Audiometría

Resumen

Los problemas de audición son comunes en la actualidad ya que para el año 2010, la discapacidad auditiva acaparó el 12.1 % de la población mexicana. Un método de exploración auditiva es la audiometría que consta de hacer una exploración en la conducción aérea y ósea para comprobar el estado actual del paciente. Con el uso del Procesador Digital de Señales se simulará el funcionamiento del audiómetro tonal.

Objetivos

Programar los circuitos periféricos del TMS320F28335 necesarios para simular las funciones del Audiómetro Tonal.

Usar el FPGA, DAC TLV5637, generador de señales, para ayudarse en la simulación de las funciones del Audiómetro Tonal

Trabajar eficientemente en el desarrollo del Audiómetro Tonal. Obtener conocimiento y habilidades, adquirir confianza, configurar registros

adecuadamente. Desarrollar una metodología de análisis y prueba parciales (por partes). Simular un Audiómetro Tonal a través de señales procesadas en el PDS con programación

en C.

Antecedentes

El audiómetro sirve para evaluar de forma rápida y fácil para orientar al paciente que tiene sordera. Existen dos tipos de audiometrías: la primera se trata de la audiometría tonal, la cual comprueba el conducto aéreo del sonido; la segunda es la audiometría ósea, que se encarga de evaluar la conducción ósea verificando con vibraciones al paciente.

La sordera se puede clasificar la sordera de distintas formas:

Pérdida auditiva neurosensorial, que es cuando deterioro en las células sensoriales en la cóclea.

Pérdida auditiva conductiva, que es cuando no se transmite adecuadamente en oído externo, u oído medio y puede pasar por perforación de la membrana o que los huesos no vibren.

Pérdida auditiva mixta, que es la combinación entre la pérdida auditiva neurosensorial y la pérdida conductiva; hay un poco de los dos tipos.

Pérdida retro coclear, que es cuando se deteriora el nervio auditivo por lo que no hay transmisión de la información al cerebro.

Hay distintas gráficas variadas en el Internet que refieren a gráficas como la Figura 1.1 donde se pueden verificar las pérdidas comunes por edad.

Figura 1.1 Audiograma tonal

El audiómetro es un aparato que mide la intensidad del sonido y la frecuencia del sonido y con estos valores se calcula el audiograma, que es una gráfica para medir los decibeles del sonido y las frecuencias del mismo. Se dice que hay distintas intensidades de pérdida y se ubican entre dos intensidades:

Sordera leve.- Entre 20 y 40 dB Sordera media 1er grupo.- Entre 40 y 50 dB Sordera media 2º grupo.- Entre 60 y 70 dB Sordera severa 1er grupo.- Entre 70 y 80 dB Sordera severa 2º grupo.- Entre 80 y 90 dB Sordera profunda 1er grupo.- Entre 90 y 100 dB Sordera profunda 2º grupo.- Entre 100 y 110 dB Sordera profunda 3er grupo.- Igual o superior a 110

Figura 1.2 Audiograma Tonal de sonidos conocidos.

Se dice que si el oído se encuentra entre una audición normal a leve, ya no se tiene que evaluar en una intensidad más alta. Sin embargo, si el paciente se encuentra con una sordera profunda, hay que evaluar hasta que se verifique qué tan mal se encuentra el paciente.

La audiometría ósea no es más que el mismo procedimiento que se hace con la audiometría tonal pero se usa un vibrador en vez de unos audífonos para transmitir las ondas.

Por otra parte, el uso de DSPs o procesadores digitales de señales es principalmente por su velocidad, la organización de memoria, el coste y las herramientas con las que se puede desarrollar el dispositivo y sirve para hacer las operaciones matemáticas con la señal digital.

Si comparamos un microcontrolador con un DSP, el DSP le gana al microcontrolador en cuestión de procesamiento. Sin embargo, el DSP existe para cuestiones más específicas por lo que cada que se selecciona un DSP, se tiene que verificar los requisitos de la aplicación ya que habría una diferencia en coste.

En este caso, se trabajará con el procesador TMS320F28335 de la familia C2000 de Texas Instruments. Este procesador es el elegido porque es sencillo de utilizar además de que cumple con los requisitos para el programa del Audiómetro Tonal.

