debido a las limitaciones
de las dimensiones del patillaje de cada CI y de las necesidades de diseño
que requerían del posicionamiento correcto para las conexiones de entrada-
salida. En total constan de 4 módulos extraíbles a través de conectores DIP
machos y hembras conectadas a una placa principal que alberga la mayor
parte de los componentes del prototipo , a continuación se mencionan y se
muestra el arreglo de cada uno de los módulos y el enrutamiento de las
pistas:
4.4.2.1 Modulo de energía
Este módulo alberga el CI LTC3557 que conjunto al arreglo de
inductores permite la alimentación de todo el circuito consta de unas
dimensiones de 3cm x 3cm, en la figura N° 37 se puede observar el arreglo
del enrutamiento de las pistas para el modulo:
Figura Nº36: Componentes utilizados en el bloque de Procesamiento de
Audio.
.
Fuente: Digikey. Catalogo. (2016). (En línea)
121
4.4.2.2 Modulo de procesamiento de audio
Este módulo aloja el CI procesador de audio ST321MP que en
conjunto al arreglo de condensadores permite la configuración en el proceso
de ecualización del sonido proveniente del entorno del usuario de 4cm x
4cm, en la figura N° 38 se puede observar el arreglo del enrutamiento para el
modulo:
Figura Nº37: Enrutamiento en el diseño del módulo de energía.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
Figura Nº38: Enrutamiento en el diseño del módulo de procesamiento
de audio.
.
122
4.4.2.3 Modulo de amplificación de audio
El siguiente módulo alberga el CI amplificador de audio LM49450 que
en conjunto al arreglo de condensadores permite la amplificación del sonido
ya ecualizado por la etapa de procesamiento de audio de manera que pueda
llegar la señal de audio a los transductores, posee unas medidas de 4cm x
4cm, en la figura N° 39 se puede observar el arreglo del enrutamiento de las
pistas para el modulo:
Figura Nº39: Enrutamiento en el diseño del módulo de amplificación de
audio.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
123
4.4.2.4 Modulo de captación / transducción de audio
Este último modulo contiene los micrófonos digitales MP34DB01 que
en conjunto al arreglo de condensadores permite captar la señal de audio del
entorno de la persona para luego ser procesada por otro modulo, por otro
lado se encuentran conexiones hacía los transductores con la señal de audio
ya proceda y tratada, posee unas medidas de 6cm x 2.5cm, en la figura N°
40 se puede observar el arreglo del enrutamiento de las pistas para el
modulo:
4.4.2.5 Modulo principal
Este es el modulo principal donde convergen todos los bloques que
conforman el prototipo y los componentes restantes que permiten el
funcionamiento del equipo. Posee unas medidas de 10cm x 8cm, en la
figura N° 41 se puede observar el arreglo del enrutamiento de las pistas para
el modulo:
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
Figura Nº40: Enrutamiento en el diseño del módulo de captación /
transducción de audio.
.
124
Figura Nº41: Enrutamiento en el diseño del módulo principal
Cara superior e inferior
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
125
4.5 Probar y documentar el funcionamiento del prototipo de ayuda.
Terminado el diseño del enrutamiento se procedió a ensamblar los
componentes y CI a su respectivo modulo, A continuación en las figuras
N°42 y N°43 se puede observar el arreglo final de los compontes:
Figura Nº42: Modulo principal con el resto de los módulos en su arreglo
final.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
126
4.5.1 Programación del prototipo.
Seguido se procedió a programar la secuencias de órdenes para
configurar el prototipo de manera tal que pueda controlar el encendido y
apagado, control de volumen y modificar los registros que habilitan la
operatividad de los bloques de procesamiento de audio y de amplificación
acorde a los parámetros necesarios para el usuario. En la figura Nª 44 se
puede observar el Algoritmo de programación de la secuencia operativa del
prototipo.
