Los nuevos tapones para los oídos pueden proteger la audición y preservar la calidad del sonido

La pérdida de audición es irreversible y es la lesión laboral más común en todo el mundo. La única manera de abordar este problema es la prevención. Pero, ¿a quién no le ha molestado cómo los tapones de espuma para los oídos hacen que un concierto de rock suene apagado y con graves intensos? ¿O tiene problemas para oír a un compañero de trabajo mientras usa protectores auditivos voluminosos en un lugar de trabajo ruidoso?

Ya sea para mejorar la experiencia musical o para escuchar hablar a sus compañeros de trabajo, es fácil caer en la tentación de quitarse o incluso quitarse la protección auditiva por completo en estas situaciones. Esto nos expone a niveles de ruido peligrosos y convierte la pérdida auditiva permanente en un problema de salud pública mundial.

El desarrollo de tecnología que ayudaría a prevenir esto fue la inspiración detrás del proyecto colaborativo de SINTEF y Minuendo, “Picowatt”. ¿resultado? Un sistema microelectromecánico piezoeléctrico (piezoMEMS) con control de volumen y sin distorsión del sonido, desarrollado en SINTEF MiNaLab (parte de la infraestructura NorFab), permite controlar el volumen sin distorsión del sonido. Como beneficio adicional, el chip también actúa como micrófono y altavoz.

Protección auditiva pasiva y activa

Hoy en día existen protectores auditivos pasivos y activos. Los tapones para los oídos y las orejeras de espuma mencionados anteriormente son pasivos, lo que significa que carecen de electrónica integrada o funcionalidad avanzada. La protección auditiva activa utiliza micrófonos, procesadores de señal y parlantes integrados para ajustar y controlar los niveles de sonido según el entorno.

Pero estos auriculares pueden sonar pesados, incómodos y antinaturales. A pesar de la disponibilidad de protección auditiva activa, las opciones pasivas siguen dominando el mercado.

Nuestro tapón auditivo híbrido combina lo mejor de ambos mundos: es pequeño, ajusta el volumen sin distorsionar el sonido y consume mucha menos energía que los tapones auditivos activos tradicionales.

concierto de rock con control de volumen

Minuendo, que se separó de SINTEF en 2018, vende protección auditiva aclamada por la crítica en todo el mundo. En su versión actual de tapones para los oídos, que se muestra a la izquierda en la Figura 1, el volumen del sonido se ajusta abriendo y cerrando una pequeña ranura con una pequeña palanca manual. Con una amortiguación ajustable manualmente de 9 a 25 dB, el sonido pasa de forma natural.

El nuevo chip PiezoMEMS, desarrollado en el proyecto Picowatt, abre y cierra electrónicamente múltiples rendijas doblando pequeñas "estructuras de vigas" o pequeñas "tapas" ubicadas en la parte superior de cada rendija.

Permite controlar el volumen desde aproximadamente 0 dB (abierto) hasta 40 dB (cerrado). La parte activa, el actuador, está hecha de silicio fino recubierto con capas piezoeléctricas de micrones de titanato de circonato de plomo (PZT). Cuando se aplica voltaje, el PZT se contrae en el plano, "estirando" la superficie y doblando el haz hacia arriba.

Los expertos proponen un enfoque basado en la ética y respaldado por evidencia

A 30 voltios, la punta del haz se eleva unos 100 micrómetros, permitiendo que el sonido pase sin amortiguarse. Cuando cae el voltaje, la rendija se cierra.

Al variar el voltaje, tienes un tapón para los oídos que te permite pararte en la primera fila de un concierto de rock y ajustar el volumen a un nivel seguro y cómodo manteniendo la calidad del sonido sin cambios. No más sonidos apagados, con graves intensos y distorsionados. Rock and roll puro y claro al volumen justo y seguro.

Atenuador, Altavoz y Micrófono

Los tapones para los oídos híbridos hacen más que solo controlar el volumen; También puede reproducir sonidos u otras señales de audio y servir como micrófono. En muchos casos, es deseable monitorear los niveles de ruido externo para que el sistema pueda ajustar su atenuación según la situación. Por lo tanto, es muy conveniente que los materiales piezoeléctricos funcionen en ambos sentidos: pequeñas vibraciones mecánicas de las ondas sonoras generan señales eléctricas que pueden captarse fácilmente.

Por lo tanto, el mismo chip actúa como altavoz y micrófono. También apareció en el proyecto Picovet. De hecho, funciona sorprendentemente bien como altavoz y tiene propiedades de micrófono muy útiles. De esta forma, un mismo componente puede servir como solución "tres en uno".

Datos sobre PiezoMEMS y el filtrado acústico:

• Los sensores convierten la entrada física en señales eléctricas. Los actuadores convierten señales eléctricas en movimiento mecánico. Ambos permiten que los microprocesadores interactúen con su entorno.
• Los materiales piezoeléctricos convierten la electricidad en movimiento y viceversa, proceso conocido como transducción electromecánica.
• Las finas capas piezoeléctricas pueden doblar estructuras diminutas, como los microhaces de los tapones para los oídos, con menos de un microvatio de potencia.
• Los sistemas microelectromecánicos piezoeléctricos, o piezoMEMS, son estructuras piezoeléctricas del tamaño de una micra que se utilizan como sensores y actuadores.
• Los tapones para los oídos híbridos son un ejemplo de cómo piezoMEMS puede miniaturizar y amplificar un "circuito" acústico hecho de una membrana, tubo o hendidura que forma un filtro.
• PiezoMEMS se puede integrar en obleas de silicio más grandes, lo que permite una producción en masa rentable.

más pequeño, más barato, mejor

Como ocurre con la mayoría de la tecnología actual, existe el deseo de que la protección auditiva y los auriculares sean más pequeños, más funcionales y más baratos con una mayor duración de la batería. Los piezoMEMS de película fina lo hacen posible.

Como se muestra en la Figura 1 a la derecha, el prototipo tiene aproximadamente una novena parte del tamaño de una moneda. Aunque ya funciona bien en tapones para los oídos, los modelos futuros pueden encogerse 10 veces más. El consumo de energía de sólo unos pocos cientos de nanovatios sería aún menor, lo que permitiría baterías más pequeñas y tapones para los oídos más duraderos. Además, pueden caber más chips en cada oblea de silicio, lo que reduce aún más el precio. En general, chips que son más pequeños, más baratos y mejores.