Procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante para ensayos auditivos con animales.

El objeto principal de la presente invención es procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante de dimensiones (L1, L2, L3) cuyo campo acústico sea homogéneo espacial y espectralmente; las operaciones del procedimiento son: elegir una de las dimensiones L3; obtener las funciones (valor medio del campo acústico) y (desviación cuadrática media del campo acústico); y seleccionar, con base en las funciones obtenidas en la operación anterior, las dimensiones L1 y L2 óptimas que proporcionan el campo acústico más uniforme

Procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante para ensayos auditivos con animales.

Objeto de la invención

El objeto principal de la presente invención es procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante para ensayos auditivos con animales cuyo campo acústico sea homogéneo espacial y espectralmente.

Otro objeto de la invención es una cámara acústica reverberante preferida diseñada de acuerdo con el procedimiento descrito.

Antecedentes de la invención

Una parte fundamental de la investigación audiológica se realiza con animales de laboratorio (cobayas, ratas, ratones, etc.). Por ejemplo, se introduce a estos animales dentro de una cámara, y se les somete a un campo acústico intenso durante un tiempo de exposición prolongado para producirles una pérdida auditiva severa, que se evalúa y estudia mediante técnicas neurofisiológicas e histológicas.

Ngan, E.M., y May, B.J., 2001, "Relationship between the auditory brainstem response and auditory nerve thresholds in cats with hearing loss", Hear. Res., 156, 44-52, exponían a gatos de laboratorio a un ruido de 2 kHz, con un ancho de banda de 50 Hz, con nivel de 108-111 dB, durante 2-4 horas. A continuación analizaban la relación entre los umbrales de audición y los potenciales evocados del tronco cerebral (ABR).

Brand-Larsen, R., Lund, S.P., y Jepsen, G.B., 2000, "Rats exposed to toluene and noise may develop loss of auditory sensitivity due to synergistic interaction", Noise&Health, 3, 33-44, analizaban la interacción entre la exposición a ruido y a tolueno, sometiendo a ratas de laboratorio a ruido gaussiano de 90-105 dB en la banda 4-20 kHz, y simultáneamente a dosis controladas de tolueno.

Fechter, L.D., Chen, G-D., Rao, D., y Larabee, J., 2000, "Predicting exposure conditions that facilítate the potentiation of noise-induced hearing loss by carbón monoxide", Toxicological Sciences, 58, 315-323, estudiaban también el efecto combinado de la exposición a ruido y monóxido de carbono en ratas. En este caso, el ruido consistía en una banda de octava centrada en 13.6 kHz, a 95 dB durante 2 horas.

Noreña, A.J., y Eggermont, J.J., 2005, "Enriched acoustic environment after noise trauma reduces hearing loss and prevenís cortical map reorganization", J. Neurosc., 19, 699-705, provocaban primero un trauma acústico en gatos, exponiéndolos a tonos de 5 kHz a 120 dB durante dos horas. A continuación, demostraban que estos gatos podían recuperar sus umbrales de audición cuando se sometían a un ambiente acústico enriquecido (un estímulo complejo multitonal de frecuencia aleatoria a 80 dB), una evidencia de plasticidad cerebral.

Cediel, R Riquelme, R., Contreras, J., Díaz, A., y Varela-Nieto, I., 2006, "Sensorineural hearing loss in insulin-like growth factor I- mice: a new model of human deafness," Eur J Neurosci., 23, 587-590, usaban ratones modificados genéticamente para estudiar la relación existente entre el IGF-1 y la degeneración auditiva. Para ello, provocaban en estos animales una pérdida de audición de unos 50-60 dB, sometiéndolos a un barrido senoidal de unos 90-100 dB durante 8-12 horas, y estudiaban la evolución temporal de su recuperación auditiva.

Davis, R.R., y Franks, J.R., 1989, "Design and construction of a noise exposure chamber for small animals". J. Acoust. Soc. Am., 85, 963-966, describen el diseño de una cámara anecoica para el ensayo simultáneo de dos chinchillas. Usando un altavoz tipo bocina en el techo, consiguen un campo acústico relativamente homogéneo en el interior de la cámara, con un valor máximo de 130 dB.

Existen fundamentalmente dos tipos de cámaras acústicas, anecoicas y reverberantes. En una cámara anecoica solo existe campo acústico directo, es decir, a cualquier punto de la cámara solo llega sonido radiado directamente por la fuente. Por el contrario, en una cámara reverberante, cualquier punto del recinto es alcanzado por el sonido directo más los rebotes múltiples en las paredes. Normalmente, se asume que estos rebotes están incorrelados, y por lo tanto el nivel acústico en cualquier punto de una cámara reverberante es siempre mayor que en la cámara anecoica del mismo tamaño.

En experimentos con animales, la pérdida de audición producida está directamente relacionada con el producto del nivel de ruido por el tiempo de exposición, a mayor nivel de ruido, menor tiempo de exposición será necesario para producir una pérdida determinada. Por este motivo, conocer el nivel de exposición en cada punto de una cámara es un aspecto crucial al realizar experimentos acústicos con animales.

