ES2593076B2 - Dispositivo audiófono de ecualización audiométrico para la corrección de la escucha - Google Patents

Abstract

Dispositivo audiófono de ecualización audiométrico para la corrección de la escucha.#Un audiófono (2) para la ecualización audiométrica y corrección de la escucha, que está conectado entre un equipo reproductor de sonido (1), mediante un cable de conexión (6), y un conjunto de auriculares (3), mediante un cable de conexión (7), y comprende un procesador digital de señal (22) que, a su vez, comprende:#- tres etapas de ecualización en cascada: una primera etapa de ecualización (210) del equipo reproductor de sonido (1), una segunda etapa de ecualización (230) de un sistema de audiometría (4) y una tercera etapa (250) de ecualización del conjunto de auriculares (3);#- un módulo de comunicación (260) para recibir al menos una respuesta al impulso inversa del sistema de audiometría (4) que se usa en la segunda etapa de ecualización (230) para corregir la escucha.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo audiofono de ecualizacion audiometrico para la correction de la escucha OBJETO DE LA INVENCION

La presente invention se relaciona, en general, con el audio, con todos los derivados de aplicacion de la reproduction sonora y, mas en concreto, con la captura de la espacialidad del campo sonoro y la reproduccion biaural. Algunos ejemplos son: industria musical, postproduccion, cine, videojuegos, multimedia, smtesis de espacios sonoros, mezcla con auriculares, etc.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Los audifonos son dispositivos electronicos que sirven para que las personas con hipoacusia escuchen mejor, tengan una mejor comunicacion y mejoren su calidad de vida. Los audifonos estan pensados principalmente para personas con disfunciones severas de audition con el proposito de mejorar la perception auditiva en las frecuencias medias de audio, donde se concentra la energia de las senales de voz que lleguen via aerea al canal auditivo. Incorporan todos los elementos necesarios para realizar este proceso: microfono, amplificador de microfono, sistema compensador o ecualizador, amplificador de audio y auricular. Un audifono es un sistema de dimension muy reducida (todos los elementos estan integrados en un unico dispositivo), acoplado perfectamente en la entrada del canal auditivo. El sistema compensador o ecualizador de la disfuncion auditiva es un sistema digital de senal basado en un chip Procesador de la Senal Digital (DSP, Digital Signal Processor) que incorpora el algoritmo digital encargado de realizar una determinada ecualizacion. Esta ecualizacion depende de la respuesta de audiometria del sujeto, realizada segun el estandar ISO 8253-1 (hasta los 8 kHz). Sin embargo, es imposible usar audifonos cuando la escucha procede, via auriculares, de senales de dispositivos de audio (telefonos, reproductores multimedia, etc.). En estos casos, no obstante, es posible mejorar la audicion con un simple aumento del volumen y, en el mejor de los casos, utilizando algun tipo de ecualizacion (control de graves, agudos y frecuencias medias) en el propio reproductor de audio, pero en ningun caso, los audifonos existentes pueden corregir la respuesta auditiva, puesto que este tipo de compensation no deja de ser una mera aproximacion a lo que deberia ser una respuesta ecualizadora exacta de acuerdo a la respuesta audiometrica de la persona.

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Los sistemas o equipos de reproduction de audio y los auriculares han avanzado hasta el punto en el que se puede considerar que obtienen un sonido "natural”; sin embargo, ninguna de las soluciones existentes ha sido capaz de conseguir que escuchemos lo que realmente se quiere que escuchemos porque las diferencias fisiologicas entre los personas hace que dispongamos de un sistema de audicion biaural diferente, lo que ninguna de las soluciones conocidas tiene en cuenta. Se podria decir que todas las soluciones hasta ahora asumen un sistema de audition biaural estandar y perfecto por parte del oyente. En definitiva, la "transparencia” de los sistemas tecnologicos queda empanada por la "opacidad” de nuestra respuesta auditiva.

Por muy perfectos y precisos que sean los sistemas de reproduccion de sonido, altavoces y auriculares, no existe ninguna garantia de que escuchemos de forma optima debido a la particularidad de nuestro propio sistema de audicion biaural. Estas particularidades o capacidades de las que disponemos para escuchar los sonidos se describen mediante la audiometria (estandar ISO 8253-1). Las curvas audiometricas estan relacionadas con la manera en la que percibimos la variation de los sonidos de acuerdo con el volumen o fuerza (intensidad) y con la velocidad de vibration de las ondas sonoras (tono o frecuencia). Las curvas audiometricas de cada individuo son unicas y "distorsionan” el sonido que llega al sistema auditivo segun sus propias particularidades

El problema tecnico objetivo que se presenta es pues proveer un audifono que permita disponer de sistemas de audio de escucha personalizada donde cada sujeto pueda escuchar de forma optima, independientemente del sistema de reproduccion de sonido y de escucha (sistema de auriculares) del que el sujeto disponga.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

