ES2245203B2 - Transductor acustico optico electronico de visualizacion de sonidos para personas sordas. - Google Patents
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Abstract
Transductor acústico óptico electrónico de visualización de sonidos para personas sordas. Se trata de un sistema portátil ideado para presentar a un discapacitado auditivo información acerca de su entorno acústico, presentación que se hace de forma visual mediante un dispositivo de reducido tamaño acoplado a una montura de gafas y de forma que no se interfiera con la visión normal. El dispositivo es capaz de indicar la dirección de origen de la fuente sonora, la potencia de ese sonido y también informa de las frecuencias que componen dichos sonidos (graves, agudos...). Toda esa información se plasma de forma gráfica para que el usuario la reciba en tiempo real. Esas características vienen integradas en unas gafas con un visor especial semitransparente, que permite al usuario ver normalmente a través de ellas y recibir la información del sonido sin perder campo visual. Así el usuario conociendo los sonidos que lo rodean podrá reaccionar dependiendo de las características de la fuente sonora.
Description
Transductor acústico óptico electrónico de
visualización de sonidos para personas sordas.
Dispositivos para compensar la sordera.
La sordera es un tipo de incapacitación
sensorial que limita, de forma importante a quien la padece, la
posibilidad de interactuar con su entorno. La etiopatogenia o
fisiología de la sordera puede tener varios niveles: a) Alteración
de los medios de transmisión del sonido en el oído. b) Alteración de
los sistemas neuronales de codificación, procesamiento o
integración de la información sonora.
La solución a este problema de la sordera
depende de la existencia de restos de capacidad auditiva. Si estos
existen se puede utilizar dispositivos electrónicos para amplificar
o modificar la información sonora, con objeto de ser percibidos por
las personas con sordera. Cuando no existe la capacidad de percibir
las vibraciones sonoras procedentes del exterior por causas
congénitas o adquiridas, es necesario utilizar medios
medico-quirúrgicos entre los que se encuentra el
implante coclear. Este tipo de implante no constituye una solución
completa al problema de la sordera ya que permite percibir sonidos
pero con limitaciones importantes, no siendo posible, por ejemplo,
interpretar una conversación hablada.
La imposibilidad real de detectar y localizar
las fuentes sonoras en el espacio conllevan riesgos para la
integridad física del discapacitado. En este sentido, un sordo
circulando por la vía pública no puede detectar la presencia de un
peligro potencial como un automóvil en movimiento si este está
localizado fuera de su campo visual. Por otro lado, la sordera le
incapacita para percibir sonidos que normalmente avisan o generan
información del entorno cercano, como por ejemplo el sonido de un
teléfono o del timbre de la puerta, haciéndole dependiente de la
presencia de otros para su vida cotidiana.
El transductor acústico óptico electrónico de
visualización de sonidos, objeto de la presente invención, es una
herramienta para las personas sordas, que mejora sus posibilidades
de interacción con el entorno y con otras personas, lo cual se
traduce en beneficios tanto en su vida privada como en el entorno
profesional. Concretamente se trata de un sistema portátil ideado
para presentar a un discapacitado auditivo información acerca de su
entorno acústico, presentación que se hace de forma visual mediante
un dispositivo de reducido tamaño acoplado a una montura de gafas y
de forma que no se interfiera con la visión normal. Se trata, por
tanto, de un transductor sensorial que permite en alguna medida
sustituir el sentido del oído por el de la vista, esto es "oír con
los ojos". El sistema portátil, que incluye la captación de
sonidos, su procesamiento y finalmente la presentación visual de
información, podría considerarse como unas gafas para
sordos. Se pretende así ayudar a los discapacitados auditivos a
aumentar su calidad de vida y reducir riesgos potenciales de
accidentes debidos a la sordera.
El dispositivo es capaz de indicar la dirección
de origen de la fuente sonora, la potencia de ese sonido y también
informa de las frecuencias que componen dichos sonidos (graves,
agudos...). Toda esa información se plasma de forma gráfica para que
el usuario la reciba en tiempo real. Esas características vienen
integradas en unas gafas con un visor especial semitransparente,
que permite al usuario ver normalmente a través de ellas y recibir
la información del sonido sin perder campo visual. Así el usuario
conociendo los sonidos que lo rodean podrá reaccionar dependiendo de
las características de la fuente sonora.
Además, el sistema permite que el usuario
aprenda a ver sonidos, siendo capaz de identificarlos y
distinguirlos entre sí. Todo ello sin estar reñido con la sencillez
de la interfaz de visualización; lo cual permite que un usuario
saque el máximo partido que sea capaz al dispositivo sin quedar
abrumado por una excesiva cantidad de información recibida.