Diagrama

Figura 1.3 Diagrama del proyecto

Figura 1.4 Diagrama a bloques del proyecto

Conexiones de puertos

Tabla de conexiones de puertosBotón Conector Posición del

jumperDispositivo o función habilitada

Frecuencias/Db ADC_JP5A [3 , 4] (alternativa)

Conecta ADC_A0 con la salida DacA, “OUTA” del DAC TLV5637A

Enmascaramiento ADC_JP5B [5 , 6] (alternativa)

Conecta ADC_B0 con la salida DacB, “OUTB” del DAC TLV5637 B.

DAC_JP7 [1 , 2] Conecta GPIO22 con SCLK del DAC TLV5637 D

Emitir frecuencias e intensidades escuchadas

Respuesta de usuario

Prender equipo

Seleccionar:• Frecuencia• Decibelios

Seleccionar:Izquierdo/Derecho.

Audiometría

DAC_JP7 [3 , 4] Conecta GPIO23 con CS del DAC TLV5637 D

DAC_JP7 [5 , 6] Conecta GPIO20 con DIN del DAC TLV5637 D. D Necesarios para utilizar el DAC.

I_JP8 [1 , 2] Habilita el driver de conexión entre el DSP y los leds A0..A3 y B0..B3.

I_JP9 [1 , 2] Habilita el driver de conexión entre el DSP y los leds A4..A7 y B4..B7.

Led frecuencia 1 I_JP14 [15 , 16] Conecta GPIO15 con el driver para el LED-A0.

Led frecuencia 2 I_JP14 [13 , 14] Conecta GPIO14 con el driver para el LED-A1






Led enmascaramiento I_JP14 [1 , 2] Conecta GPIO8 con el driver para el LED-A7.

Led decibel 1 I_JP13 [15 , 16] Conecta GPIO7 con el driver para el LED-B0

Led decibel 2 I_JP13 [13 , 14] Conecta GPIO6 con el driver para el LED-B1.



Led izquierda I_JP13 [7 , 8] Conecta GPIO3 con el driver para el LED-B4.

Led derecha I_JP13 [5 , 6] Conecta GPIO2 con el driver para el LED-B5.

Led error I_JP13 [1 , 2] Conecta GPIO2 con el driver para el LED-B7.

Switch on/off sonido I_JP12 [15 , 16] Conecta GPIO63 con el SW-A0.Switch on/off I_JP12 [13 , 14] Conecta GPIO62 con el SW-A1.Switch Audífono Izquierdo/derecho

I_JP12 [11 , 12] Conecta GPIO61 con el SW-A2.

Enmascaramiento I_JP12 [9 , 10] Conecta GPIO60 con el SW-A3Switch usuario I_JP12 [7 , 8] Conecta GPIO60 con el SW-A4

Botón F+ I_JP10 [7 , 8] Conecta GPIO26 con el PB0.Botón F- I_JP10 [5 , 6] Conecta GPIO25 con el PB1.Botón Db+ I_JP10 [3 , 4] Conecta GPIO24 con el PB2.Botón Db- I_JP10 [1 , 2] Conecta GPIO21 con el PB3.

Desarrollo

Existen distintos tipos de audiometría, entre ellos está la audiometría tonal. La audiometría de este proyecto será la tonal porque funciona de la misma forma que la audiometría ósea. La audiometría tonal se hace con la variación de frecuencias y de la intensidad de sonido.

Como en el audiograma de la investigación, se pretende evaluar con frecuencias aproximadas a 120, 250, 500, 1000, 2000, 4000, y 8000 Hz mientras que se pretende evaluar la intensidad de 0 a 120 decibelios con una diferencia de 10 dB.

El enmascaramiento a través de otra señal igual a la original en un segundo canal digital que indica el enmascaramiento del canal, donde se usará la salida B del DAC. Referente a la salida de enmascaramiento, es dependiendo de la condición del paciente. Por ejemplo, si el paciente tiene su mínimo en 500 Hz y 50 Db, se tendría que generar en el oído alterno una señal de ruido.

Se pedirá al usuario mover switch en caso de que escuche el sonido, en caso contrario no debe moverlo.

Se pretende ir verificando cada frecuencia y decibelio con LEDs y otro apartado para verificar si es el audífono derecho o izquierdo.

En el caso de las frecuencias, se visualizará en los LEDs la frecuencia que se esté utilizando. Por ejemplo el último LED sería para una frecuencia de 8000 Hz. Para los decibelios, sucede lo mismo, si se requiere un nivel de 30 dB se prenderán conforme aumente los cuatro LEDs, siendo la combinación 0000 la que hace la combinación de 10 dB y 1011 la combinación de 120 dB.