Figura Nº43: Modulo de captación de audio arreglo final.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
127
Figura Nº44: Algoritmo de programación.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
128
4.5.2 Pruebas y lectura de medidas
Para certificar el funcionamiento y comunicación del prototipo se
procedió a recopilar datos provenientes de cada conexión indispensable para
cada módulo, a continuación se muestra un cuadro comparativo para los
datos obtenidos en cada bloque, comparándolo con los resultados
esperados.
A continuación en la tabla N° 28 se puede observar el consumo
de corriente de cada módulo que compone el prototipo de ayuda auditiva,
individualmente y en conjunto:
Tabla Nº28: Cuadro comparativo entre valores obtenidos para el
consumo de corriente
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
ESTADO VALOR (mA)
APAGADO 90.8
ENCENDIDO
(VOLUMEN MEDIO)132
ENCENDIDO
(VOLUMEN MAX)191.4
ENCENDIDO
(VOLUMEN MINIMO)129.5
CONSUMO DE CORRIENTE
129
4.5.2.1 Lecturas en el módulo de energía
Como módulo fundamental para la operación del prototipo es
indispensable que los parámetros de energía se encuentren estables para
permitir la inicialización de los CI en todo el prototipo, a continuación se
muestran los datos obtenidos:
Tabla Nº29: Cuadro comparativo entre valores obtenidos y valores
esperados en el módulo de energía ver.1
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
130
4.5.2.2 Lecturas en el módulo de procesamiento y captación de audio
Como modulo encargado del procesamiento de audio es necesario
que los parámetros de configuración provenientes del módulo principal se
establezcan correctamente, a continuación los resultados:
Tabla Nº30: Cuadro comparativo entre valores obtenidos y valores
esperados en el módulo de procesamiento de audio
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
CANAL (PIN)VALOR
ESPERADOVALOR REAL
TIPO DE
CONEXIÓN
PDM_CLK (1) 2.823 MHz 2.823 MHzSEÑAL DE RELOJ
(ENTRADA)
PDM_IN2 (10) 737.1 KHZ737.1 KHZ (depende del
audio entrante)ENTRADA
PDM_IN1 (11) 737.1 KHZ 0 ENTRADA
RST_STA (15) 3.3 V 3.266 V ENTRADA
SDA (18) 3.3 V 3.269 VENTRADA /
SALIDA
SCL (19) 3.3 V 3.27 V / 8.333 KHz ENTRADA
XTI (20) 11.2896 MHz 11.28 MhzSEÑAL DE RELOJ
(ENTRADA)
CLKOUT (25) 11.2896 MHz 11.28 MhzSEÑAL DE RELOJ
(SALIDA)
VDD3 3.3 V 3.285 V ALIMENTACIÓN
STA321MP
131
Se puede observar en la figura N°45 las señales de reloj PDM y datos
PDM1 provenientes del procesador de audio STA321MP y el micrófono
MP34DB01 correspondiente al canal derecho. La frecuencia de reloj PDM
proviene del miso procesador y es dividida entre 4 a través del flip flop tipo D
74VHC74.
Figura Nº45: Señal de reloj proveniente y saliente del módulo de
procesamiento de audio
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
132
En la figura N° 46 se puede observar el funcionamiento del bus de
datos I2C por parte del microcontrolador con el módulo de procesador de
audio. Se evidencia la respuesta mediante el 9 ° bit de transmitido en el bus
de datos SDA en donde se puede observar un nivel de voltaje bajo el cual
simboliza la respuesta del procesador de audio al configurar uno de los
registros internos.