Descripción de la invención

El objetivo del procedimiento de la invención es diseñar una cámara reverberante cuyo campo acústico sea lo más homogéneo posible, tanto espectral como espacialmente, en el espacio donde se sitúa el sujeto de estudio. El procedimiento de la presente invención puede proporcionar mapas de los valores medios del nivel de presión acústica y de la desviación cuadrática media en los diferentes planos de la cámara, seleccionándose como configuración óptima aquella que proporcione un nivel acústico medio elevado con una desviación cuadrática media baja.

El procedimiento de la invención optimiza la parte de baja frecuencia del campo acústico en la cámara, estando la uniformidad en el margen de las altas frecuencias garantizado por la difusividad de la cámara. La optimización espectral del procedimiento de la invención se asegura eligiendo unas dimensiones que estén dentro del mapa de Bolt (Bolt, R.H., 1946. "Note on normal frequency statistics for rectangular rooms". J. Acoust. Soc. Am., 18, 130-133).

En el presente documento, el término "sujeto en estudio" es el animal o dispositivo que se va a someter al ensayo acústico. Por ejemplo, podría emplearse una cámara diseñada de acuerdo con el procedimiento de la invención, además de en ensayos con animales, para probar la sensibilidad de micrófonos o dispositivos similares.

Así, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se describe un procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante de campo acústico uniforme de dimensiones L₁, L₂ y L₃ que comprende las siguientes operaciones:

1) Fijar una de las dimensiones, que se denominará L₃. Normalmente, se tratará de la dimensión más pequeña de la cámara acústica. Sin pérdida de generalidad, en lo que sigue se considera que las otras dos dimensiones están normalizadas por L₃.

2) Obtener las funciones L_pm(L₁,L₂) (valor medio del campo acústico) y σ(L₁,L₂) (desviación cuadrática media del campo acústico) en una zona de la cámara donde se va a situar la jaula con los animales.

L_pm(L₁,L₂) y σ(L₁,L₂) se construyen aplicando la teoría de modos normales a un recinto con paredes ligeramente amortiguadas (Nelson, P.A., Elliott, S.J., 1992. "Active control of sound". Academic Press, London). Estas funciones dependen, además de las dimensiones de la cámara, del número de modos usados, del amortiguamiento modal de las paredes, del número y posición de fuentes acústicas dentro de la cámara, y de la posición de la jaula.

3) Seleccionar, con base en las funciones L_pm(L₁,L₂) y σ(L₁,L₂) obtenidas en la operación anterior, las dimensiones L₁ y L₂ óptimas que proporcionan el campo acústico más uniforme.

Esto se puede hacer de dos modos:

3a) Creando mapas de las funciones L_pm(L₁,L₂) y σ(L₁,L₂) y seleccionando visualmente las dimensiones L₁ y L₂ óptimas.

Además, como se sabe que las proporciones sugeridas por Bolt proporcionan la mayor homogeneidad espectral, se realizan los mapas para el margen de dimensiones de L₁ y L₂ que contengan los valores de Bolt, que son 100 Una vez representados los mapas, se seleccionan visualmente las dimensiones óptimas.

Sin embargo, puede ser complicado seleccionar las dimensiones L₁ y L₂ solamente mediante...

1. Procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante (1) para ensayos auditivos con animales de dimensiones L₁, L₂ y L₃, caracterizado porque comprende las siguientes operaciones:

fijar una de las dimensiones L₃;

obtener las funciones L_pm(L₁,L₂) (valor medio del campo acústico) y σ(L₁,L₂) (desviación cuadrática media del campo acústico); y

seleccionar, con base en las funciones obtenidas en la operación anterior, las dimensiones L₁ y L₂ óptimas que proporcionan el campo acústico más uniforme.

2. Procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la dimensión L₃ es la dimensión más pequeña de dicha cámara acústica reverberante (1).

3. Procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la operación de seleccionar las dimensiones L₁ y L₂ que proporcionan el campo acústico más uniforme además comprende las operaciones de

crear mapas de las funciones L_pm(L₁,L₂) y σ(L₁,L₂); y

seleccionar visualmente las dimensiones L₁ y L₂ óptimas.

4. Procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque los mapas de las funciones L_pm(L₁,L₂) y σ(L₁,L₂) se crean únicamente para las proporciones de Bolt:

5. Procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la operación de seleccionar las dimensiones L₁ y L₂ que proporcionan el campo acústico más uniforme se realiza maximizando la función de mérito:

6. Cámara acústica reverberante (1) de campo acústico uniforme diseñada de acuerdo con el procedimiento anterior, caracterizada porque comprende cinco fuentes (2) acústicas coherentes separadas 5 cm entre sí y dispuestas según una cruz.

7. Cámara acústica reverberante (1) de campo acústico uniforme de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque además comprende una cámara de vídeo (3) infrarroja que permite observar el interior de dicha cámara acústica reverberante (1).

8. Cámara acústica reverberante (1) de campo acústico uniforme de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque tiene unas dimensiones de (52 cm., 60 cm., 40 cm.).