Se usará un switch para verificar el oído que estamos escuchando y un switch para prender y apagar el equipo.

Código

Para iniciar con la explicación del código, primero vamos a enfatizar que éste se divide en funciones, cada función tiene el nombre de lo que hace. El código se va a explicar en base a éstas funciones.

Las primeras funciones que se van a explicar son las que tienen que ver con el DAC ya que es quien proporciona la función en sí.

Como se ha mencionado, se tienen que obtener frecuencias de 125,250,500,1000,2000,4000,8000 Hertz y de la misma forma se tienen que obtener intensidades de sonido de 10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110 y 120 dB.

Vamos a ejemplificar una función ya que las demás funcionan de la misma manera solamente que con distinto número de muestras. Cabe mencionar que también se movió el PLL a diferencia de la práctica 8 donde no necesitamos modificar la frecuencia.

La función DAC_2K() tiene una señal muestreada, la cual se transmite al DAC los datos mediante el McBSP, en cuanto está listo el puerto para transmitir, se envía el comando para decirle al DAC que van a enviar datos y la información de la señal se guarda en un registro.

La señal del DAC tiene una referencia de 2 V por lo que en base a ésta se determina la escala de los decibelios establecidos con 12 distintas amplitudes.

El DAC tiene una fórmula predefinida 2 (2.048)*CODE/0x1000[v] donde CODE va a ser la señal convertida a 10 bits.

Una variable importante que hay que destacar es volumen ya que éste es quien modifica la amplitud de la señal desde 10 hasta 120 dB simulados con 12 distintas amplitudes.

El código está comentado para más detalles.

void DAC_F2k(void){

int i,j=0;int l;//200 muestras para que el reloj de los 2K que quiero para generar

mi señal de sonidoUint16 sin2k[40] ={512, 592, 670, 744, 812, 873, 925, 967,998, 1017, 1023, 1017, 998, 967, 925, 873, 812, 744, 670,592, 512, 432, 354, 280, 212, 151, 99, 57, 26, 7, 1,7, 26, 57, 99, 151, 212, 280, 354, 432}; for(l = 0; l < 40; l++) sin2k[l] = sin2k[l]/volumen;

//Auxiliar: para ayudar a pasar los datos por MCBSPUint16 aux;while(1){ if(McbspaRegs.SPCR2.bit.XRDY == 1){ //Protocolo de Mcbsp: Si

es 1, está listo para transmitirMcbspaRegs.DXR1.all = 0xD001; // DXR1 // Set

reference voltage to 2.048V (CONTROL register)break;

}}i = 0;while (1){

/* 2 REF*CODE/0x1000[V] * 2 (2.048)*CODE/0x1000[v]The output voltage (full scale determined by reference) is given by:Where REF is the reference voltage and CODE is the digital input value in the range 0x000 to 0xFFF. Because it is a 10-bit DAC, only D11 to D2 are used.D0 and D1 are ignored. A power-on reset initially puts the internal latches to a defined state (all bits zero)*/

aux = (Uint16)sin2k[i] & 0x03FF;//Esta con una amplitud de 1023 bits = 3FF

//El valor 0x03FF puede llegar hasta FFFaux = aux << 2; //Se recorre dos lugares porque los 2 primeros bits son default //D1-D0 = 0x00 <<2aux = aux | 0xC000; // //Write new DAC A value and update DAC A output

while(1){ if(McbspaRegs.SPCR2.bit.XRDY == 1){//Verificar si está listo para transmitir

McbspaRegs.DXR1.all = aux; // envia los datos del DACbreak;

}}i++;

if(i >= 40){ //Repite la señal 200 veces para que suene solamente por un tiempo

i=0;j++;if (j==200){// Cuando se muestrea la señal del seno a 200

j=0;break;

}}}}

La función Func_On_Off() sirve para conmutar entre prendido y apagado mediante una bandera llamada banderaon. Banderaon hace que la Func_Apagar() y la Func_Prender() estén cambiando dependiendo si tiene un valor 0 o un valor 1.

