LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Diseño, Simulación Y Desarrollo De

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

Reconocimiento-CompartirIgual 4.0 Internacional License.

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

http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/







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





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 Nº9: Pregunta número 4º .................................................................... 69

Tabla Nº10: Pregunta número 5º. ................................................................. 70


xvii


Tabla Nº13: Pregunta número 8º.................................................................. 73


Tabla Nº15: Pregunta número 10º. ............................................................... 75










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


esperados en el módulo de procesamiento de audio .................................. 130


esperados en el módulo de amplificación ................................................... 133


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

https://es.wikipedia.org/wiki/Pabell%C3%B3n_auricular

https://es.wikipedia.org/wiki/Canal_auditivo_externo

https://es.wikipedia.org/wiki/Membrana_timp%C3%A1nica

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


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).

http://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3fono_piezoel%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Altavoz_piezoel%C3%A9ctrico

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).

http://es.wikipedia.org/wiki/Altavoz

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).

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_electr%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_electr%C3%B3nico#Clase_AB

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


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


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.


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.


Tabla Nº6: Pregunta número 1º.


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?


Leve Medio Severo No sabe

0 5 8 0


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.




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?


Audífono

amplificador Implante coclear Implante BAHA Otro No sabe

8 5 0 0 0




Gráfico Nº3: Uso de dispositivo de ayuda auditiva.


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?


Si No

2 11


Gráfico Nº4: Clase de dispositivo.




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?


Si No

11 2


Gráfico Nº5: Forma de adquisición del dispositivo.




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?


Si No No sabe

2 10 1


Gráfico Nº6: Observa dispositivos de ayuda auditiva a la venta en Venezuela.




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?


Si No No sabe

2 8 3


Gráfico Nº7: Acceso a variedad de dispositivos de ayuda auditiva.




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:


Fácil Difícil Muy Difícil

1 7 5


Gráfico Nº8: Adquisición de los dispositivos de ayuda auditiva.




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:


Importado Nacional No sabe

12 0 1


Gráfico Nº9: Origen del dispositivo de ayuda auditiva.




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:


Baratos Costosos Muy costosos No sabe

0 1 12 0


Gráfico Nº10: Consideración del costo del dispositivo.




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?


Si No

13 0


Gráfico Nº11: Relevancia de los dispositivos de ayuda auditiva en el

tratamiento de la hipoacusia.




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?


Si No

4 9


Gráfico Nº12: Inquietud o incomodidad al utilizar el dispositivo de ayuda

auditiva.




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?


Nunca Poca Siempre Casi Siempre

0 4 5 4




Gráfico Nº13: Mantenimiento del dispositivo de ayuda auditiva.


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?


Caída Contacto con el agua Uso indebido Otro

3 6 4 0


Gráfico Nº14: Causas más comunes de avería del dispositivo de ayuda

auditiva.




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?


Si No

1 12


Gráfico Nº15: Padecimiento de infección bacteriana por el uso del

dispositivo de ayuda auditiva.




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?


Si No

0 13


Gráfico Nº16: Retiro del dispositivo de ayuda auditiva a causa de infección.




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?


Si No

10 3



Gráfico Nº17: Implementación de un dispositivo de ayuda auditiva por

cirugía.



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.


Gráfico Nº18: Cualidades importantes de un

dispositivo de ayuda auditiva.

84


Comodidad Durabilidad Bajo Costo Desempeño

10 7 5 4


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.)?



85


Si No No sabe

2 7 4


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.




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


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


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


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



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



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.

.


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.

.


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.

.


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.

.



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.

.


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:


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

.


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.

.


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.

.


127

Figura Nº44: Algoritmo de programación.

.


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


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:


esperados en el módulo de energía ver.1


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:


esperados en el módulo de procesamiento de audio


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

.


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

.


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:


esperados en el módulo de amplificación


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:


esperados en el módulo principal


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.

.


Tabla Nº33: Arreglo final módulo de energía Vers.2.

.


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.

.



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).

.


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.

.


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.

.


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

.


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

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Adamson, R., & Brown, J. (2010). A piezoelectric bone-conduction bending

hearing actuator. Nueva Escocia, Canada: Universidad de Dalhousie.

Aguilar, J. (2012). La memoria Ram. Recuperado el 13 de Noviembre de

2015 de Slideshare: http://es.slideshare.net/josselineaguilarcruz/la-

memoria-ram-14337945

Alday J, Ramírez, A., Alvarado, G. & Chávez, P. (2012). Anatomía Y

Fisiología del Sistema Nerviosos. Recuperado el 15 de Noviembre de

2015 de Blogger: http://sistemanervioso-

psicologiaii.blogspot.com/2012/05/cerebro-hemisferios-cerebrales-e-

l.html

Altúzar, R. (2015). Transductores. Recuperado el 13 de Noviembre de 2015

de JimContent:

se1eaa57538186528.jimcontent.com%2Fdownload%2Fversion%2F13

23793592%2Fmodule%2F3571389754%2Fname%2FSensores%2By

%2BTransductores.

