Sonido y Audífonos

1. Definición de Sonido

El sonido es un fenómeno físico que se produce por la vibración mecánica de un cuerpo elástico al aplicarle una fuerza variable.

2. Generación de la Sensación Sonora

Ejemplo: Al golpear la membrana elástica de la caja de una batería, esta vibración mecánica se transmite por un medio elástico, como el aire. Al llegar al oído humano, provoca la vibración del tímpano, generando así una sensación sonora que percibimos.

3. Transmisión del Sonido en el Aire

El sonido se transmite por el aire en forma de ondas de presión sonora senoidales.

4. Magnitudes de una Onda Sonora Senoidal

(Nota: Se solicita un dibujo que no puede ser incluido en este formato).

Las principales magnitudes de una onda de presión sonora senoidal son:

• Amplitud (A): Representa el valor instantáneo de la presión sonora. Se mide en pascales (Pa).
• Periodo (T): Es el tiempo que tarda la onda en realizar un ciclo completo. Se mide en segundos (s).
• Frecuencia (f): Es el número de ciclos que la onda realiza en un segundo. Se mide en Hercios (Hz).

5. Rango de Medición de un Sonómetro (SPL)

Un sonómetro mide el Nivel de Presión Sonora (SPL – Sound Pressure Level). Los valores típicos que puede medir son:

• Valor mínimo: 0 dB SPL (umbral de audición). Corresponde a una presión P igual a la presión de referencia P₀ (20 μPa).
  SPL = 20 · log10(P/P0) = 20 · log10(20 μPa / 20 μPa) = 20 · log10(1) = 0 dB SPL
• Valor máximo: Aproximadamente 120 dB SPL (umbral de dolor). Corresponde a una presión P de unos 20 Pa.
  SPL = 20 · log10(P/P0) = 20 · log10(20 Pa / 20 μPa) = 20 · log10(106) = 20 · 6 = 120 dB SPL

La unidad de medida es el decibelio SPL (dB SPL).

6. Tono Puro y Sonido Armónico

• Tono puro: Es un sonido cuya presión sonora varía en forma de una única onda senoidal; por tanto, tiene una única componente frecuencial. Un ejemplo es el sonido que produce un audiómetro.
• Sonido armónico: Es un sonido formado por la superposición de un tono puro (onda senoidal), denominado frecuencia fundamental o primer armónico, y un conjunto finito o infinito de tonos puros con frecuencias múltiplos de la fundamental, denominados armónicos. Este sonido está formado por varias componentes frecuenciales. Un ejemplo es el sonido que produce un instrumento musical.

7. Gama de Frecuencias Audibles y Clasificación del Sonido

La gama de frecuencias que el oído humano es capaz de percibir (gama audible) va aproximadamente de 20 Hz a 20 kHz.

Clasificación del sonido en función del tono (frecuencia):

• Graves: 20 Hz – 300 Hz
• Medios: 300 Hz – 4 kHz
• Agudos: 4 kHz – 20 kHz

8. Componentes Principales de un Audífono

Los componentes principales de un audífono y sus funciones son:

• Micrófono: Transforma el sonido (ondas de presión) en una señal eléctrica.
• Amplificador: Aumenta la amplitud (nivel) de la señal eléctrica.
• Auricular (Receptor): Transforma la señal eléctrica amplificada de nuevo en sonido (ondas de presión).

9. Ganancia en un Audífono

La ganancia (G) es la magnitud que cuantifica el nivel de amplificación que aplica un audífono al sonido de entrada (E). La relación con el sonido de salida (S), expresada en decibelios (dB), es:

S [dB] = E [dB] + G [dB]

Donde S es el nivel de salida, E es el nivel de entrada y G es la ganancia añadida por el audífono.

10. Característica e Inconveniente de los Audífonos Analógicos

La principal característica de un audífono analógico es que aplica la misma ganancia a todas las componentes frecuenciales del sonido. Esto supone un inconveniente, ya que cada paciente tiene diferentes pérdidas auditivas a diferentes frecuencias, y no es ideal amplificar por igual aquellas frecuencias donde el paciente no tiene pérdidas significativas.

