Pentru un sunet potrivit

10 DECEMBRIE 2020

Componente acustice în aplicații medicale

Transmiterea informațiilor de la o mașină către utilizatorul final este de o mare importanță într-un număr larg de aplicații. Ea permite reacția rapidă bazată pe stimuli vizuali sau acustici și oferă semnalul de declanșare necesar pentru procesarea ulterioară de către utilizator. Mai ales în industria medicală, unde timpul foarte scurt de reacție poate face diferența între viață și moarte, trebuie acordat un grad ridicat de atenție transmiterii semnalului.

Semnalele acustice se potrivesc perfect pentru acest scop, deoarece, spre deosebire de semnalele optice, nu necesită monitorizare permanentă și, dacă difuzorul este dimensionat corespunzător, poate funcționa și în mai multe camere. Această metodă nu include numai transmiterea semnalelor audio de către aplicație, ci și înregistrarea informațiilor prin microfoane.

Concentrați-vă pe cerințele de siguranță

Reglementări speciale de siguranță și testare sunt valabile pentru aplicațiile tehnice din industria medicală și sunt specificate de standardul DIN EN 60601-1-8 sau de standardul ISO IEC 60601-1-8. Reglementarea este o parte esențială și necesară. În ceea ce privește avertismentele acustice, reglementările evidențiază în special două aspecte:

  • Diferențierea dintre dispozitive individuale pe baza unor tonuri diferite
  • Componenta armonică a tonului de alarmă care semnalează locația dispozitivului față de operator, în mod auditiv

Prin urmare, producătorii de dispozitive medicale ar trebui să țină cont de standardul DIN cât mai devreme posibil în ciclul de proiectare, deoarece acesta poate prescrie un set specific de tonuri și un nivel specific de presiune acustică (SPL) ce trebuie reprodus în aplicația finală.

Alegerea difuzorului potrivit

Există mai multe componente capabile să proceseze semnale audio. Difuzoarele, buzerele și microfoanele sunt elementele predominante ale comunicării om-mașină pe bază de acustică. Componentele care trebuie utilizate în aplicația medicală sunt selectate în principal în conformitate cu specificațiile DIN EN 60601-1-8. Buzerele sunt potrivite numai pentru reproducerea unui singur ton de frecvență fixă, în timp ce difuzoarele sunt capabile să redea mai multe tonuri diferite simultan pe o anumită bandă de frecvență. Datorită gamei lor mai largi de utilizare, difuzoarele sunt folosite în majoritatea aplicațiilor.

Atunci când alegeți un difuzor, este recomandabil să vă concentrați pe cel mai grav ton pe care trebuie să îl reproduceți și cerința SPL respectivă. În majoritatea cazurilor, frecvența va fi mai mică de 500 Hz. Valorile sunt indicate în fișa tehnică a difuzorului respectiv. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare modul în care acestea au fost măsurate. De exemplu, SPL depinde în mare măsură de puterea de intrare furnizată de difuzor și de distanța la care a fost amplasat microfonul pentru a capta semnalul. Cu toate acestea, nu există un standard stabilit care să specifice la ce distanță ar trebui măsurată SPL. Multe difuzoare sunt poziționate la 10 cm sau 50 cm distanță față de dispozitivul de măsurare.

În plus față de aceste valori de bază, trebuie luate în considerare și condițiile de utilizare: De exemplu, presiunea sonoră măsurabilă se schimbă în funcție de distanța față de difuzor. Un difuzor cu un SPL măsurat de 86 decibeli (dB) la 50 cm va produce 80 dB numai atunci când distanța față difuzor este dublată.

Dublarea puterii de intrare de la 1 W la 2 W, de exemplu, generează un câștig SPL de 3 dB, care reprezintă un nivel de presiune acustică de aproximativ 89 dB la o distanță de 50 cm.

Prin urmare, la dimensionarea difuzorului, este important nu numai să acordați atenție valorilor nominale din fișa tehnică, ci să luați în considerare și condițiile zilnice de utilizare ale dispozitivului final. PUI Audio recomandă câteva criterii de bază pentru selecția produselor care vă pot fi de folos:

  1. Investiți într-un sonometru economic sau descărcați o aplicație SPL adecvată.
  2. Efectuați mai multe măsurători ale mediului pentru a reduce erorile.
  3. Construiți un scenariu de utilizare pentru a determina condițiile reale de funcționare, făcând astfel o evaluare realistă a dimensiunilor difuzorului.
  4. Țintiți către o valoare de aproximativ 15 dB până la 20 dB peste SPL-ul specificat pentru a atinge caracteristicile prescrise chiar și la o anumită distanță.