Andrade, S. (2014). 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. Urbanizacion Los Naranjos, Caracas, Venezuela: Universidad

Nueva Esparta.

Angulo, J. (2006). dsPic: Diseño práctico de aplicaciones. Madrid: Mcgraw-

hill.

Arias, F. (2004). El proyecto de investigacion, guia para su elaboracion.

Caracas: Editorial Epistreme.

148

Asamblea Nacional de Venezuela (2007). Ministerio del poder popular para el

habitat y la vivienda. Obtenido de Ley para las Personas con

Discapacidad.

Balestrini, A. (1998). Como se elabora el proyecto de investigación. Caracas:

Editorial Briceño.

Barragán, R. (2003). Guía para la formulacion y ejecucion de proyectos de

investigación. La Paz: Fundación Pieb.

Biafore,B. (2007). Visio 2007 Bible. Indianapolis, USA: Wiley.

Boylestad, R. (2004). Introducción al análisis de circuitos. Ciudad de Mexico:

Pearson Education.

Boylestad, R., & Nashelsky, L. (2003). Electrónica: Teoría de circuitos y

dispositivos electrónicos. Ciudad de México, México: Prentice Hall.

Briconaturs (2014). Baterías Recargables. Tipos y Caracteristicas.

Recuperado el 13 de Noviembre de 2015 de Briconatur blog:

http://blog.briconatur.com/baterias-recargables-tipos-y-caracteristicas/

Cabrera, J. (2010). Acustica y fundamentos del sonido. Obtenido de

arauacustica.com:

https://arauacustica.com/files/publicaciones_relacionados/pdf_esp_37

7.pdf

Catalán, D. (2011). Determinación de la atenuación en dispositivos auditivos

tipo orejera aplicados en la protección, comunicación y entretenimiento

en control activo de ruido. Valdivia, Chile: Universidad Austral de

Chile.

Cekit S.A. (202). Curso Básico de Microcontroladores PIC. Cekit, 3-5.

149

Claret, A. (2015). Cómo hacer y defender una tesis. Caracas, Venezuela:

Grupo Impegráficas.

CircuitsToday. (2015). Classifications of Active Filters. Recuperado el 13 de

Noviembre de 2015 de CircuitsToday:

http://www.circuitstoday.com/tag/power-amplifiers

Clínica Universidad de Navarra (2015). Implante auditivo de conducción

ósea. Recuperado el 13 de Noviembre de 2015 de :

http://www.cun.es/material-audiovisual/infografia/implante-auditivo

Crovetto, M. (2015). Las Escalas Decibélicas: Decibelios SPL y decibelios

HL. Recuperado el 13 de Noviembre de 2015 de:

http://www.centroauditivocuenca.com/2013/12/12/las-escalas-

decib%C3%A9licas-decibelios-spl-y-decibelios-hl/

Díaz, J., & Mora, F. (2012). Dispositivo vibratorio portátil de recepción

musical para personas con discapacidad auditiva. Bogota, Colombia:

Universidad San Buenaventura.

Díaz, M. (2014). Hipoacusia: Taller de Formacion personal del IVSS.

Caracas, Distrito Capital, Venezuela.

Diaz, M. (2014). Widex aperturó nueva sede en Valencia para mejorar

atención del paciente auditivo. Recuperado el 13 de Noviembre de

2015 de Noticias24:

http://noticias24carabobo.com/entretenimiento/noticia/15031/widex-

aperturo-nueva-sede-en-valencia-para-mejorar-atencion-del-paciente-

auditivo/

Doménech, Á.(2010). Introducción a la adquisición, síntesis y procesamiento

del audio: Filtros y ecualizacion. Recuperado el 18 de Noviembre de

150

2015 de La Universidad Politécnica de Valencia:

http://www.disca.upv.es/adomenec/IASPA/

Fowler, R. (1986) . Electricidad : Principios y aplicaciones. Barcelona,

España: McGraw-Hill,Inc.

Garcia, Y. (2014). Definición de prototipo Recuperado el 18 de Noviembre de

2015 de Conceptodefinicion.de: http://conceptodefinicion.de/prototipo/

Gautschi, G. (2002). Piezoelectric Sensorics. Zurich: Springer.

Gómez, E. y. (2011). Manual Técnico de Sonido. Madrid: Ediciones Parainfo.

Gómez, E., & Cuenca, I. (2011). Manual Técnico de Sonido. Madrid:

Ediciones Parainfo.

Gómez, O. (2006). Audiología Básica. Bogota, Colombia: Universidad

Nacional de Colombia.