Figura Nº46: Señal de SCL y SDA del registro I2C entre el microcontrolador
y el procesador de audio
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
133
4.5.2.3 Lecturas en el módulo amplificación
El módulo de amplificación es el último paso para que la señal de
audio llegue a los transductores para que se trasmita al usuario, ya
adecuada a sus requerimientos. Resultados obtenido:
Tabla Nº31: Cuadro comparativo entre valores obtenidos y valores
esperados en el módulo de amplificación
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
CANAL (PIN) VALOR ESPERADO VALOR REALTIPO DE
CONEXIÓN
SDA (3) 3.3 V 3.29VENTRADA /
SALIDA
MCLK (8) 11.2896 MHz 11.28 MHz
SEÑAL DE
RELOJ
(ENTRADA)
SCL (9) 3.3 V 3.294 V ENTRADA
DVDD (10) 3.3 V 3.299 V ALIMENTACIÓN
IOVDD (11) 3.3 V 3.299 V ALIMENTACIÓN
VDD (16) 3.6 V 3.59 V ALIMENTACIÓN
LSS+ (19) 1.8 V 1.8 V SALIDA
LLS- (20) 1.8 V 1.24 V SALIDA
RLS- (22) 1.8 V 1.804 V SALIDA
RLS+ (23) 1.8 V 1.828 V SALIDA
LM49450
134
4.5.2.4 Lecturas en el módulo principal
Como modulo principal este interconecta a los demás módulos
permitiendo integrar las funciones y al mismo tiempo configurarlos
parámetros del prototipo, en la siguiente tabla se muestran los valores más
esenciales:
Tabla Nº32: Cuadro comparativo entre valores obtenidos y valores
esperados en el módulo principal
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
CANAL (PIN)VALOR
ESPERADO
VALOR
REAL
TIPO DE
CONEXIÓN
CLK1/OSC1
(9)20 MHz 20 MHz
SEÑAL DE RELOJ
(ENTRADA)
RC0 (11) 3.3 V 3.305 V ENTRADA
RC1 (12) 3.3 V 3.305 V ENTRADA
RC2 (13) 3.3 V 3.304 V ENTRADA
VDD (19) 3.3 V 3.308 V ALIMENTACIÓN
SDA (20) 3.3 V 3.306 V ENTRADA/SALIDA
SCL (21) 3.3 V 3.306 V SALIDA
RB3 (24) 3.3 V 3.266 V SALIDA
RB4 (25) 3.3 V 3.204 V SALIDA
RB5 (26) 3.3 V 3.302 V SALIDA
CANAL (PIN)VALOR
ESPERADO
VALOR
REAL
TIPO DE
CONEXIÓN
OUT (3)11.2896
MHz11.28 MHz
SEÑAL DE RELOJ
(SALIDA)
VCC (4) 3.3 V 3.308 V ALIMENTACIÓN
CANAL (PIN)VALOR
ESPERADO
VALOR
REAL
TIPO DE
CONEXIÓN
CK1 (3) 11.2896 MHz 11.28 Mhz ENTRADA
2.82 MHz 2.828 MHz SALIDA
VCC (14) 3.3 V 3.308 V ALIMENTACIÓN
74VHC74MX
KC7050K11.286
18LF2550
2 (8)
135
4.5.3 Resultados
De los resultados obtenidos en las pruebas y de las lecturas, es
evidente que el prototipo no funciona de la manera que se tenía esperada, ya
en las pruebas iniciales no es posible percibir el audio proveniente del
entorno y no fue posible configurar apropiadamente la etapa de
amplificación.
4.5.3.1 Complicaciones en el módulo de energía
Debido a problemas técnicos, se presentó un percance con el CI
LTC3557 por un corto circuito en el módulo principal dañándolo en el
proceso, por lo que fue necesario rediseñar el módulo de energía
nuevamente, tomado en consideración que no es posible restituir el CI
LTC3557 a corto plazo y se deben compensar las funciones del módulo con
los CI`s a implementar.
Se optó por utilizar un regulador lineal modelo LM3940LS de marca
Texas Instrument, el cual regula un voltaje a su salida de 3.3 Volt con un
rango de entrada de hasta 7.50 Volt, con output de corriente de hasta 1 A.
Ideal para surtir la necesidad del rango de operatividad de 3.3 Volt del
Microcontrolador, la señal de reloj, los MEMS, procesador de audio y
amplificador (voltaje digital). En cuanto al rango de 3.6 Volt dado a que los
CI`s no es necesario regularlo a un valor en particular ya que la salida de 4.1
Volt de la batería permite se encuentra en el rango de voltaje tolerable.
