D E S C R I P C I Ó N

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto principal de Ia presente invención es procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante para ensayos auditivos con animales cuyo campo acústico sea homogéneo espacial y espectralmente.

Otro objeto de Ia invención es una cámara acústica reverberante preferida diseñada de acuerdo con el procedimiento descrito.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Una parte fundamental de Ia investigación audiológica se realiza con animales de laboratorio (cobayas, ratas, ratones, etc.). Por ejemplo, se introduce a estos animales dentro de una cámara, y se les somete a un campo acústico intenso durante un tiempo de exposición prolongado para producirles una pérdida auditiva severa, que se evalúa y estudia mediante técnicas neurofisiológicas e histológicas.

Ngan, E. M., y May, B. J., 2001 , "Relationship between the auditory brainstem response and auditory nerve thresholds in cats with hearing loss", Hear. Res., 156, 44-52, exponían a gatos de laboratorio a un ruido de 2 kHz, con un ancho de banda de 50 Hz, con nivel de 108-111 dB, durante 2-4 horas. A continuación analizaban Ia relación entre los umbrales de audición y los potenciales evocados del tronco cerebral (ABR). Brand-Larsen, R., Lund, S. P., y Jepsen, G. B., 2000, "Rats exposed to toluene and noise may develop loss of auditory sensitivity due to synergistic interaction", Noise&Health, 3, 33-44, analizaban Ia interacción entre Ia exposición a ruido y a tolueno, sometiendo a ratas de laboratorio a ruido gaussiano de 90-105 dB en Ia banda 4-20 kHz, y simultáneamente a dosis controladas de tolueno.

Fechter, L. D., Chen, G-D., Rao, D., y Larabee, J., 2000, "Predicting exposure conditions that facilítate the potentiation of noise-induced hearing loss by carbón monoxide", Toxicological Sciences, 58, 315-323, estudiaban también el efecto combinado de Ia exposición a ruido y monóxido de carbono en ratas. En este caso, el ruido consistía en una banda de octava centrada en 13.6 kHz, a 95 dB durante 2 horas.

Noreña, A. J., y Eggermont, J. J., 2005, "Enriched acoustic environment after noise trauma reduces hearing loss and prevenís cortical map reorganization", J. Neurosc, 19, 699-705, provocaban primero un trauma acústico en gatos, exponiéndolos a tonos de 5 kHz a 120 dB durante dos horas. A continuación, demostraban que estos gatos podían recuperar sus umbrales de audición cuando se sometían a un ambiente acústico enriquecido (un estímulo complejo multitonal de frecuencia aleatoria a 80 dB), una evidencia de plasticidad cerebral.

Cediel, R., Riquelme, R., Contreras, J., Diaz, A., y Várela-Nieto, I., 2006, "Sensorineural hearing loss in insulin-like growth factor l-null mice: a new model of human deafness," Eur J Neurosci., 23, 587-590, usaban ratones modificados genéticamente para estudiar Ia relación existente entre el IGF-1 y Ia degeneración auditiva. Para ello, provocaban en estos animales una pérdida de audición de unos 50-60 dB, sometiéndolos a un barrido senoidal de unos 90-100 dB durante 8-12 horas, y estudiaban Ia evolución temporal de su recuperación auditiva. Davis, R. R., y Franks, J. R., 1989, "Design and construction of a noise exposure chamber for small animáis". J. Acoust. Soc. Am., 85, 963- 966, describen el diseño de una cámara anecoica para el ensayo simultáneo de dos chinchillas. Usando un altavoz tipo bocina en el techo, consiguen un campo acústico relativamente homogéneo en el interior de Ia cámara, con un valor máximo de 130 dB.

Existen fundamentalmente dos tipos de cámaras acústicas, anecoicas y reverberantes. En una cámara anecoica solo existe campo acústico directo, es decir, a cualquier punto de Ia cámara solo llega sonido radiado directamente por Ia fuente. Por el contrario, en una cámara reverberante, cualquier punto del recinto es alcanzado por el sonido directo más los rebotes múltiples en las paredes. Normalmente, se asume que estos rebotes están incorrelados, y por Io tanto el nivel acústico en cualquier punto de una cámara reverberante es siempre mayor que en Ia cámara anecoica del mismo tamaño.