Interpretarea corectă a puterii unui difuzor

În plus față de datele de performanță, condițiile de funcționare reprezintă o altă caracteristică importantă. Toate difuzoarele PUI Audio specifică în fișa tehnică puterea nominală de intrare și puterea maximă de intrare.

Puterea nominală de intrare este nivelul la care difuzorul a fost conceput pentru a reda continuu. În contrast, puterea maximă de intrare descrie capabilitatea unui difuzor de a susține vârfuri instantanee.

Parametri Valori Unități
Putere nominală de intrare 10 Watt
Putere de intrare maximă 20 Watt

 

Dacă un difuzor este destinat să reproducă un ton pur continuu (o undă sinusoidală), este important să nu depășiți puterea nominală de intrare, deoarece, în caz contrar, există riscul de distrugere a componentei respective.

Utilizați tensiunea de vârf aplicată pentru a determina câtă putere poate disipa un difuzor. Când utilizați un multimetru care afișează tensiunea RMS, înmulțiți valoarea măsurată cu 1.414 și apoi ridicați la puterea a doua rezultatul. Apoi împărțiți valoarea rezultată la impedanța difuzorului.

Exemplu:

Conform formulei, un semnal măsurat de tip ton pur de 2 Vrms aplicat unui difuzor de 8 Ohm disipă 1 W de putere.

Calcularea puterii unui difuzor: P = (VRMS∙√2)2/R

Semnalele vocale și muzicale nu sunt doar unde sinusoidale pure, deoarece nu reproduc un ton constant. Cu toate acestea, calculul poate fi efectuat utilizând formula menționată anterior. Totuși, este o idee bună să verificați semnalul utilizând un osciloscop pentru a vă asigura că vârfurile acestuia nu depășesc puterea maximă de intrare a difuzorului.

Alegerea amplificatorului potrivit

Un amplificator este esențial atunci când utilizați un difuzor. Selecția amplificatorului este destul de simplă, atât timp cât acordați atenție anumitor specificații.

Criteriul cheie este cât de multă putere poate crea un amplificator cu o anumită tensiune de intrare și impedanță de sarcină. În același timp, nivelul de distorsiune trebuie să rămână sub 1% pentru a preveni orice deteriorare a componentelor. Acest nivel este denumit „Distorsiune armonică totală” (THD – Total Harmonic Distortion).

Pe lângă provocarea unui sunet neplăcut, distorsiunea poate distruge difuzorul. Depășirea distorsiunii de 1% cu un amplificator conduce la o așa numită „tăiere” a semnalului difuzorului. În acest caz, amplificatorul trimite tensiune continuă către un difuzor în loc de tensiune alternativă, forțându-l la limitele sale mecanice exterioare.

Efectul de tăiere poate apărea într-o anumită măsură și cu un difuzor supradimensionat ale cărui rezerve de putere sunt insuficiente. Este posibil să distrugeți un difuzor de 5 W cu un semnal de 4 W trunchiat. De regulă, PUI Audio recomandă selectarea unui amplificator care are capacitatea de putere dublă față de ceea ce aveți nevoie pentru a preveni distrugerea componentelor prin efectul amintit.

PUI Audio este cel mai important producător de difuzoare din industria medicală și nu numai. Experiența și expertiza companiei provin din decenii de colaborări cu firme de tehnologie medicală, oferind consultanță eficientă clienților și participând la dezvoltarea produselor. Echipa calificată de ingineri de aplicații de la Rutronik sprijină clienții atunci când selectează componentele potrivite pentru proiectele lor și oferă asistență completă pe tot parcursul ciclului de proiectare.

Autori: Anne Santhakumar, Manager de vânzări pentru produse acustice și dispozitive de temporizare la Rutronik și
Mike Van Den Broek, Inginer senior pentru aplicații la PUI Audio

Rutronik |  https://www.rutronik.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre