SONAH robotizada para detección de retroalimentación de auxiliares auditivos

La historia de GN Resound se remonta a 1943 y a través de los años han sido los responsables de un número de innovaciones en la industria. Su tecnología de Intervalo Dinámico de Compresión Amplio abrió un nuevo camino para el procesamiento de sonido así como su tecnología de Supresión Digital de Retroalimentación fue el primer sistema en reducir efectivamente ruido y distorsión en aparatos auditivos. También desarrollaron el primer chip digital de criterio abierto del mundo, estableciendo un nuevo estándar de flexibilidad en programación, la introducción de su ‘ReSoundAir’ anunció la creación de tipos de instrumentos de audición totalmente nuevos, proporcionando así un sonido más natural y eliminando las molestias asociadas a la conexión del canal de audición.

Retos para los auxiliares auditivos

Los fabricantes de aparatos auditivos se esfuerzan constantemente en mejorar la inteligibilidad del lenguaje y lograr una cómoda audición, con investigadores trabajando en tecnología computarizada para diseñar mejores dispositivos de audición por medio de la mejora de la transmisión del sonido y reduciendo la interferencia por ruido y la retroalimentación.

El funcionamiento de dispositivos electro acústicos como los auxiliares auditivos se ve severamente limitado por la cantidad de retroalimentación acústica y mecánica que éste experimenta normalmente en el sistema electroacústico. Durante el proceso de diseño, se deben de identificar partes en el sistema que causen pérdidas acústicas y que posiblemente generen retroalimentación acústica, así como resonancias que generen una órbita de retroalimentación mecánica.

De acuerdo con el experimentado ingeniero acústico de GN resound, Poul Kristensen, “el gran reto en dispositivos de audición es tener alta ganancia y que uno sea capaz de capaz de controlar la retroalimentación. Es un dispositivo muy pequeño para ganancias que a veces alcanzan hasta 80dB, así que se necesitan varias herramientas para comprender los patrones de retroalimentación”.

El Nivel de presión sonora se muestra en todos los puntos de cálculo y es la suma de todas las contribuciones, pero no muestra la fuente.

La intensidad del sonido es usada primordialmente para identificar las fuentes de retroalimentación.

La velocidad de partícula se usa en combinación con mediciones de velocidad láser para separar fuentes de fuga de sonido de las fuentes de vibración en la estructura.

“El tiempo empleado en el desarrollo que involucró modelado, simulación y verificación por medio de mediciones láser y holografía acústica fue reducido en un 20%”

Analizando patrones de retroalimentación

En los auxiliares auditivos hay diferentes patrones de retroalimentación transmitidos por vibraciones, es decir, el pequeño parlante interior genera una presión sonora alta que hace que todo el dispositivo vibre. Esta vibración también genera sonido y si la trayectoria del sonido a través del altavoz hacia la salida no está aislada, también se puede tener retroalimentación del sonido directo. Esto es muy importante para los prototipos de desarrollo.

“La vibración de la superficie genera sonido, así que tenemos que comprender si es la vibración de la superficie la que genera sonido, o es sólo la vibración de la membrana del micrófono. De tal forma que usamos tanto el vibrómetro láser como holografía acústica SONAH para comprender la fuente dominante de retroalimentación”.

“También hay patrones de retroalimentación aerotransportados, de tal forma que también medimos la velocidad de las partículas para ver si son generados por la superficie o no. Si son creadas por la superficie, la velocidad de partícula corresponderá, mientras que si hay fugas acústicas entonces no hay correlación directa entre partículas y vibraciones físicas” afirma Poul.

“Todo esto se realiza durante el desarrollo y por supuesto podemos revisar dispositivos de producción si lo necesitamos, pero esto normalmente se limita a los prototipos. Si no obtenemos la ganancia esperada, entonces averiguamos el porqué. Y puede resultar ser que el ensamblaje no este sellado correctamente”.

Requisitos de GN ReSound

“En aquel momento buscábamos un sistema, estaba tomando una cantidad imprevisible de tiempo en I&D (Investigación y desarrollo) para obtener el desempeño y ganancia del dispositivo que estábamos buscando porque el patrón de retroalimentación es muy difícil de entender”, afirma Poul Kristensen. “Tuvimos que realizar muchos experimentos aún sin ver el panorama completo, por lo que tomó mucho tiempo y todo ese tiempo no fue previsible. Queríamos estar en una situación en la que las cosas fueran más previsibles y con un mejor entendimiento, así que teníamos que ser más profesionales y utilizar mejores instrumentos. Ésta fue una de las herramientas para construir nuestros modelos de simulación y entendimiento”.

