Audiómetro digital inalámbrico con control activo de ruido.

Audiómetro digital inalámbrico con control activo de ruido.

Audiómetro digital vía bluetooth implementado con técnicas de control activo de ruido,

que cumple las especificaciones del estándar EN-60645-1 en todos sus tipos. Los elementos del audiómetro son: dispositivo móvil (1), interfaces de audio bluetooth (8, 9), aplicación informática para generar las señales audiométricas (2) y realizar la medida audiométrica, pulsador bluetooth (4), transductores (5, 7) y un sistema de control activo de ruido (6) incorporado a unos auriculares (100) bluetooth. El sistema de control activo de ruido (6) permite prescindir de la cabina audiométrica y usa las señales audiométricas proporcionadas por el dispositivo móvil (1), mediante la aplicación informática que genera las señales audiométricas (2) aplicando algoritmos de baja distorsión -menos del 2.5%- para transmitir dichas señales vía bluetooth solventando las limitaciones de sus formatos de codificación y utilizando muestras de 16 bits.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201530495.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GRUNDMAN ISLA,JORGE, MINGUEZ OLIVARES,ANTONIO, GARCIA MORALES,Lino, TABERNERO GIL,Francisco Javier.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A61B5/12 SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE.A61B DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de material biológico G01N, p.ej. G01N 33/48). › A61B 5/00 Medidas encaminadas a establecer un diagnóstico (diagnóstico por medio de radiaciones A61B 6/00; diagnóstico por ondas ultrasónicas, sónicas o infrasónicas A61B 8/00 ); Identificación de individuos. › Audiometría.
  • H04M1/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04M COMUNICACIONES TELEFONICAS (circuitos para el control de otros aparatos vía cable telefónico y no comprendiendo aparatos de conmutación telefónica G08). › Equipos de subestaciones, p. ej. para utilización por el abonado (servicios de abonado o instalaciones proporcionadas en las centrales H04M 3/00; aparatos con fichas de pago previo H04M 17/00; disposiciones de suministro de corriente H04M 19/08).

Fragmento de la descripción:

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Audiómetro digital inalámbrico con control activo de ruido OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona, en general, con la audiología, el procesado digital de audio y la acústica, y más específicamente, con el control activo de ruido acústico. Los ámbitos de aplicación de la invención están ligados a la propia audiología. Es decir, fundamentalmente en los siguientes sectores: Sector médico: para diagnosis de disfunciones del sistema auditivo. Sector industrial: para realizar el seguimiento de la función auditiva dentro de los programas de prevención de riesgos laborales.

Más particularmente, la presente invención se refiere a un audiómetro inalámbrico, que usa Bluetooth y proporciona control activo del ruido ambiental externo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los requisitos generales para los audiómetros, utilizados en la determinación de los niveles umbrales de audición (referenciados con el nivel umbral de audición normalizado) , están reflejados en la Norma Europea EN 60645-1, que a su vez adopta la Norma Internacional CEI 645-1:1992.

Cuando se intenta implementar un audiómetro inalámbrico vía bluetooth hay que asegurarse que los requisitos de calidad de las señales audiométricas, impuestos por el estándar EN60645-1, no se vean alterados ni en amplitud ni en frecuencia. La transmisión de audio por bluetooth para dispositivos multimedia (auriculares, altavoces y decodificadores de audio) está definida en el perfil de bluetooth A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) . Los datos de audio son de 16 bits y se codifican con objeto de reducir su régimen binario (bits/seg) y así permitir una transmisión eficiente a través del enlace bluetooth. Esta codificación elimina una gran parte de la señal de audio (>75%) que no es perceptualmente significativa para nuestros oídos. Existen tres formatos de codificación en bluetooth: SBC (Sub-Band Coding) , aptX y AAC (Advanced Audio Coding) . Sólo el primero de ellos es obligatorio en los codecs de audio bluetooth. Los otros dos son opcionales y depende de cada fabricante la

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incorporación de los mismos en el codec. Todos ellos son eficientes desde el punto de vista de una transmisión multimedia de consumo (voz, audio, etc.) pero, por el contrario, no lo son para transmitir señales audiométricas. Estas requieren unos parámetros de calidad que pueden perderse en la digitalización (muestras de 16 bits) y en la propia codificación.

El margen de frecuencias de trabajo de los tres formatos de Bluetooth es más que suficiente para las señales con las que opera un audiómetro (125 Hz - 8 kHz) . Sus parámetros más críticos están relacionados con el margen dinámico y con la máxima distorsión armónica total permitida. En primer lugar, una digitalización de 16 bits por muestra no permite tener rangos dinámicos sin distorsión superiores a 80 dB. En segundo lugar, los formatos de codificación perceptual SBC, aptX y ACC pueden variar el rango dinámico de las señales que codifican atendiendo sólo a razones perceptuales y de régimen binario, perdiendo, por tanto, los criterios de calidad que se les exige a las señales audiométricas de ensayo.