Instituto Nacional de Estadisticas de Venezuela. (2015). Censo 2011:

Personas según discapacidad: Auditiva. Recuperado el 10 de

Noviembre de 2015 del Instituto Nacional de Estadisticas de

Venezuela:

http://www.ine.gov.ve/index.php?option=com_content&view=category

&id=95&Itemid=9

Kamal, R. (2009). Microcontrollers: Architecture, Programming, Interfacing

and System Design. Patparganj,Delhi,India: Pearson Education.

Kite, T. (2012). Understanding PDM Digital Audio. Audio Precision, inc.

Labrin, V. (2011). Prueba de Rinne. Recuperado el 11 de Noviembre de

2015, de SlideShare: http://es.slideshare.net/Valelabr/prueba-de-rinne

Lara, L. (2014). Guía Básica para Sonidistas. Córdoba: Luis Lara.

151

López, A. (2002). Metodologia de la investigación contable. Ciudad de

Mexico: Ediorial Paraninfo.

Lopez, D. (1985). Gran enciclopedia de la electrónica. Madrid,España: Nueva

Lente.

Ly, J. (2013). The Evolution of Hearing aids. Recuperado el 23 de Agosto de

2015, de Prezi: https://prezi.com/rz9g1wxj3r0z/the-evolution-of-the-

hearing-aid/

Malepati, H. (2010). Digital Media Processing: DSP Algorithms Using C.

Burlington, USA: Newnes.

Martin, J., & Martin, F. (2010). Apuntes de electricidad aplicada a los buques.

San Vicente, España: Club Universitario.

Martínez, J. (2008). Procesamiento de voz en tiempo real empleando un

procesador digital de señales. Pachuca, Hidalgo, México: Universidad

autónoma del estado de Hidalgo.

MikroElectronika. (2015). Digital filter desing. Recuperado el 11 de

Noviembre de 2015 de www.mikroe.com:

http://www.mikroe.com/chapters/view/72/chapter-2-fir-filters/#id24.

NXP SEMICONDUCTORS (2014). UM10204 User Manual. Recuperado el 11

de Noviembre de 2015 de

http://www.nxp.com/documents/user_manual/UM10204.pdf

Olmo, J. (2007). Los dispositivos de comunicación inalámbrica y ayuda

auditiva. Recuperado el 17 de Noviembre de 2015 de la Universidad

de Santa Paula:

http://www.clinicasdeaudicion.com/pacientes_info/dispositivos_ayuda_

auditiva.pdf

152

OMS. (1980). Clasificación Internacional de Deficiencias, Discapacidades y

Minusvalías. Ginebra: Red de Habla Hispana en Discapacidades.

Pallas, R. (2004). Sensores y acondicionadores de señal. Barcelona,

España: Macombo.

PI-USA. (10 de Octubre de 2015). Flexible Piezo Transducers for Industry

and Research. Recuperado el 11 de Noviembre de 2015 de

http://www.piezo.ws: http://www.piezo.ws/piezo_products/Piezo-Patch-

Transducer/index.php

Precision Microdrives. (Octubre de 2015). Vibration Motors by Precision

Microdrives. Recuperado el 11 de Noviembre de 2015 de

Precisionmicrodrives: http://www.precisionmicrodrives.com/vibrating-

vibrator-vibration-motors

Revilla, H. (2011). Proyecto Factible. Obtenido de Proyecto Factible:

https://proyectofactible.wordpress.com/

Sallent, O., Valenzuela, J. & Agustí, R. (2003). Principios de comunicaciones

móviles. Barceloan, España: Universidad Politécnica de Catalunya.

Steiner, C. (2005). The 8051/8052 Microcontroller: Architecture, Assembly

Language, and Hardware Interfacing. Florida, USA: Universal

Publishers.

Tamayo, M., & Bernal, J. (1998). Alteraciones visuales y auditivas de origen

genético. Bogotá, Colombia: Ceja.

Universidad Pedagógica Experimental Libertador. (2003). Manual de trabajo

de grado de Especializacion, Maestría y Tesis. Caracas: Universidad

Pedagógica Experimental Libertador.

153

Venezuela, R. B. (1999). Constitución de la Republica Bolivariana de

Venezuela . Recuperado el 13 de Noviembre de 2015 de CNE:

http://www.cne.gob.ve/web/normativa_electoral/constitucion/indice.php

Vidal, F. (07 de Abril de 2011). Teoría De Fletcher y Munson . Recuperado el

09 de Octubre de 2015, de Scribd:

http://es.scribd.com/doc/52511218/Teoria-de-Fletcher-y-

Munson#scribd

Vidal, M. (2009). ¿Qué es un implante coclear? Recuperado el 19 de

Noviembre de 2015 de CLL en :

https://www.clinicalascondes.com/articulos_estaticos/implante_coclear

_nov2009.html

Yuni , J., & Urbano, C. (2005). Investigación Etnográfica Investigacion-

Acción. Córdoba: Editorial Brujas.

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.

Documents

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Diseño, Simulación Y Desarrollo De