La presente invention sirve para solucionar el problema mencionado anteriormente, resolviendo los inconvenientes que presentan las soluciones comentadas en el estado de la tecnica, mediante la insertion en la cadena de audio de un audiofono, entre el reproductor y los auriculares, de un dispositivo de procesado digital de senal que realiza la compensacion- ecualizacion de la audicion de acuerdo a unas curvas audiometricas obtenidas previamente del sujeto. Para que la insercion del audiofono resulte apropiada provee por un lado de un cable de conexion de audio TRS miniatura estereo macho y por el otro de un conector TRS

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miniatura estereo hembra donde se inserte el cable de conexion de audio proveniente del sistema de auriculares.

El termino audiofono es sinonimo de aud^fono pero se usa en la presente invention para matizar la aplicacion que tendra.

La presente invencion se refiere a un dispositivo de ecualizacion audiometrico para la correction de la escucha implementado como un audiofono exoaural, i.e., que va por fuera del pabellon auditivo y no se introduce en el canal auditivo, en contraste con los conocidos audifonos intra-aurales que van dentro del canal auditivo. El audiofono exoaural que se propone no se limita unicamente a personas con disfuncion auditiva severa, como lo hacen los actuales audifonos, sino que se generaliza de forma universal para cualquier sujeto que disponga de su respuesta audiometrica en todo el margen de frecuencias de audio (no solo de voz) hasta los 16 kHz (estandar IEC 60645-4). El audiofono exoaural propuesto es capaz asi de corregir la perception auditiva del sujeto, por ligera que sea, para tener la mayor calidad de audio.

Ademas, el audiofono de la invencion, que se interconecta (externa o internamente) a un equipo reproductor de audio y unos auriculares de escucha (pudiendo estar, en posibles realizaciones, integrado en cualquiera de ellos: reproductor o auriculares), incorpora unos algoritmos correctores para compensar posibles deficiencias en la respuesta del reproductor de audio y en la respuesta de los auriculares. La presente invencion "altera” el sonido que sale de un reproductor (analogico o digital) de manera inversa a las curvas audiometricas de un individuo para corregir o ecualizar su "distorsion”, quedando asi corregidas las deficiencias del sistema reproductor de audio y los auriculares de escucha a los que se conecta. De esta manera, el sonido que el usuario percibe es exactamente el sonido reproducido y no el sonido distorsionado por su sistema auditivo, caracterizado mediante sus curvas audiometricas personales, con lo que cualquier sujeto puede percibir la senal de audio con la maxima fidelidad posible.

Un aspecto de la invencion se refiere a un audiofono, que es acoplable entre un equipo de reproduction de sonido y un conjunto de auriculares (por ejemplo, mediante la conexion por cable del audiofono al reproductor de sonido y de otro cable del audiofono a los auriculares), y el audiofono comprende un procesador digital de senal con los siguientes medios:

- tres etapas de ecualizacion en cascada: una primera etapa de ecualizacion del

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equipo reproductor de sonido, una segunda etapa de ecualizacion de un sistema de audiometria y una tercera etapa de ecualizacion del conjunto de auriculares;

- un modulo de comunicacion para recibir al menos una respuesta al impulso inversa del sistema de audiometria que se usa en la segunda etapa de ecualizacion para corregir la escucha.

Las ventajas de la presente invention son fundamentalmente:

- La presente invencion supone una mejora para los audifonos en el campo de las senales electricas de audio y extiende sus aplicaciones en todo el margen de frecuencias de audio, hasta los 20kHz.

- El audiofono exoaural propuesto es un dispositivo que no se acopla al canal auditivo sino entre el sistema de reproduction de sonido y el sistema de auriculares, por lo que resulta mucho mas versatil.

- El audiofono exoaural propuesto permite sustituir al audifono “clasico” realizando la misma funcion en aquellos casos en los que la senal sonora no llega via aerea; por ejemplo: auriculares, telefonos, reproductores de media, etc.

- La presente invencion permite personalizar la escucha segun las curvas audiometricas del individuo, corrigiendo las “distorsiones” o particularidades de las curvas audiometricas. La presente invencion permite una cadena de escucha “transparente” mediante la ecualizacion de las diferentes etapas involucradas: equipo de reproduccion de sonido, sistema audiometrico, conjunto de auriculares para cualquier individuo. El sistema auditivo de cada individuo es diferente y esta condicionado por la particularidad de determinadas caracteristicas fisiologicas que, ademas, varian con la edad, por lo que no es posible que dos individuos cualesquiera escuchen el mismo programa musical de la misma manera. Mas grave aun es el hecho de que, por muy alta calidad de postproduccion que tenga el programa, no es posible escucharlo tal cual sino ecualizado por nuestro sistema perceptual. El audiofono exoaural permite corregir esta deficiencia segun los estandares ISO 8253-1 e IEC 60645-4 y, por lo tanto, escuchar exactamente el programa musical grabado. Ademas, las respuestas del equipo de reproduccion, del conjunto de auriculares y la respuesta audiometrica se pueden actualizar en cualquier momento, lo que permite una adaptacion continua de la audicion.