En experimentos con animales, Ia pérdida de audición producida está directamente relacionada con el producto del nivel de ruido por el tiempo de exposición, a mayor nivel de ruido, menor tiempo de exposición será necesario para producir una pérdida determinada. Por este motivo, conocer el nivel de exposición en cada punto de una cámara es un aspecto crucial al realizar experimentos acústicos con animales.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objetivo del procedimiento de Ia invención es diseñar una cámara reverberante cuyo campo acústico sea Io más homogéneo posible, tanto espectral como espacialmente, en el espacio donde se sitúa el sujeto de estudio. El procedimiento de Ia presente invención puede proporcionar mapas de los valores medios del nivel de presión acústica y de Ia desviación cuadrática media en los diferentes planos de Ia cámara, seleccionándose como configuración óptima aquella que proporcione un nivel acústico medio elevado con una desviación cuadrática media baja.

El procedimiento de Ia invención optimiza Ia parte de baja frecuencia del campo acústico en Ia cámara, estando Ia uniformidad en el margen de las altas frecuencias garantizado por Ia difusividad de Ia cámara. La optimización espectral del procedimiento de Ia invención se asegura eligiendo unas dimensiones que estén dentro del mapa de BoIt (BoIt, R. H., 1946. "Note on normal frequency statistics for rectangular rooms". J. Acoust. Soc. Am., 18, 130-133).

En el presente documento, el término "sujeto en estudio" es el animal o dispositivo que se va a someter al ensayo acústico. Por ejemplo, podría emplearse una cámara diseñada de acuerdo con el procedimiento de Ia invención, además de en ensayos con animales, para probar Ia sensibilidad de micrófonos o dispositivos similares.

Así, de acuerdo con un aspecto de Ia presente invención, se describe un procedimiento para diseñar una cámara acústica reverberante de campo acústico uniforme de dimensiones L ₁ , L ₂ y L ₃ que comprende las siguientes operaciones:

1 ) Fijar una de las dimensiones, que se denominará L ₃ . Normalmente, se tratará de Ia dimensión más pequeña de Ia cámara acústica. Sin pérdida de generalidad, en Io que sigue se considera que las otras dos dimensiones están normalizadas por L ₃ .

2) Obtener las funciones L _pm (L _λ ,L ₂ ) (valor medio del campo acústico) y CT(L _{1 5} L ₂ ) (desviación cuadrática media del campo acústico) en una zona de Ia cámara donde se va a situar Ia jaula con los animales.

L _pm (L _λ , L ₂ ) y CT(L _{1 5} L ₂ ) se construyen aplicando Ia teoría de modos normales a un recinto con paredes ligeramente amortiguadas (Nelson, P.A., Elliott, SJ. , 1992. "Active control of sound". Academic Press, London). Estas funciones dependen, además de las dimensiones de Ia cámara, del número de modos usados, del amortiguamiento modal de las paredes, del número y posición de fuentes acústicas dentro de Ia cámara, y de Ia posición de Ia jaula.

3) Seleccionar, con base en las funciones L _pm (L _λ ,L ₂ ) y σ(L _p L ₂ ) obtenidas en Ia operación anterior, las dimensiones Li y L ₂ óptimas que proporcionan el campo acústico más uniforme.

Esto se puede hacer de dos modos:

3a) Creando mapas de las funciones L _pm (L _λ ,L ₂ ) y σ(L _p L ₂ ) y seleccionando visualmente las dimensiones Li y L ₂ óptimas.

Además, como se sabe que las proporciones sugeridas por BoIt proporcionan Ia mayor homogeneidad espectral, se realizan los mapas para el margen de dimensiones de Li y L ₂ que contengan los valores de BoIt, que son 1,2 < y _τ < 1,8 y 1,4 < ² A < 2,5 . Una vez representados los mapas, se

seleccionan visualmente las dimensiones óptimas.

Sin embargo, puede ser complicado seleccionar las dimensiones Li y L ₂ solamente mediante Ia comparación visual de los mapas de nivel y de desviación cuadrática media. 3b) Maximizando una función de mérito que se define mediante Ia ecuación:

El empleo de esta función de mérito evita Ia necesidad de determinar las dimensiones óptimas de Ia cámara únicamente mediante Ia comparación visual de los mapas.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de Ia misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista de una cámara acústica reverberante cuyas dimensiones se han calculado de acuerdo con Ia presente invención.

Figura 2.- Muestra un detalle de una cámara infrarroja instalada en Ia cámara acústica de Ia Fig. 1.

Figura 3.- Muestra un detalle de un conjunto de altavoces de alta frecuencia instalados en Ia cámara acústica de Ia Fig. 1.