Además, el estándar EN 60645-1 establece una distorsión armónica total máxima del 2.5%; y en cuanto a rango dinámico se especifica un valor de 130 dB en el audiómetro tipo 1, de 120 dB en el audiómetro tipo 2, de 110 dB en el audiómetro tipo 3 y de 80 dB en el audiómetro tipo 4. Estos valores pueden reducirse, según fija la norma, 10 dB si se utilizan auriculares circumaurales o insertos.

Los audiómetros generan una serie de señales de prueba dentro de un gran rango dinámico de niveles, desde niveles umbrales hasta niveles cercanos al umbral de dolor. Cuando se generan señales de nivel bajo, cercanas al umbral de audición, hay que tener en cuenta el nivel de ruido acústico ambiental. Este nivel no debe llegar a enmascarar la señal de audiometría. En una sala, por muy silenciosa que sea, siempre existe algún tipo de ruido que hace inviable la medida (por ejemplo el ventilador del propio ordenador, el aire acondicionado, etc.) .

Este problema se solventa hoy en día con una cabina audiométrica de aislamiento acústico, una cabina herméticamente cerrada que asegura una determinada atenuación del ruido acústico exterior (se permite un nivel de ruido interno de aproximadamente unos 30 dB SPL -nivel de presión sonora-) . El estándar ISO 8253-1 especifica los niveles máximos de ruido ambiente permitidos para realizar las medidas audiométricas, estándar equivalente al ANSI/ASA S3.1-1999 (R-2008) . La cabina acústica es un elemento dimensiones importantes y de un coste elevado que encarece el sistema de medidas audiométricas. Además, si no se

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dispone de ella, los ensayos audiométricos sólo pueden hacerse en entornos acústicos silenciosos, y no siempre se tiene acceso a ellos. Es, por tanto, un elemento cuya función de aislamiento acústico sería deseable que pudiera ser realizada de otra manera, con objeto de minimizar costes y para hacer portable el sistema audiométrico, manteniendo siempre las condiciones acústicas que exige el estándar ISO 8253-1.

Por otro lado, las técnicas de control activo de ruido se conocen desde hace tiempo. En los últimos años, sólo cuando se han podido desarrollar dispositivos electrónicos capaces de realizar todo el procesado digital en tiempo real, se han implementado estas técnicas en distintas aplicaciones: en conductos (por ejemplo para eliminar el ruido de los sistemas de extracción de aire) , en auriculares de protección acústica (personas expuestas a altos niveles de ruido de forma permanente) y en auriculares de consumo (para tener una mejor calidad de las señales de audio que se escuchan a través de los dispositivos multimedia, teléfonos inteligentes o tabletas) . También se empiezan a aplicar últimamente en otros escenarios acústicos como, por ejemplo, en medios de transporte (trenes, aviones, automóviles, etc.) , para eliminar el ruido acústico al que están sometidos los pasajeros.

Un sistema de control activo de ruido es un sistema capaz de eliminar el ruido acústico emitiendo una réplica del mismo en oposición de fase. Mediante un dispositivo electroacústico (altavoz) se generan ondas de presión acústica de tal forma que, en un determinado punto del medio acústico, sean una réplica exacta, pero invertida, de las ondas de presión que se desean cancelar (ruido) . La suma de ambas ondas produce una cancelación acústica (funcionamiento ideal) o, en la práctica, una determinada atenuación acústica (20-30 dB) .

El control activo de ruido funciona de forma óptima en espacios donde se produce una propagación de ondas acústicas planas (conductos) y en entornos de cancelación de pequeñas dimensiones (auriculares anti-ruido) . Cuando se intenta cancelar grandes recintos acústicos la bondad de estas técnicas se desvanece; el sistema de control se hace excesivamente complejo (sistema multicanal) y, además, las zonas de cancelación obtenidas no llegan a ser de grandes dimensiones, dependen siempre de la longitud de onda (de las ondas de presión acústica) . Por ejemplo, para una onda de presión acústica de frecuencia 100 Hz la zona de cancelación (equivalente a una esfera virtual de cancelación) viene a ser del orden de 34 cm, para una frecuencia de 1 kHz es de sólo 3, 4 cm, y para 10 kHz la zona de cancelación es ínfima: unos 3.4 mm. Por tanto, en la práctica, la cancelación

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acústica sólo es viable en bajas frecuencias. Sin embargo, esta limitación no es tal cuando la zona de cancelación se sitúa exactamente en el propio oído -entorno de cancelación de dimensiones mínimas-, utilizando unos auriculares con cancelación activa de ruido. En este escenario acústico de cancelación, la zona de control se puede fijar exactamente en el propio oído, en el comienzo del canal auditivo, que es donde interesa anular/atenuar el ruido exterior, de forma equivalente a como lo hiciera una cabina audiométrica de aislamiento.