Existe una serie de documentos de patentes que,
en cierto modo están relacionados con la presente invención, de los
que recogemos a continuación los más significativos:
- \bullet
- Patente US5020216, "Ayuda visual para los deficientes auditivos" de NASA, consiste en un sistema electrónico multicanal de ayuda visual que es capaz de indicar al usuario si el sonido viene desde la izquierda o derecha, del frente o de atrás, o de todas direcciones. Gracias al número de canales que operan por parejas, el sonido es capturado par uno de los micrófonos y amplificada y rectificado para convertirla en un voltaje DC. La señal de tensión se introduce en un conversar analógica digital y se pasa a un codificador digital. El numero binario del codificador se introduce en un circuito lógico donde el código es descodificado para proporcionar una variedad de voltajes de salida, los cuales son usados para controlar un circuito que, por turnos, va mostrando un indicador visual de los niveles de sonido recibidas. Los códigos binarios de cada par de canales son también introducidos en un comparador digital. La salida del comprador se usa para habilitar la circuiteria lógica de visualización de los das canales. Por ejemplo, si la señal que viene de la derecha es mas fuerte que la que viene desde la izquierda, el circuito del canal derecha será activado y también su correspondiente indicador, indicando que la fuente de sonido esta en la derecha. Una indicación del volumen también es proporcionada. Un sistema de los descritos puede ser llevado por un deficiente auditivo o un sordo. Este dispositivo será introducido en unas gafas o una gorra. Otro sistema en el que se podría integrar el sistema puede ser en un vehículo para dar alarmas a un conductor deficiente auditivo, con una indicación direccional, indicando que un vehículo de emergencia esta en las proximidades. En esta segunda integración, el vehículo de emergencia transmitirá una señal RF que seria usada cama una habilitación para el sistema de ayuda visual para evitar falsas alarmas debidas al tráfico u otros sonidos en la cercanía del vehículo.
- \bullet
- Patente DE3919049 "Gafas con ayuda integral a sordos, control de volumen - con indicador visual de sonido acústico medidos por micrófonos integrales o separados" de Agustín Hans-Ulrich consiste en unas gafas que contienen un indicador electro óptico con al menos un LED ("light emitting diode", diodo emisor de luz) y un dispositivo de medida del voltaje del sonido. La medida y/o el dispositivo indicador pueden ser controlados por un microcontrolador. El dispositivo de medida puede contener un transductor electro acústico, por ejemplo un micrófono, cuya energía eléctrica es una medida del volumen del sonido, y una conexión eléctrica para el micrófono, que lleva separada de las gafas y sólo se conecta a ellas mediante un cable. Se usa especialmente para controlar el volumen de la voz de los sordos de forma sencilla.
- \bullet
- La patente: US3831434 "Métodos y aparatos para la visualización de imágenes de ondas sonoras y utilizaciones prácticas" de Vari Light Corp consiste en un dispositivo que emplea una célula pieza-eléctrica que tiene una fina capa de cristal líquido alineado que se ilumina por una luz polarizada y visualiza, a través de un analizador de polaridad, lo que permite dar una imagen visual en color en tiempo real del patrón de la onda incidente. El patrón de la banda sonora es típicamente una imagen acústica de un objeto sin sonido, el dispositivo es útil en pruebas no destructivas en la industria y la medicina. El patrón de la banda acústica también puede ser la voz humana (útil para enseñar a hablar a los sordos) y música (para una agradable e informativa visualización del sonido musical). Utilizando una anda acústica como referencia, este dispositivo puede ser utilizado para obtener una imagen holográfica.
- \bullet
- La patente WO02067627 "Dispositivos de escucha que puede ser construidos en la parte lateral de unas gafas" de Bommer Paul y Audifon AG describe un dispositivo de audición que puede ser construido en el lateral de unas gafas, donde los componentes acústicos electrónicos necesarios son combinados para formar un reducido y alargado dispositivo de audición. El dispositivo de audición esta integrado en al menos un lateral y está colocado entre la bisagra delantera del lateral de la gafa y la curva final del lateral en el lugar de la oreja. La forma reducida y alargada del dispositivo de audición resulta apropiada para ser producida como un modulo. La percepción visual del dispositivo goza de un alta grado de aceptación por parte del que lo utiliza. La forma del dispositivo auditivo esta diseñada de tal forma que los ruidos perjudiciales debidas a interferencias de bajadas de pendientes o a quitarse las gafas no se amplifican.