GN Resound prefirió un solución robotizada por la exactitud y la repetibilidad que ésta podía ofrecer y eligieron una solución llave en mano de Brüel & Kjær utilizando Holografía Acústica de Campo cercano Estadísticamente Optimizada (SONAH) hecha por el Departamento de Proyectos Personalizados.

“Queríamos estar en una situación en la que las cosas fueran más previsibles y con un mejor entendimiento, así que teníamos que ser más profesionales y utilizar mejores instrumentos. Esta fue una de las herramientas para construir nuestros modelos de simulación y entendimiento”.

Combinando un robot con cálculo conformal

Normalmente se realiza un mapeo conforme usando arreglos portátiles, pero este enfoque difiere en el uso de un robot pequeño en su lugar, corriendo sobre una pista predefinida que está estrechamente alineada con el objeto de prueba.

Robot con sonda de micrófono. Las sondas de micrófono son pequeñas, ligeras y perfectas para mediciones de nivel de presión sonora en lugares poco accesibles cercanos a la fuente.

Sistema robotizado proporcionado para GN Resound

Una simple sonda de micrófono de Brüel & Kjær es colocada por un robot X-Y-Z y mide presión sonora en una de varias cuadrículas alineadas para cubrir el objeto bajo prueba. El robot realiza un barrido sinusoidal de todos los puntos, moviéndose automáticamente de punto a punto en intervalos de 6 a 7 segundos.

La configuración del dispositivo en el campo de prueba para mediciones 3D toma un par de horas, Poul Kristensen lo describe, “Colocamos el dispositivo en el plano de prueba y luego definimos el área donde escaneará el robot. Después podemos cubrir todo el dispositivo y definir el tamaño de los pasos que tome el robot y decidir en qué parte del objeto queremos medir y si queremos medir en pequeñas proporciones. Normalmente buscamos cuadrados de entre 16 a 18 mm. Si queremos avanzar más rápido, podemos dar pasos más grandes y después entrar más en detalle en áreas de interés”. El área de escaneo y el número de posiciones en cada cuadrícula se definen de acuerdo al intervalo de frecuencia requerido y la resolución, pero cuando se comienza lo importante es fijarse en el nivel de presión sonora en el micrófono para revisar si hay retroalimentación. Así se podrá analizar la fuente de este sonido.

Nuevas capacidades

“Con este sistema podemos realizar mediciones de intensidad sonora”, dice Poul, “las cuales no podíamos realizar antes. Gracias a SONAH, este sistema se hace controlable, ya que se cuenta con un robot que pone el micrófono en una posición específica. Ahora podemos hacer una fina malla de mediciones donde antes sólo podíamos analizar presión sonora”.

“Antes de SONAH, intentábamos entender el sonido moviendo el micrófono alrededor del auxiliar auditivo. Pero eso tenía que ser de manera precisa y se tienen que realizar demasiadas mediciones, lo que no resultaba muy práctico. Ahora resulta mucho más preciso y nos da mucha más información”.

¿Que es SONAH?

Es la técnica patentada de holografía avanzada de Brüel & Kjær que permite mediciones con arreglos más pequeños que la fuente sin graves efectos espaciales de ventanas. SONAH significa “Holografía Acústica de Campo cercano Estadísticamente Optimizada (en inglés)”.

Resultados evidentes y transmisibles

La información se puede representar en planos acústicos planos en 2D que se pueden superponer en una foto para mostrar rápidamente el origen de varias fuentes a gran detalle. Al combinar mapas conformes de sonido con modelos CAD nos da una imagen más detallada en 3D.

Mapa holográfico de sonido en 2D sobre puesto con una imagen del objeto de medición. Esta aproximación plana también utiliza el robot y el mismo sistema de arriba.

Mapeando mediciones conformes en forma de un modelo

En colaboración con el Departamento de Proyectos Personalizados de Brüel & Kjær, Los ingenieros de GN Resound combinaron la precisión de la sonda de micrófono controlada por robot con modelos CAD en 3D de los aparatos auditivos que midieron.