- El audiofono exoaural es de bajo costo, ligero y estandar, pudiendo ser integrado en un sistema de reproduccion de sonido, en cualquier equipo de auriculares y cualquier cadena de reproduction-audition de audio; lo que permite su adaptation en cualquier dispositivo comercial.

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BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

A continuation se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invention y que se relacionan expresamente con una realization de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.

FIGURA 1.- Muestra un escenario de aplicacion de un audifono exoaural, segun una realizacion preferente de la invencion.

FIGURA 2.- Muestra un diagrama de bloques de la arquitectura interna del audifono exoaural, segun una posible realizacion de la invencion.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

En la Figura 1 se muestra un diagrama de bloques de un escenario de uso del audiofono (2) exoaural. El audiofono (2) exoaural esta intercalado, mediante los cables de conexion (6) y (7), entre un equipo reproductor de sonido (1) y un conjunto de auriculares (3). El audiofono (2) exoaural es configurable para ecualizar las etapas involucradas en el conjunto del sistema de reproduction de audio (1), almacenada en un primer repositorio (200) y procesada en una primera etapa de ecualizacion (210), y del sistema de auriculares (3), almacenada en un tercer repositorio (240) y procesada en una tercera etapa de ecualizacion (250), y hacerlas completamente transparentes. Ademas, el audiofono (2) puede conectarse (5), de forma local (alambrica) o remota (inalambrica) a traves de una red, a un sistema de audiometria implementado en ordenador (4) donde puede correr una aplicacion multiplataforma capaz de realizar un estudio audiometrico externo, segun los estandares ISO 8253-1 e IEC 60645-4, y enviar una respuesta audiometrica inversa al audiofono (2), para que este lo almacene en un segundo repositorio, memoria o base de datos (220) y pueda operar con ella mediante una segunda etapa de ecualizacion (230).

La Figura 2 muestra el diagrama de bloques del audiofono exoaural (2). El sistema consta de un convertidor estereo analogico-digital (21) o ADC (en ingles, Analog Digital Converter), un convertidor estereo digital-analogico (23), o DAC (en ingles, Digital Analog Converter) y un procesador digital de senal (22), o DSP (en ingles, Digital Signal Processor). El DSP (22) esta formado, a su vez, por tres etapas en cascada encargadas de la ecualizacion: una primera etapa (210) para la ecualizacion del reproductor de audio (1), una segunda etapa

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(230) de ecualizacion del sistema de audiometria y una tercera etapa (250) para la ecualizacion del conjunto de auriculares (3). La ecualizacion se realiza por convolution segun las respuestas al impulso inversas almacenadas en respectivos repositorios o bases de datos (200, 220, 240). Las respuestas al impulso son cargadas desde un ordenador (4) a traves de un enlace de comunicacion (5) que transfiere la information al modulo de comunicacion (260) que puede ser alambrico, por ejemplo, USB, Firewire, etc., o inalambrico, por ejemplo Bluetooth, WiFi, etc.

A traves del modulo de comunicacion (260), el procesador digital de senal (22) recibe las respuestas al impulso inversas de cada una de las partes a ecualizar, el reproductor de audio (1), el sistema de audiometria (2) y el conjunto de auriculares (3), cuya ecualizacion se realiza en respectivamente tres etapas (210, 230, 250) El procesador digital de senal (22) almacena las respuestas recibidas en los contenedores de informacion o bases de datos (200, 220, 240). El uso de la primera o la tercera etapas (210, 250) de ecualizacion, respectivamente del reproductor de audio (1) y del conjunto de auriculares (3) es opcional; pero, si se dispone de las respectivas respuestas al impulso inversas, el sistema puede ecualizar tambien estas etapas (210, 250). La ecualizacion del sistema de audiometria (230) se realiza a partir de la informacion recogida a traves de un estudio audiometrico externo, por ejemplo, por medio de una aplicacion informatica que se ejecuta en el ordenador que realiza la funcion de sistema de audiometria (4) conectado al audifono (2). La aplicacion del sistema de audiometria (4) procesa respuestas al impulso, independientemente de cual se trate, para obtener sus respectivas respuestas al impulso inversas y enviarlas al audiofono (2). Asi, la ecualizacion realizada por el audifono (2) se produce en el dominio digital mediante la convolucion, cuando procede, es decir, si se dispone de la respuesta al impulso inversa correspondiente, de las diferentes respuestas involucradas.