- \bullet
- La patente JP2001290113 "Gafas" de Kenwood Corp tiene como objeto proporcionar unas gafas con micrófonos direccionales que no introduzcan campos electromagnéticos para evitar interferencias con otros dispositivos electrónicas y pueda capturar sonidos discriminando los de distintas direcciones. Para ello, las gafas están montadas con un conjunto de conversores acústico eléctricos bidirectivas que están formados utilizando los elementos de un micrófono óptico fabricado basándose en LEDs y receptares de luz. Los LEDs son dirigidos hacia los diafragmas y se recibe la luz reflejada desde estos diafragmas en los receptores de luz, detectándose así vibraciones acústicas que producen desplazamientos en el diafragma.
La patente US5020216 consiste simplemente de un
sistema que trata de indicar de manera muy elemental el origen de
las fuentes sanaras, sin aportar ninguna información sobre el tipo
de sonido. Se trata prácticamente de una localización analógica
partiendo de la comparación de amplitudes de das señales, sin tener
en cuenta problemas cama el eco. Sala da información de la fuente
sonora de mayor volumen. Otro punto totalmente distinto es la
interfaz de visualización, se utilizan cuatro LEDs para indicar los
4 puntos cardinales, y otras para indicar el volumen. Nuestro
dispositivo realiza una representación grafica completa del sonido,
indicando parámetros adicionales cama el espectro, la posición can
una resolución de 150, la variación de amplitud en función del
tiempo, siendo capaz de trabajar con múltiples fuentes sonoras
simultáneamente.
En la patente DE3919049, el objetivo final del
producto es distinto del de la presente invención, aunque se
utilicen ideas generales comunes. El producto de esta invención,
puede cumplir las funciones del reseñado en la patente alemana pero
va más allá, permitiendo la localización y el análisis de las
fuentes sonoras externas.
A diferencia de la patente US3831434, el objeto
de la presente invención es un sistema portátil para la
localización de sonidos, y una vez localizadas permitir su
descripción como ayuda a la identificación de sonidos. El descrito
en la patente US3831434 esta basado en la descripción de sonidos en
entornos médicos o educacionales y no los trata de localizar en
ningún momento.
La patente WO02067627 sólo se parece a la
presente invención en la integración de electrónica en unas gafas,
la utilización de la electrónica es totalmente distinta: en un caso
es para la amplificación de sonidos, mientras que en esta invención
se trata de la visualización de estos sonidos, representando en las
gafas los sonidos indicadas.
Finalmente, la patente JP2001290113 sólo
coincide con la presente invención en la montura sobre las
gafas.
El dispositivo cuenta con tres o más micrófonos
instalados en la montura de unas gafas convencionales. Dichos
micrófonos se utilizan para captar los diversos canales de audio
para ser utilizados durante las etapas posteriores. Se trata de
micrófonos omnidireccionales situados, dentro de lo posible, en
posiciones equidistantes en una circunferencia imaginaria que rodea
la cabeza del usuario en un plano horizontal a la altura de los
oídos.
La información capturada por cada uno de estos
micrófonos se digitaliza utilizando un conversar analógica digital
y se introducen los datos capturados en un sistema embebido que es
el encargado de procesar las señales. El sistema embebido es un
pequeño ordenador que puede llevarse en un bolsillo o colgado del
cinturón, a conveniencia del usuario. Dicha aparato se encarga de
utilizar los diversos canales de audio para determinar las fuentes
de sonido más significativas y obtener su localización espacial.
Para ello se aplican una serie de algoritmos convencionales, en
tiempo real, que permiten la localización de varias fuentes sonoras
can un errar menor de 15°, aislando, además, los sonidos
provenientes de cada fuente y analizarlos para determinar las
caracteristicas más significativas de los mismos. Entre dichas
características está la intensidad del sonido y sus componentes en
frecuencia.
Toda esta información se utiliza por el
dispositivo para obtener una representación visual del sonido. El
dispositivo cuenta con diferentes formas de representación, cada
una de las cuales se ajusta a las diferentes entornas en las que
pueda encontrarse el usuario: en la vía pública, en el hogar, etc.
En algunos casos dichas representaciones se pueden combinar para
ajustarse a las necesidades de los usuarios.
En la forma más sencilla de representación, pero
que es la que requiere mayor aprendizaje, la posición de un pixel
en la vertical se corresponde con una banda de frecuencias; mientras
que la posición horizontal es la localización espacial del sonido en
azimut. Los pixeles toman diferentes calores para representar la
intensidad del sonido en una determinada frecuencia y posición
espacial. La potencia de esta forma de representación está en la
cantidad de información útil expuesta, aunque resulta un tanto
compleja de asimilar.