Para calcular de esta manera a una superficie en lugar de un plano se usa un arreglo portátil, pero como en el mapeo en 2D se usa un robot pequeño para mayor exactitud y repetibilidad. En lugar de una técnica conformal, las mediciones en los aparatos auditivos con robot se pueden configurar con una resolución a intervalos de 1x1mm, antes de que el software haga los cálculos holográficos con los que calculará la intensidad sonora y obtener una visión general de la fuga acústica y la interferencia. Después se realizan cálculos conformales dentro de la estructura. Las imágenes en 3D resultantes se sobreponen en una imagen 3D a computadora del objeto de prueba, dando la ventaja de dar visión completa en un solo paso en lugar de tener que mirar diferentes planos en 2D para tener la imagen total. En una computadora el modelo se puede girar para ver lo que sucede desde diferente perspectiva.

Esta unificación de modelos CAD y holografía acústica se logra al acoplar el modelo CAD importado del aparato auditivo con el resultado de la holografía, usando un sistema de mapeo de malla triangular y alta densidad.

“Esto ha mejorado el producto. Es una de las herramientas que ha reducido tiempos y aumentado previsibilidad. Ahora tenemos mejores herramientas y podemos entender mejor los problemas y llegar a las causas de los problemas más rápido”

El mapeo conformal en 3D también ha sido utilizado para determinar el patrón de retroalimentación para el sonido generado en el canal real del oído por un audífono mostrado en la parte superior del oído. El sonido se transmite desde el aparato de audición por medio de tubos y de un molde con forma de oído que se inserta dentro del canal, los cuales no se muestran en la imagen.

Beneficios

La capacidad del sistema para proporcionar mapeo de alta resolución de un objeto pequeño y de hacerlo con repetibilidad excelente y en una escala de tiempo confiable, es lo que ha traído grandes beneficios al proceso de desarrollo de GN Resound, como dice Poul Kristensen “Esto ha mejorado el producto. Es una de las herramientas que ha reducido tiempos y aumentado previsibilidad. Ahora tenemos mejores herramientas y podemos entender mejor los problemas y llegar a las causas de los problemas más rápido”.

Morten Søndergaard, otro ingeniero acústico experimentado involucrado en el desarrollo del sistema y en la construcción de modelos de simulación, se encuentra complacido con la velocidad de desempeño incrementada que esto ha traído. “El tiempo invertido en el proceso de desarrollo que involucra modelado, simulación y verificación usando mediciones láser y el sistema de holografía acústica se ha reducido en un 20%”, afirma.

Todos los ingenieros veteranos de GN Resound son capaces de utilizar el sistema y con una licencia flotante PULSE, también lo pueden usar en plantas en China y América. Como dice Poul Kristensen, “tenemos licencia flotante de manera que ellos puedan analizar mediciones en China que fueron realizadas en Dinamarca, de manera que nosotros realicemos las mediciones y ellos puedan realizar el análisis cuando les llegue la información”.

Futuro

Hay mucho porvenir en la dirección de la simulación, donde la experiencia adquirida ayudará a mejorar las capacidades de muchos productos acumulando experiencia de un proyecto a otro. Pero la simulación no trabaja por si sola y las mediciones reales deben apoyar los modelos de simulación, es decir, las herramientas para encontrar por qué los modelos físicos no se comportan como se espera seguirán siendo vitales.

Al igual que mucha de la tecnología, sobre todo con dispositivos portátiles como estos, la tendencia va hacia unidades cada vez más pequeñas. Mientras los dispositivos se miniaturizan, los retos se vuelven más difíciles. El reto actual es reducir la cantidad de retroalimentación en dispositivos cada vez más pequeños.

Simulador de torso y cabeza (HATS) de GN Resound

El software de desarrollo también es primordial al trabajar con sonido y procesamiento del mismo para mejorar la inteligibilidad del habla, por medio del procesamiento de la señal. Tal y como Poul Kristensen dijo, “Los auxiliares auditivos consisten de mucho software de procesamiento. El hardware juega un rol, pero la gran diferencia yace en el software de procesamiento”.

Si requiere más información de los sistemas de identificación las fuentes de ruido, contáctenos a: ventas@midebien.com

Traducción y adaptación del documento original Robotic SONAH for hearing aid feedback detection (www.bksv.com) Brüel&Kjær® Todos los derechos reservados