11. Característica y Ventaja de los Audífonos Digitales

La principal característica del audífono digital es que permite ecualizar el sonido, es decir, aplicar distintas ganancias en función de la componente frecuencial del sonido de entrada. Esto permite realizar mejores adaptaciones a los pacientes, ya que se aplica la ganancia necesaria en función de la pérdida específica que el paciente tiene a distintas frecuencias. Estas pérdidas se determinan mediante una prueba llamada audiometría.

12. Funcionamiento y Clasificación de Audífonos de Vía Aérea

Los audífonos de vía aérea captan el sonido y, una vez procesado y ecualizado, lo emiten en forma de onda sonora de presión. Utilizan el aire existente en el interior del Conducto Auditivo Externo (CAE) como medio para su propagación hasta impactar en el tímpano.

Se clasifican en:

• Intracanales:
  • Intraauricular (ITE – In The Ear)
  • Intracanal (ITC – In The Canal)
  • Pretimpánico o Completamente en el Canal (CIC – Completely In Canal)
  • Invisible en el Canal (IIC – Invisible In Canal)
• Retroauriculares:
  • Detrás del Oído (BTE – Behind The Ear)
  • Receptor en el Canal (RIC – Receiver In Canal o RITE – Receiver In The Ear)

13. Funcionamiento y Tipos de Audífonos de Vía Ósea

En los audífonos de vía ósea, el sonido procesado no se emite como onda de presión sonora conducida por el CAE hasta el tímpano. En lugar de eso, se transmite como:

• Vibración mecánica del hueso mastoides, que estimula directamente el oído interno.
• Señal eléctrica mediante electrodos que se insertan quirúrgicamente en la cóclea (en el caso de implantes cocleares).

Los tres tipos más característicos son:

• Audífonos de varilla auditiva ósea.
• Implante coclear.
• Implante osteointegrado o anclado en el hueso (AOI o BAHA – Bone Anchored Hearing Aid).

Fundamentos de Electricidad

1. Neutralidad Eléctrica del Átomo

Decimos que un átomo es eléctricamente neutro en condiciones normales porque contiene el mismo número de electrones (carga negativa) que de protones (carga positiva).

2. Definición de Carga Eléctrica

La carga eléctrica (q) que posee un cuerpo es el exceso o defecto de electrones que este posee.

• Si hay exceso de electrones, la carga es negativa.
• Si hay defecto de electrones, la carga es positiva.

Se representa mediante la letra q y se mide en culombios (C) en el Sistema Internacional (SI).

3. Generación de Electricidad Estática

Ejemplo: Cuando se frota una varilla de vidrio con un paño, esta cede electrones al paño y adquiere una carga positiva. Cuando se frota una varilla de ebonita con un paño, esta recibe electrones del paño y adquiere una carga negativa. Estas cargas quedan ligadas a las varillas y no se mueven fácilmente si están separadas por aire (un aislante). La diferencia entre el nivel de carga de las dos varillas provoca la existencia de una diferencia de potencial o tensión eléctrica. A este tipo de electricidad, donde las cargas están en reposo relativo, se le denomina electricidad estática.

4. Generación de Electricidad Dinámica

Si unimos las dos varillas cargadas (una positiva y otra negativa) mediante un cable conductor (por ejemplo, de cobre), se produce un desplazamiento de electrones desde la varilla de ebonita (donde están en exceso) hacia la de vidrio (donde están en defecto). Este flujo continúa hasta que el número de electrones se equilibra en ambas varillas (o hasta que se iguala el potencial), desapareciendo así la diferencia de carga y, por tanto, la diferencia de potencial eléctrico entre ellas. A este tipo de electricidad, caracterizada por el movimiento de cargas, se le denomina electricidad dinámica o corriente eléctrica.

5. Generador Eléctrico: Definición y Tipos

Un generador eléctrico es un dispositivo que transforma algún tipo de energía (química, mecánica, luminosa, etc.) en energía eléctrica, manteniendo una diferencia de potencial (tensión) constante o variable entre sus extremos (bornes o terminales), lo que permite que circule una corriente eléctrica por un circuito conectado a él.