Se llaman las demás funciones dentro de banderaon=1 pero lo separamos para poder diferenciar las funciones en el reporte.

void Func_On_Off(void){int b0= dips('a',1);//dip switch if(b0==0){//Si botón se presiona

banderaon= 0;//Cambio a apagado}else{

banderaon= 1; //Se queda prendido}if(banderaon==1){

Func_Apagar(); //LLamo a funcion apagadoif(h==0){ //Solamente requiero que se ejecute 1 vezDAC_F1k(); //por eso se crea la bandera hh=1; //la cambio de estado y no se va a usar} //hasta que entre a la funcion prender

}else{

Func_Prender();//LLamo función de prendidoif(h==1){ //Sucede exactamente igual que en la funcion

prendidoDAC_F2k();h=0;}

}}

La función Frecuencias_Audiometro() es la más compleja realizada en la práctica ya que es quién empieza a diferenciar las frecuencias establecidas en cada función. Las frecuencias aumentan o disminuyen dependiendo del número de veces que se presione un botón. Tomamos en cuenta que solamente va a haber 7 frecuencias establecidas desde 125 hasta 8K por lo que una de las condiciones es para obtener la frecuencia deseada. Además por cualquier cosa, se selecciona un switch que nos ayuda a prender y a apagar las señales de sonido para que al usuario que toma las medidas para el audiograma pueda realizar las pruebas con mayor facilidad.void Frecuencias_Audiometro(void){

int b0,b1; //botonesint dato;b0 = botones(0);b1 = botones(1);dato = dips('a',0);

if(b0==0 && j<=6){//Si botón se presionaj++;//Se suma 1 hasta que llegue a frecuencia maxima

}else if(b1==0 && j>=0){

j--;//Se resta 1 hasta que llegue a frecuencia minima}else if(j<0){

j=0;}else if(j>6){

j=6;}else{

j=j; //Si no se presiona, se queda igual}if(j<=6 && j>=0){ //Solamente se queda entre los rangos 0 y 6

porque hay //7 frecuencias

for(banderaled=0; banderaled<=6; banderaled++){if(banderaled == j){ //Se prenden los leds para verificar qué

//frecuencia se está escuchandoleds('a', j, 1);DelayUs(10000);}

elseleds('a', j, 0);

}if (dato==0){ //Verificamos el switch para ver si está

prendidoswitch (j){ //Se selecciona la frecuencia con el

switch-casecase 0:

DAC_F8k();break;

case 1:DAC_F4k();break;

case 2:

DAC_F2k();break;

case 3:DAC_F1k();break;

case 4:DAC_F500();break;



default:break;

}}

}else{//Si se sale de las 7 frecuencias, se prende led para avisar

leds('b', 7, 1);DelayUs(10000);leds('b', 7, 0);

}

}

Para el caso de las amplitudes de la señal, se utilizó la función Amplitudes_Audiometro(). En esta función se usa una variable global llamada Volumen. La variable cambia las amplitudes de todas las señales. Además se ponen los leds pertinentes para cada condición.

void Amplitudes_Audiometro(){

int b2,b3; //botonesb2 = botones(2);b3 = botones(3);if(b2==0 && banderam<=6){//Si botón se presiona

banderam++;//Se suma 1 hasta que llegue a decibel maximoDelayUs(100000);

}else if(b3==0 && banderam>=0){

banderam--;//Se resta 1 hasta que llegue a decibel minimoDelayUs(100000);

}else if(banderam<0){

banderam=0;}else if(banderam>6){

banderam=6;}else{

banderam=banderam; //Si no se presiona, se queda igual

}

switch(banderam){case 0:

volumen = 10;leds('b',0,1);leds('b',1,0);leds('b',2,0);leds('b',3,0);break;

case 1:volumen = 20;leds('b',0,0);leds('b',1,1);leds('b',2,0);leds('b',3,0);break;






case 7:volumen = 80;leds('b',0,0);

leds('b',1,0);leds('b',2,0);leds('b',3,1);break;





default:volumen = 10;leds('b',0,1);leds('b',1,1);leds('b',2,1);leds('b',3,1);break;

}

}

La función Func_mask() opera intercalando señales del DACA y DACB para que se produzca un sonido. Sin embargo, esta función trajo problemas que se comentaran en las conclusiones.

La respuesta del usuario se envía mediante la consola para verificar que el usuario esté o no esté escuchando los sonidos generados mediante las señales.