Figura 4.- Mapa de Ia función de mérito para un recinto con l_ ₃ =0,4 m, y cinco fuentes sumadas coherentemente, con separación de 5 cm. El campo acústico calculado en una zona de 10 cm ² , en un plano a 2 cm del suelo.

Figura 5.- Mapa de Ia función de mérito para un recinto con L- ₃ =0,4 m, y cinco fuentes sumadas coherentemente, con separación de 10 cm. El campo acústico calculado en una zona de 10 cm ² , en un plano a 2 cm del suelo.

Figura 6.- Mapa de Ia función de mérito para un recinto con L ₃ =0,4 m, y cinco fuentes sumadas coherentemente, con separación de 15 cm. El campo acústico calculado en una zona de 10 cm ² , en un plano a 2 cm del suelo.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Se define a continuación un ejemplo de cámara acústica reverberante (1) preferida dirigida específicamente a ensayos con ratones y cuyas dimensiones se han calculado empleando el procedimiento descrito. En este ejemplo, se utilizan p = / yL _τ3 Y q = / -AL ₃ como parámetros en el cálculo tanto de las funciones L _pm y σ como de Ia función de mérito. Estos valores normalizados son también empleados por BoIt para definir las proporciones de Ia cámara acústica reverberante (1) que consiguen mayores uniformidades espectrales.

Así, para calcular las dimensiones de Ia cámara acústica reverberante (1) del ejemplo en primer lugar se fija Ia altura L ₃ en 40 cm.

A continuación, se deben determinar las funciones L y σ . Para ello, es necesario fijar otras características de Ia cámara:

- Número y posición de las fuentes (2): en este ejemplo, se elige una cámara con 5 fuentes (2), en concreto 5 tweeters, dispuestas simétricamente según una cruz centrada en el techo de Ia cámara acústica reverberante (1), con una separación de 5 cm, y que se suman coherentemente.

Se eligen las fuentes (2) para que tengan una banda de respuesta en frecuencias que cubra Ia banda audible de los ratones con los que se desea experimentar. Además, para asegurar que Ia suma de las fuentes (2) sea coherente, es necesario emplear un amplificador (no mostrado) que asegure una radiación en fase de los 5 canales, por ejemplo un amplificador pentacanal con una misma entrada y 5 salidas.

Se elige el factor de amortiguamiento de las paredes de Ia cámara (1 ), por ejemplo 0.001. y el número de modos a usar en el cálculo del campo acústico, por ejemplo 2000.

Se fija el plano dentro de Ia cámara reverberante (1) donde supuestamente van a estar las cabezas de los ratones, por ejemplo un plano de (20x20) cm ² , en el centro de Ia cámara (1 ), a 2 cm del suelo.

Se varían las dimensiones relativas de Ia cámara (1 ) p y q, por ejemplo, entre 1.2<p<1.8 y 1.4<g<2.5. Para cada cámara resultante (1) se calcula el campo acústico medio, Lp _n , y Ia desviación acústica, σ, en el plano de Ia jaula, usando Ia teoría de los modos normales.

En tercer lugar, se construye Ia función de mérito

que servirá para determinar las dimensiones óptimas de Ia cámara acústica reverberante (1 ). Las Figs. 4 a 6 representan los campos acústicos en una zona de 10 cm ² centrada a 2 cm. del suelo de Ia cámara acústica reverberante (1 ), respectivamente, para una distancia de 5 cm., 10 cm. y 15 cm. entre las 5 fuentes coherentes.

La siguiente tabla muestra valores de p y q dentro de Ia zona de BoIt para una cámara reverberante de L ₃ =40 cm. y 5 fuentes colocadas en el techo con una separación entre ellas de d _x :

d _x =5 cm d _x =10 cm d _> =15 cm

Suma (P=1 ,3, q=1 ,5) (p=1 ,485,q=1 ,69) (P=1 29 q=1 , 68) coherente

Suma (P=1 ,421 , q=1 ,805) (p=1 ,421 ,q=1 805) (p=1 ,421 ,q=1 , 805) incoherente

Es especialmente interesante Ia configuración correspondiente a d _x =5 cm., ya que se obtiene una cámara más pequeña y con un nivel más alto. Las dimensiones de esta cámara son concretamente (52 cm., 60 cm., 40 cm.). Además, en una realización preferida se emplea también una cámara infrarroja (3) que permite observar el interior de Ia cámara acústica reverberante (1 ).