Una forma algo más elaborada de representación,
parte de la suposición de que la pantalla representa el entorno en
que se mueve el usuario, estando éste situado en el centro. Así,
las fuentes sonoras se representan como imágenes y el ángulo con que
se representan con respecto al centro indica el ángulo de
procedencia del sonido (azimut). La imagen elegida para la
representación de una fuente sonora es una gaussiana, La potencia
del sonido viene modulada par el tamaño de la gaussiana: cuanta más
amplitud tenga el sonido, mayor será el área de la gaussiana y será
más llamativa para el usuario. La frecuencia viene representada en
bandas, dividiendo el espectro del sonido en varías trazas que se
representarán como bandas de colores que dividen la gaussiana. Así,
los colores fríos representan las frecuencias bajas (graves) y las
cálidos frecuencias más agudas, además, la ordenación de estas
bandas es siempre la misma, con lo que se puede ver en tiempo real
la localización de una fuente sonora y sus cambios en frecuencia.
Esta forma de representar el entorno gráfico permite resolver las
das necesidades que se buscan: por un lado la sencillez de
entendimiento, ya que la forma de representar los sonidos es
bastante intuitiva y fácilmente entendible por cualquiera, y por
otra una riqueza de información que puede ser muy útil tras el
necesario periodo de aprendizaje del usuario.
Ambas representaciones pueden combinarse con
elementos más complejos. El sistema puede detectar la presencia de
fuentes de sonido "criticas", coma sirenas o timbres, e
informar a través de un sistema de iconos. También puede detectar la
presencia de determinados fonemas difíciles de identificar en la
lectura de labios habladas. Esto permite desarrolla un sistema
automático de "palabra complementada" o "cued speech",
donde la presencia de dichas fonemas se indica a través de señales
visuales. En un último paso, es posible el reconocimiento completo
del habla, de forma que el usuario pueda "leer" lo que el
interlocutor le está diciendo.
El sistema no sólo genera una representación
visual del sonido. Es posible también combinarlo con otros sistemas
de estimulación táctil. De esta forma parte de la información
obtenida será asimilada por el usuario a través del sentido del
tacto.
El visor. La imagen generada es
transferida a un pequeño visor, no oclusivo, montado sobre las
gafas del dispositivo. El visor genera una imagen semitransparente
flotante sobre la visión normal de uno de los ojos del usuario. El
visor puede estar integrado en el propio cristal de las gafas, o
disponer de su propia óptica apoyada sobre una de las patillas de
las mismas.
Claims (7)
1. Transductor acústico óptico electrónico de
visualización de sonidos consistente en un sistema portátil apto
para presentar a un discapacitado auditivo información acerca de su
entorno acústico, de forma visual mediante un dispositivo de
reducido tamaño acoplado a una montura de gafas y de forma que no se
interfiera con la visión normal, caracterizado porque incluye
las siguientes etapas:
- 1.
- la captación de sonidos, mediante tres o más micrófonos, instalados en la montura de unas gafas convencionales, que captan los diversos canales de audio para ser utilizados durante las etapas posteriores
- 2.
- su procesamiento consistente en la digitalización de la información capturada en la etapa anterior, y
- 3.
- la presentación visual de información de forma que las fuentes sonoras se representan como imágenes y el ángulo con que se representan con respecto al centro indica el ángulo de procedencia del sonido (azimut).
2. Transductor acústico óptico electrónico según
la reivindicación 1, caracterizado porque a imagen elegida
para la representación de una fuente sonora es una gaussiana; la
potencia del sonido viene modulada par el tamaño de la gaussiana:
cuanta más amplitud tenga el sonido, mayor será el área de la
gaussiana y será más llamativa para el usuario; la frecuencia viene
representada en bandas, dividiendo el espectro del sonido en varías
trazas que se representarán como bandas de colores que dividen
la
gaussiana.
gaussiana.
3. Transductor acústico óptico electrónico según
las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la imagen
generada es transferida a un pequeño visor, no oclusivo, montado
sobre las gafas del dispositivo de forma que genera una imagen
semitransparente flotante sobre la visión normal de uno de los ojos
del usuario.
4. Transductor acústico óptico electrónico según
la reivindicación 3, caracterizado porque el visor está
integrado en el propio cristal de las gafas.
5. Transductor acústico óptico electrónico según
la reivindicación 3, caracterizado porque el visor dispone
de su propia óptica apoyada sobre una de las patillas de las
mismas.
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