Por último está la función principal Audiometro(). La función hace el papel de main() ya que se declara para que haga la lógica principal.

void Audiometro(void){

int onoff = dips('a',1);int izqder = dips('a',2);int maskon = dips('a',3);int user = dips('a',4);

if (onoff==1){ //Prendido o apagadoif (maskon==0){ //enmascaramiento prendido o apagado

if(izqder==1){ //audífono izq o derechovalorMcBSP=0xC000; //izquierdoleds('b',4,1);leds('b',3,0);

}else{

valorMcBSP=0x4000; //derecholeds('b',3,1);leds('b',4,0);

}Frecuencias_Audiometro();

//DAC_F125();Amplitudes_Audiometro();}

}else{

Func_mask();//prende ambos audifonos}

else {

//nothing }}

Imágenes

Fig 1.4 Medida de señal de 125 Hz

Fig 1.7 Medida de señal de 1 KHz



Fig 2.0 Medida de Vpp 42mV

Fig 2.1 Medida de Vpp 44mV

Fig 2.2 Medida de Vpp 68 mV

Conclusiones

Las funciones fueron probadas separadamente por lo que se puede revisar que funcionan correctamente. A la hora de hacer la unión hubo problemas porque las amplitudes variaban en comparación a lo que ya se tenía. Un dato más es que el reloj principal es de 30 MHz. Sin embargo, cuando se hizo la prueba de la práctica no 7, que es la que juega con los escaladores (PLL,LOSPCP, MCBSP) no mostraba la frecuencia deseada por tanto decidimos establecer la frecuencia en función del número de muestras.

Las amplitudes se varían en base a una referencia de 2V por lo que se obtienen señales muy pequeñas que requieren de un amplificador para representar correctamente los decibelios.

Un detalle más es que el TLV5637 se comunica rápido pero no al mismo tiempo por lo que la señal del audífono derecho está distinto tiempo que el audífono izquierdo más no se nota tanto porque es un pequeño tiempo, y al intentar comunicarlos al mismo tiempo, la programación no fue la correcta porque daban la misma amplitud y frecuencia en ambas señales.

El usuario selecciona si escucha o no la frecuencia y el médico, técnico o persona que está realizando la prueba es quien debe definir qué está escuchando o qué no debido a que solamente se envía cual señal se escucha y cual no pero el audiograma lo deberían dibujar los técnicos y en base a eso determinar si existe una enfermedad o no en el paciente.

En conclusión, los procesadores digitales de señales sirven para aplicaciones más especificas y nos ayudan mucho en la cuestión de multiplicaciones y sumas por lo que podemos agradecer la velocidad que manejan ya que a pesar de que se manejan bastantes muestras, las señales siguen saliendo en tiempo real.

Referencias

[1] R. Pujol, P. Gil-Loyzaga, S. Blatrix, S. Le Merre y B. Chaix, «Viaje al mundo de la audición,» NeurOreille, 2009. [En línea]. Available: http://www.cochlea.eu/es/exploracion-funcional/metodos-subjetivos. [Último acceso: 20 10 2015].

[2] E. Barranco, «Slideplayer,» 07 10 2011. [En línea]. Available: http://slideplayer.es/slide/117253/. [Último acceso: 21 10 2015].

[3] A. Naranjo, «Audiología didáctica para estudiantes,» Blogger, 09 2014. [En línea]. Available: http://audiologiaacademica.blogspot.mx/2014/09/audiometria-busqueda-de-umbrales_30.html. [Último acceso: 21 10 2015].

[4] Anónimo, «Las cualidades del sonido,» Oscrove, [En línea]. Available: https://oscrove.wordpress.com/teoria-musical/el-sonido/las-cualidades-del-sonido/. [Último acceso: 22 10 2015].

[5] D. Maggiolo, «Enmascaramiento,» Eumus, [En línea]. Available: http://www.eumus.edu.uy/docentes/maggiolo/acuapu/enm.html. [Último acceso: 22 10 2015].

[6] Escuela de Medicina, «Apuntes Otorrino,» [En línea]. Available: http://escuela.med.puc.cl/paginas/publicaciones/apuntesotorrino/audiometria.html. [Último acceso: 22 10 2015].

[7] M. Olmo y R. Nave, «Ecualización,» [En línea]. Available: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/audio/equal.html. [Último acceso: 22 10 2015].

[8] M. Olmo y R. Nave, «Intensidad del Sonido,» [En línea]. Available: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/sound/intens.html. [Último acceso: 22 10 2015].

[9] Centro auditivo Cuenca, «Trastornos de la audición: Hipoacusia, autofonía, paracusia, algiacusia y presbiacusia,» Centro auditivo Cuenca, 17 04 2013. [En línea]. Available: http://www.centroauditivocuenca.com/2013/04/17/trastornos-de-la-audici%C3%B3n-hipoacusia-autofon%C3%ADa-paracusia-algiacusia-y-presbiacusia/. [Último acceso: 22 10 2015].

Audiometría

Documents

Transcript of Audiometría