Según la señal generada, se clasifican en:

• Generadores de corriente continua (CC o DC): La tensión generada es constante tanto en amplitud como en polaridad (un terminal siempre es positivo y el otro siempre negativo).
• Generadores de corriente alterna (CA o AC): La tensión generada varía periódicamente tanto en amplitud como en polaridad.

6. Polaridad Variable en Corriente Alterna

En un generador de corriente alterna sinusoidal, decir que la tensión generada es variable en polaridad significa que los dos terminales o polos del generador intercambian periódicamente su condición de positivo y negativo a lo largo del tiempo.

7. Tipos de Generadores de Corriente Continua

Clasificación de generadores de CC según su principio de funcionamiento:

• Electromagnéticos: Generan una señal eléctrica continua mediante el giro relativo entre un campo magnético y un conductor (o electroimán). Un ejemplo clásico es la dinamo de una bicicleta.
• Electrónicos: Convierten una señal eléctrica de otro tipo (generalmente alterna de la red eléctrica) en una señal continua y regulada. Un ejemplo común son las fuentes de alimentación de laboratorio o las que usan los dispositivos electrónicos.
• Químicos: Generan electricidad a partir de reacciones químicas. Ejemplos son las baterías y las pilas, como las que alimentan los audífonos.

8. Fuerza Electromotriz (FEM) vs. Tensión en Bornes

• La Fuerza Electromotriz (FEM o E) se define como la energía por unidad de carga que el generador suministra al circuito completo, incluyendo la necesaria para mover la carga a través del propio generador (E = Wtotal / q). Representa la tensión ideal del generador.
• La Diferencia de Potencial o Tensión en Bornes (V) es la energía por unidad de carga disponible entre los terminales del generador para el circuito externo (V = Wexterna / q).

Ambos valores (E y V) son iguales solo si se considera que el generador es ideal, es decir, si su resistencia interna (r) se considera nula. En un generador real, V = E – I·r (cuando entrega corriente). Ambas magnitudes se miden en voltios (V) en el SI.

9. Definición de Intensidad de Corriente

La intensidad de corriente eléctrica (I) es la cantidad de carga eléctrica (q) que atraviesa la sección transversal de un conductor por unidad de tiempo (t).

I = q / t

Se mide en amperios (A) en el SI.

10. Receptor Eléctrico: Definición y Tipos

Un receptor eléctrico es un dispositivo que consume energía eléctrica, transformándola en otro tipo de energía (calor, luz, movimiento, etc.).

En esta unidad se estudian principalmente tres tipos:

• Resistor (o Resistencia): Transforma la energía eléctrica principalmente en calor (efecto Joule).
• Condensador (o Capacitor): Almacena energía eléctrica en forma de campo eléctrico (electricidad estática).
• Bobina (o Inductor): Almacena energía eléctrica en forma de campo magnético.

11. Diferencia entre Materiales Conductores y Aislantes

La diferencia fundamental radica en su estructura atómica y la disponibilidad de electrones móviles:

• Materiales Conductores: Sus átomos tienen electrones en las capas más externas (electrones de valencia) que están débilmente ligados al núcleo. Estos electrones libres pueden moverse fácilmente a través de la estructura del material cuando se aplica una diferencia de potencial, permitiendo el flujo de corriente eléctrica y también la conducción de calor. Ejemplos: metales como cobre, plata, oro.
• Materiales Aislantes (o Dieléctricos): Sus electrones de valencia están fuertemente ligados a sus átomos y participan en los enlaces que forman la estructura molecular o cristalina. No disponen de electrones libres que puedan moverse fácilmente. Por lo tanto, oponen una gran resistencia al paso de la corriente eléctrica y son malos conductores del calor. Ejemplos: plástico, vidrio, aire seco, cerámica.

12. Potencia Disipada por un Resistor

La potencia eléctrica (P) que consume o disipa un resistor se define como la energía eléctrica (E) que transforma (generalmente en calor) por unidad de tiempo (t).

P = E / t

También se puede calcular como el producto del voltaje (V) aplicado a sus extremos por la intensidad de corriente (I) que lo atraviesa:

P = V · I

Utilizando la Ley de Ohm (V = I·R), se obtienen otras fórmulas equivalentes: P = I2 · R y P = V2 / R.

La potencia se mide en vatios (W) en el SI.