El CI FP8102 de la compañía Feeling Technology es un cargador de
batería Ion-Litio, capaz de suministrar 1 A de salida con un rango de voltaje
de entrada máxima a 6 Volts. Esta cualidad y el hecho de que permite
monitorear la temperatura de control de la batería con un pin dedicado a
señalización para la carga, lo nominan a ser un perfecto candidato para
136
sustituir esta última cualidad requerida en el prototipo. A continuación en las
figuras Nº 47, y la tabla Nº 33 se pueden observar el arreglo final del módulo
en su versión 2.0 con los datos obtenidos de las lecturas realizadas.
Figura Nº47: Arreglo final módulo de energía Vers.2.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
Tabla Nº33: Arreglo final módulo de energía Vers.2.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
137
4.5.3.2 Complicaciones en el módulo de amplificación
Configurados los parámetros para inicializar el CI LM49450 se
presentó una anomalía en la salida de audio en los transductores. Se
percibía una señal de audio con alto nivel de ruido sin embargo esta señal
fluctuaba ante estímulos sonoros directo a la membrana del micrófono. A raíz
de esto no fue posible verificar si los parámetros de ecualización son los
correspondientes a los registros que se programaron en el módulo de
procesamiento de audio.
Observando el comportamiento inusual de la salida de audio del
amplificador se pudo confirmar que el problema residía en la configuración
errónea del bus de datos de audio digital I2S que impedía la transmisión
correcta entre procesador y el amplificador de audio.
Se realizaron múltiples intentos fallidos para solventar este
inconveniente, descartando la configuración de los parámetros mediante
programación y en el diseño electrónico del módulo.
El problema estaba en el tramo SDA del bus de datos I2C, el cual debe
tener un nivel de voltaje cercano a 3,3 V debido a las resistencias Pull Up en
las que se basa el funcionamiento, teniendo en este caso un nivel de voltaje
en alto de 480 mV cuando el módulo de amplificación encuentra conectado.
En las siguientes figuras N° 48 y N° 49 se pueden observar el
comportamiento del bus de datos I2C con y sin el módulo de amplificación
respectivamente.
138
Figura Nº48: Bus de datos I2C con el módulo amplificador.
.
Figura Nº49: Bus de datos I2C sin el módulo amplificador.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
139
Identificado el problema se procedió a inspeccionar a detalle el
enrutamiento y la integridad del CI LM49450, se pudo observar que en el CI
precisamente en el PIN (3) que corresponde a la señal SDA del bus de datos
I2C presentaba una falla en la que se encontró una impedancia irregular
entre dicho PIN y GND de 540 Ω lo que causo la imposibilidad por parte del
CI para comunicarse propiamente con el microcontrolador. Esta baja
impedancia causo que el voltaje en nivel alto del tramo SDA llegue a un nivel
de 480 mV lo cual imposibilitaba interpretar los datos provenientes del
microcontrolador en protocolo de comunicación I2C , lo que implica el no
poder configurar los parámetros del procesador como del amplificador.
A pesar de ello, se pudo solventar esta falla gracias a un rediseño en
el módulo de amplificación, específicamente en el arreglo del circuito
impreso, luego se procedió a soldar nuevamente los CI´s permitiendo de
esta manera continuar las pruebas con el prototipo. A continuación se
puede observar en la figura Nª 50 la respuesta del bus de entrada I2S en el
puerto de comunicación SDA del CI, donde se puede observar el 9º bit en el
bus SDA con un nivel bajo de señal lo que confirma la lectura de datos por el
CI.
Figura Nº50: Señal SDA con amplificador conectado (solucionado).
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
140
4.5.3.3 Complicaciones en el módulo de captación / transducción
A pesar de que es posible percibir el audio entrante de los micrófonos
MEMS, el resultado no es el esperado, esto debido a una falla en canal
derecho en el cual no se observa señal de audio saliente, solo ruido. En la
figura Nº 51 se puede observar las señales de los canales PDM1 y PDM2 en
su espectro de frecuencia con un audio de prueba a un 1 kHz.
Este imposibilita que se perciba audio entendible del canal derecho
del transductor, e inyecta bastante ruido a la señal de audio saliente a los
transductores.