El uso del audiofono (2) exoaural exige dos operaciones:

i) La primera operation esta relacionada con: a) la caracterizacion de la respuesta al impulso del equipo reproductor de sonido (1), la respuesta audiometrica del sistema de audition biaural y de la respuesta al impulso del conjunto de auriculares (3), b) con la estimation de las tres respuestas inversas correspondientes y c) con su almacenamiento en las bases de datos (200, 220, 240) a traves del modulo de comunicacion (260). Esta caracterizacion y estimacion se realiza en

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una aplicacion, local o en red. Una realization preferente corresponde a una comunicacion inalambrica de bajo coste y consumo como, por ejemplo, Bluetooth. La caracterizacion de las respuestas al impulso del sistema de reproduction y del sistema de auriculares puede provenir de cualquier sistema de identification mientras que la caracterizacion de la respuesta audiometrica se realiza en el programa disenado para el sistema de audiometria (4). Este programa debe ser capaz de realizar el estudio audiometrico, de recibir respuestas al impulso desde otro programa o archivo, de procesar estas respuestas para obtener las inversas correspondientes y de transmitirlas al audiofono (2) exoaural. Una realizacion preferente de la estimation de las respuestas inversas corresponde a un sistema de ecualizacion adaptativo.

La ecualizacion adaptativa es un proceso de lazo cerrado mediante el cual una senal conocida de banda ancha alimenta a ambos, el sistema a ecualizar y a un procesador adaptativo. El error que resulta de la salida del procesador adaptativo es utilizado por este para emular las caracteristicas del sistema a ecualizar. Despues de la adaptation, cuando el error este por debajo de determinado valor, el sistema a ecualizar resulta “identificado” en el sentido que su funcion de transferencia es la inversa que la del procesador adaptativo. La ecualizacion adaptativa es util para deconvolucionar el sistema a emular y, por lo tanto, eliminar los efectos que introduce. La convolucion de un sistema con su inversa (deconvolucion) produce la eliminacion de sus efectos en la cadena.

ii) La segunda operation esta relacionada con la escucha “real” del programa de

reproduccion. En una realizacion preferente la ecualizacion se producira por el modulo DSP (22) mediante tres convoluciones en cascada (210, 230, 250) con las respectivas respuestas inversas almacenadas en las bases de datos (200, 220, 240). Cada convolution se produce solo si existe una respuesta inversa; en caso contrario se produce bypass. Si el audiofono (2) exoaural no dispusiera de ninguna respuesta inversa se comportaria exactamente como un cable, de manera transparente, como si no existiera.

Claims (9)

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   REIVINDICACIONES

   1. Un audiofono (2) para la ecualizacion audiometrica y correction de la escucha, caracterizado por que esta conectado entre un equipo reproductor de sonido (1) y un conjunto de auriculares (3)y comprende un procesador digital de senal (22) que, a su vez, comprende:

   - tres etapas de ecualizacion en cascada: una primera etapa de ecualizacion (210) del equipo reproductor de sonido (1), una segunda etapa de ecualizacion (230) de un sistema de audiometria (4) y una tercera etapa (250) de ecualizacion del conjunto de auriculares (3);

   - un modulo de comunicacion (260) para recibir al menos una respuesta al impulso inversa del sistema de audiometria (4) que se usa en la segunda etapa de ecualizacion (230) para corregir la escucha.
2. 2. El audiofono (2) de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado por que el modulo de comunicacion (260) es una interfaz de comunicacion inalambrica.
3. 3. El audifono (2) de acuerdo con la reivindicacion 2 caracterizado por que el modulo de comunicacion (260) es una interfaz de comunicacion por Bluetooth.
4. 4. El audifono (2) de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado por que el modulo de comunicacion (260) es una interfaz de comunicacion por cable.
5. 5. El audifono (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el modulo de comunicacion (260) recibe al menos una respuesta al impulso inversa del equipo reproductor de sonido (1) que se usa en la primera etapa de ecualizacion (210).
6. 6. El audiofono (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el modulo de comunicacion (260) recibe al menos una respuesta al impulso inversa del conjunto de auriculares (3) que se usa en la tercera etapa de ecualizacion (250).
7. 7. El audiofono (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las tres etapas de ecualizacion (210, 230, 250) realizan una

   convolution de una respuesta al impulso inversa procedente respectivamente del equipo reproductor de sonido (1), del sistema de audiometria (4) y del conjunto de auriculares (3).

   5 8. El audiofono (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

   caracterizado por que esta conectado localmente al sistema de audiometria (4).
8. 9. El audiofono (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado por que esta conectado a traves de una red informatica a un sistema

   10 de audiometria (4).
9. 10. El audiofono (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que esta integrado en el equipo reproductor de sonido (1).

   15 11. El audiofono (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10,

   caracterizado por que esta integrado en el conjunto de auriculares (3).