El problema técnico objetivo que se presenta es pues proveer un audiómetro, en el que el aislamiento acústico no requiera cabina de aislamiento, con algoritmos de procesado digital de la señal para generar señales sinusoidales que mantengan un rango dinámico y una distorsión armónica total dentro de las especificaciones establecidas en el estándar EN 60645-1, en sus distintos tipos de audiómetro (tipos 1, 2, 3 y 4) a pesar de manejar longitudes de muestra de audio de 16 bits y estar sometidos a una codificación perceptual (SBC, aptX y AAC) .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención sirve para...

 


Reivindicaciones:

1. Un audiómetro digital inalámbrico caracterizado por que comprende: -un dispositivo móvil (1) de un usuario que dispone de un generador de 5 señales de audiometría (2) para realizar medidas audiométricas;

- al menos un adaptador de audio bluetooth (8, 9) que conecta el dispositivo móvil (1) con un transductor para enviar las señales de audiometría generadas al transductor fuera del dispositivo móvil (1) ;

- un sistema de control activo de ruido (6) conectado al, al menos un, adaptador de audio bluetooth (8) ; el sistema de control activo de ruido (6) y el adaptador de audio bluetooth (8) incorporados en unos auriculares inalámbricos (100) que reciben las señales audiométricas generadas.

2. El audiómetro de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que además comprende al menos un enlace bluetooth (3) y un dispositivo externo que se comunica con el dispositivo móvil (1) a través del enlace bluetooth (3) .

3. El audiómetro de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que el dispositivo externo es el, al menos un, adaptador de audio bluetooth (8, 9) . 20

4. El audiómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado por que el dispositivo externo es el, al menos un, pulsador inalámbrico (4) mediante el que el usuario interactúa en la realización de las medidas audiométricas.

5. El audiómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo móvil (1) se selecciona entre un teléfono móvil inteligente y una tableta.

6. El audiómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que un primer adaptador de audio bluetooth (9) conecta el dispositivo móvil (1) con un primer transductor que es un vibrador óseo (5) y un segundo adaptador de audio bluetooth (8) conecta el dispositivo móvil (1) con un segundo transductor que es un par de auriculares (7) audiométricos.

7. El audiómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los auriculares inalámbricos (100) tienen incorporado el sistema de control activo de ruido (6) duplicado para proporcionar control activo de ruido en un par de auriculares (7) audiométricos, izquierdo y derecho, que comprenden los auriculares inalámbricos (100) .

8. El audiómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sistema de control activo de ruido (6) comprende:

9. El audiómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el sistema de control activo de ruido (6) comprende un único micrófono interno (10) , situado en el interior de los auriculares inalámbricos (100) , que recoge una señal de referencia del ruido ambiental (200) para regular el sistema de control activo (6) y entregar la señal de referencia del ruido ambiental (200) a un módulo adaptativo de control (12) conectado a un filtro digital adaptativo (13) que deja pasar como señal de entrada al módulo adaptativo de control (12) sólo la señal de referencia del ruido ambiental (200) .

10. El audiómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el, al menos un, adaptador de audio bluetooth (8, 9) comprende:

- un micrófono externo (18) , conectado en el exterior de los auriculares

inalámbricos (100) , que recoge una señal de referencia del ruido (25)

ambiental externo y entrega a un controlador adaptativo (19) la señal de

referencia del ruido (25) ;

- un micrófono interno (17) , situado en el interior de los auriculares

inalámbricos (100) , que recoge una segunda señal para regular el sistema de

control activo (6) .

- un decodificador bluetooth (110, 111) que decodifica las señales de audiometría recibidas, a través de un enlace bluetooth (3) , del generador de señales de audiometría (2) ;

- un amplificador (130, 131) de potencia que conecta con el transductor, estando el amplificador (130, 131) de potencia conectado al decodificador 14

bluetooth (110, 111) por medio de al menos un conversor digital-analógico

(120, 121) .

11. El audiómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el, adaptador de audio bluetooth (8) comprende:

- un decodificador bluetooth (111) que decodifica las señales de audiometría

recibidas, a través de un enlace bluetooth (3) , del generador de señales de

audiometría (2) y entrega una señal decodificada de audiometría (11, 20) a un

sumador, en el que se suma la señal decodificada de audiometría (11, 20)

con una señal de salida del sistema de control activo (6) ;

- al menos un conversor analógico-digital y un conversor digital-analógico (121)

conectado a la salida del sumador;

- al menos un amplificador (131) de potencia que conecta con un segundo

transductor que es un par de auriculares (7) audiométricos.

12. El audiómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el generador de señales de audiometría (2) comprende

medios de procesado digital de señal configurados para generar señales

audiométricas con una distorsión armónica total inferior al 2.5% utilizando:

a. Muestras de 16 bits de la señal audiométrica

b. Formatos de codificación de acuerdo con una comunicación de audio por

bluetooth.

13. El audiómetro de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que los

formatos de codificación se seleccionan entre:

- Codificación Sub-banda, SBC:

- Codificación aptX y

- Codificación Audio Avanzada, AAC.

.

 

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