Figura Nº51: Señal PDM 1 y PDM2 en frecuencia con tono de prueba a
1kHz.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
141
4.5.3.4 Tabla comparativa de costos.
A continuación se muestra una tabla la cual enuncia los costos de los
componentes, materiales y mano de obra empleada para realizar esta
primera versión del prototipo, ver tabla Nº 34:
Tabla Nº34: Tabla de costos.
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
142
4.5.3.5 Arreglo final del Prototipo.
A continuación se muestra el arreglo final del prototipo, conservado en
una caja de madera MDF con dos tapas de acrílico de 0.5 mm que permiten
visualizar los módulos que lo conforma. Ver figura Nº 52:
Figura Nº52: Prototipo de ayuda auditiva
.
Fuente: Los autores del presente Trabajo de Grado. (2017)
143
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones
Como primera versión del prototipo existía la posibilidad que su diseño
y configuración presentaran inconvenientes a la hora de ensamblar y probar
su efectividad.
Continuar con el desarrollo y pruebas de esta versión del prototipo
conlleva a que se deba disponer de más tiempo y recursos que para el
momento no se pueden disponer. Principalmente por el corto tiempo para
mitigar las fallas que se presentan con el módulo de amplificación y su falla
interna en el bus datos I2C.
A pesar de las fallas que presento el prototipo surgen puntos
interesantes que ratifican la selección de los componentes utilizados en el
circuito:
- El CI LTC3557 es una buena elección como administrador de energía
a pesar de la dificultad que presenta implementarlo sin las
herramientas y ambiente de trabajo ideal debido a las características
de su encapsulado.
- El microcontrolador 18lf2550 es una versión bastante comercial, con
amplias librerías y ejemplos lo hacen ideal para ser utilizado en
diversos escenarios. Al ser la versión de bajo de consumo nos
permitió trabajar perfectamente bajo los niveles de voltajes
establecidos en el diseño del prototipo, incluyendo la facilidad de
programación a través del protocolo ICSP con programadores
compatibles.
144
- El oscilador integrado KC7050 de 11.2986 MHz es una excelente
elección gracias a su eficacia y estabilidad, bajo los parámetros
utilizados para el diseño de este prototipo.
- El procesador de audio STA321MP es un CI muy flexible a la hora de
ser programado a los requerimientos que se le exija, permite entre sus
funciones múltiples configuraciones de frecuencias de muestreo,
utilización de hasta seis entradas de audio en formato digital PDM y
sus característica más relevante es su ecualizador grafico de 5 bandas
que van entre 80 Hz , 300 Hz, 1 KHz , 5 KHz y 8 KHz, que mediante
solo 5 registros de 8 bits son capaces de atenuar o amplificar cada
banda de frecuencias entre -14 dB a 15 dB.
- Por último el amplificador de audio LM49450 es una buena elección si
se considera la capacidad de potencia que puede administrar a su
salida y el hecho de que es compatible con el formato I2S , pero las
complicaciones surgieron a la hora de la fabricación y ensamblaje del
mismo.
- Gracias a su estructura módular se pudo compensar por las diversas
afectaciones en el transcurso de esta primera versión, lo que lo
convierte en un prototipo dinámico, puede ser alterado en su
estructura y diseño, siempre que se respeten las necesidades y
parámetros de operación para los que fue creado.
Considerando lo anteriormente expuesto es posible reconsiderar
nuevos enfoques a la hora de rediseñar o figurar una nueva versión de
prototipo bajo ciertos criterios o recomendaciones
145
5.2 Recomendaciones
Se recomienda considerar los siguientes aspectos para continuar o crear
un nuevo diseño:
- Implementar la función de interfaz USB correspondiente al
microcontrolador para el desarrollo de una interfaz gráfica por
computadora para configurar los parámetros de ecualización del
prototipo.
- Considerar remplazar los CI con versiones estándar (DIP) que
permitan probar su funcionamiento sin la necesidad de realizar la
fabricación del circuito impreso.
