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VII
MEDICAL 16 -
APRILE 2018
HEARING AIDS
digitale per elaborare e amplificare i
segnali elettrici, e infine un piccolo al-
toparlante, noto anche come ricevitore
(Fig. 1).
Il ricevitore riceve segnali elettrici am-
plificati e li converte in energia acusti-
ca, o suono, che viene quindi portato
all’interno del canale uditivo tramite
un tubicino o un auricolare.
Il ricevitore contiene una leva control-
lata elettromagneticamente, chiamata
ancia, connessa a un diaframma che
genera il suono attraverso il suo movi-
mento oscillatorio.
Le forze elettromeccaniche interne
generano a loro volta forze di reazio-
ne che trasmettono le vibrazioni lungo
l’involucro della protesi, creando un
suono che viene raccolto dal microfo-
no. Il segnale viene quindi accresciuto
dall’amplificatore e riportato nel rice-
vitore, causando il feedback. Questo percorso è mostra-
to in figura 1.
Il modello “Black Box”
L’unica funzione del ricevitore è convertire in suono
il segnale elettrico amplificato dal microfono. Se la co-
struzione può sembrare semplice, il processo è piutto-
sto complesso (Fig. 2). Il segnale elettrico viene dap-
prima convertito in segnale magnetico, poi in segnale
meccanico e infine in segnale acustico. Ciascuna di
queste fasi ha le proprie caratteristiche dipendenti dal-
la frequenza. Comprendere gli effetti combinati di tutti
i componenti interni è fondamentale per poter proget-
tare in modo efficiente ricevitori per tutti i diversi tipi
di protesi acustiche. Dal 1960, i tecnici in Knowles han-
no utilizzato equivalenti di circuiti complessi per mo-
dellare tutti gli effetti elettrico-magnetico-meccanico-
acustici interni.
Modellare accuratamente tutta la complessità di un ri-
cevitore richiede un modello multifisico agli elementi
finiti incredibilmente elaborato e di grandi dimensioni,
decisamente poco pratico per una progettazione rapi-
da ed efficiente delle protesi acustiche.
Questo problema è stato risolto nel 2013, quando il dr.
Daniel Warren, esperto nel campo acustico-medicale e
nella ricerca su ricevitori e microfoni, ha introdotto un
cosiddetto modello “black box”.
La progettazione con questo modello si basa su una
quantità minima di elementi circuitali semplici per re-
stituire la funzione essenziale di trasferimento elettroa-
custico tra segnale elettrico e livello di pressione sonora
in uscita per ricevitori ad armatura bilanciata, lasciando
da parte i fattori che non hanno rilevanza per il con-
trollo del feedback. Un momento chiave nella sempli-
ficazione del modello si è verificato quando Warren e
Varanda hanno dimostrato che il circuito elettroacusti-
co semplificato poteva essere convertito in un potente
modello vibroacustico aggiungendo una complessità
minima al modello. “La conversione si ottiene indagan-
do una parte del circuito ‘black box’, in cui il segnale
elettrico attraverso gli induttori è direttamente propor-
zionale alle forze meccaniche interne responsabili per
la vibrazione strutturale”, spiega Warren.
I modelli “black box” e vibroacustico devono essere
verificati e validati rispetto a condizioni acustiche e
meccaniche di riferimento prima che i progettisti pos-
sano cominciare a usarli per sviluppare il prodotto. Nel
2014 ha preso avvio una collaborazione internazionale
tra Knowles e i suoi clienti per validare i modelli uti-
lizzando il software COMSOL Multiphysics e le prove
sperimentali standard di settore.
Lavorare insieme per la validazione
Per validare i modelli, i tecnici avevano la necessità di
misurare contemporaneamente il suono in uscita e le
forze di vibrazione, utilizzando una struttura che po-
tesse essere facilmente modellata con un’analisi agli
elementi finiti.
Come i normali test per le protesi acustiche, anche que-
sta prova ha richiesto il collegamento di un ricevitore
a una piccola porzione di tubo, che conduceva a una
cavità chiusa di 2 centimetri cubici di volume (2 cc), il
che corrisponde a un carico standard del canale acu-
stico, come mostrato in figura 3. La pressione acustica
Fig. 4 –
I risultati della simulazione per la forza e lo spostamento a 3 kHz per l’attacco del ricevitore
e del tubo di silicone