- Fabricar el circuito impreso en condiciones ideales que garanticen la
calidad, conectividad de los CI y demás componentes que conforman
el diseño del prototipo.
- Rediseñar el módulo de alimentación con CI´s de bajo costo y fácil
implementación.
- Considerar la celda de energía, de menor capacidad y menor tamaño
para recortar costos.
- Reevaluar el diseño del prototipo a una sola placa, evitando los
inconvenientes que presenta el diseño por módulos, en los que se
incurre fallas de conexión y tamaño aumentado por acoplamiento a la
placa principal.
146
- Considerar evitar utilizar conexiones por cable entre los transductores
y micrófonos al módulo principal para mejorar la ergonomía del
prototipo.
- Reubicar la posición de los micrófonos y el tipo de montura para los
transductores.
147
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154
ANEXOS
Anexo A: Modelo de Cuestionario entregado al instituto FUNDAIVAL.
1) ¿Qué tipo de hipoacusia padece su representado?
Conductiva Neurosensorial Mixta No sabe
2) ¿Cuál es el grado de severidad de la hipoacusia?
Leve Medio Severo No sabe
3) ¿Utiliza su representado algún dispositivo de ayuda auditiva?
Si No
4) ¿Qué clase de dispositivo es?
Audífono amplificador Implante coclear Implante BAHA
Otro:
5) ¿De qué manera fue adquirido este dispositivo?
Donativo Compra Otro:
6) ¿Observa usted con regularidad la venta de este tipo de dispositivos en
Venezuela?
Si No No sabe
7) ¿Existe una gran variedad de estos dispositivos a los que usted pueda
disponer?
Si No No sabe
8) Adquirir estos dispositivos de ayuda auditiva para usted es :
Fácil Difícil Muy difícil
9) El dispositivo de ayuda auditiva que su representado utiliza es:
Importado Nacional No sabe
10) El precio de estos dispositivos de ayuda auditiva usted considera que es:
Baratos Costoso Muy costoso No sabe
155
11) ¿Considera usted qué los dispositivos de ayuda auditiva son relevantes en el
tratamiento de la hipoacusia que padece su representado?
Si No
12) ¿Cree usted que estos dispositivos generan algún tipo de inquietud o
incomodidad en su representado? (Si la respuesta es un “si” por favor
explique brevemente en el espacio indicado).
Si No
13) ¿Con que frecuencia el dispositivo que usa su representado debe ser
remplazado?
Nunca Poca Siempre Casi siempre
14) De las siguientes causas, ¿Cuál de ellas es más frecuente a la hora de
averiase el dispositivo?
Caída Contacto con agua Uso indebido
Otro:
15) ¿En algún momento su representado ha sufrido de algún tipo de infección
bacteriana por usar alguno de estos dispositivos de ayuda auditiva?
Si No
16) De ser “si” la respuesta a la pregunta anterior, ¿el dispositivo que utilizaba
tuvo que dejar de usarse o ser removido quirúrgicamente?
Si No
17) A su juicio, ¿Un dispositivo de ayuda auditiva que requiera cirugía, para ser
implementado en una persona, es más peligroso que un dispositivo que no lo
requiera?
Si No
156
18) De las cualidades que se plantean a continuación, elija 2 que a su parecer
son las más importantes para este tipo de dispositivo.
Comodidad Durabilidad Bajo Costo Desempeño
19) A parte de la función principal de estos dispositivos la cual es mejorar la
audición de la persona, ¿conoce usted si el dispositivo que utiliza
actualmente su representado tiene alguna otra cualidad o función que
permita integrar otros dispositivos electrónicos (teléfonos celulares, tablets,
reproductores de sonido, etc.)?
Si No
157
Anexo B: Validación de los instrumentos de recolección de datos1º.
158
Anexo C: Validación de los instrumentos de recolección de datos 2º
159
Anexo D: Validación de los instrumentos de recolección de datos 3º
160
Anexo E: Certificado de entrega y realización de los cuestionarios por la
dirección del instituto FUNDAIVAL.