Patient profile:

Una vez que se logró la programación de las ecuaciones de las curvas de Ponderación y que se comprobó que los resultados obtenidos son satisfactorios de acuerdo con la norma NMX-075. El siguiente paso es la programación del sonómetro, la cual se realizará siguiendo el algoritmo que se describe a continuación:

Para la respuesta lineal:

1.- Obtención de la señal sonora a través del micrófono de la PC. 2.- Cálculo del RMS.

3.- Cálculo del NPS sin aplicar alguna red de ponderación. 4.- Interpretación y presentación de los resultados en pantalla. Para las redes de ponderación:

1.- Obtención de la señal sonora a través del micrófono de la PC. 2.- Cálculo de la frecuencia, amplitud y fase de dicha señal.

3.- Construcción de una señal senoidal a partir de las características obtenidas

4.- Cálculo de la transformada de Fourier y obtención del valor máximo en frecuencia. 5.- Obtención de los valores ponderados A ó C.

6.- Cálculo de la amplitud ponderada. 7.- Cálculo del NPS.

8.- Interpretación y presentación de los resultados en pantalla.

Figura 4.1.- Diagrama a bloques del algoritmo a seguir.

Una vez establecido el algoritmo, éste se implementará de acuerdo a los pasos establecidos. El diagrama a bloques muestra la estructura de lo que será la programación final, donde las tres respuestas del sonómetro se encontrarán en un mismo programa y que tendrá la opción de poder elegir la respuesta con la que se desee hacer las mediciones. Obtención de la señal Opc. Lineal / Ponderación RMS Frecuencia Ampl. y Fase Construcción de la señal Transformada de Fourier. Ponderación A ó C NPS Amplitud ponderada

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4.2.- Diseño y Programación del Sonómetro con respuesta lineal

Tomando como antecedente el concepto de ganancia en decibeles para los circuitos eléctricos, se tiene la siguiente expresión:

dB=10log10 Pout

Pin ... (7)

la cual es una relación de potencia de entrada y salida de un circuito cualquiera dada en dB.

vv

Figura 4.2.- Representación del circuito del cual se desea calcular la ganancia

Proponiendo que ese circuito es la tarjeta de sonido de la PC, entonces, se tiene un punto de referencia para empezar los cálculos. La potencia del circuito se calcula con la expresión:

P=V2/Z ...(8)

Entonces para Pout y Pin se utilizan los valores correspondientes de entrada y salida. Ahora, proponiendo valores para éste circuito donde:

Zin = Zout = 1KΩ, Vin = 0.2 Vrms Vout = 2.0 Vrms

y sustituyendo en la expresión 7 se obtiene que la ganancia es de 20 dBs:

dB=10log10 Pout P_in = 2.02 1k 0.22 1k =2.02 0.22 =20log10 2.0 0.2=20log1010=20dB Así, que como Zin y Zout son iguales se cancelan y la expresión final queda:

dB=20log10 Vout

Vin ...(9)

Esta expresión es la que se utiliza para programar el Sonómetro de respuesta lineal. Siendo Vin el voltaje de referencia y Vout el voltaje a comparar.

Circuito Vin

Zin

Vout

ακουστικηκοs 39 Para poder programar se tomó el concepto del circuito del cálculo de ganancia expuesto arriba. Primero se obtiene la señal de audio de la tarjeta de la PC (la tarjeta de sonido es el circuito del cual se calculará la ganancia) mediante el VI Sound Card Powerspectrum3 y una vez obtenida se puede calcular el valor rms de la señal mediante un subVI dedicado a esa tarea, esto se hace porque la amplitud de la señal representa un voltaje, en este caso es Vout de la ecuación 9. Una vez obtenido Vout, se sustituye Vin por el valor de referencia que es 0.2 en la expresión 9. Se hace suponer que tanto la impedancia de salida como de entrada de la tarjeta son del mismo valor, lo cual permite entender que la relación de ambas es la unidad, por lo consiguiente se puede utilizar como voltaje de referencia a Vin = 0.2 Vrms.

Figura 4.3.- Programación final del Sonómetro lineal mediante los subVIs de LabVIEW.

Es necesario mencionar que el valor de referencia puede ser ajustable, esto es debido a que los micrófonos tienen diferentes características. En un futuro si este programa se ejecuta en diferentes PCs, el usuario será capaz de ajustar las mediciones a diferentes frecuencias, obtener un promedio y sustituirlo para que sus mediciones sean acorde a las características del micrófono de su PC para evitar así la discrepancia en sus mediciones. Más adelante se seguirá usando este concepto de ajuste con la misma finalidad para la programación del Sonómetro con respuesta en las curvas de Ponderación A y C

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4.3.- Programación del Sonómetro con respuesta en las curvas de Ponderación A y C

4.3.1.- Aplicación de la estructura Formula Node a la programación de las

ecuaciones

Recordando que la ecuación de la curva de Ponderación A está dada por:

(

12200

)(

2 4

_{) (}

_{) (}

1

₎

( ) _{2 2 2 2 0.5 0.5} 2 2 2 2 20.6 12200 _{107.7 737.9} f A f f f _{f f} = × + + _{+ +} …………. (1)

Entonces, mediante simple observación de la igualdad se nota que se tienen cuatro valores constantes que se elevan al cuadrado, por consiguiente éstos valores no necesitan ser calculados por el programa, es más conveniente introducirlos a la estructura ya elevados al cuadrado:

1.- 20.6² = 424.36

2.- 12200² = 148840000 3.- 107.7² = 11599.29 4.- 737.9² = 544496.41

Estos valores se introducen como constantes y no como valores a calcular sus cuadrados. Ahora para la frecuencia, ésta es calculada con el valor inicial que está dado por u y v (u y v son valores obtenidos directamente de la programación, u es un valor de referencia de inicio y v el número de iteración que genera el barrido de frecuencias). Definida la frecuencia como m, la frecuencia al cuadrado será igual a m2 que es el cuadrado de m, y la frecuencia elevada a la cuarta será declarada como m3 que será el cuadrado de m2, quedando de la siguiente manera:

m = (v + u) m2 = m * m m3 = m2 * m2

Para calcular el valor de la ecuación de Ponderación A se ha dividido en dos partes el cálculo.

D = (148840000*m3)/ ((m2 + 424.36)*(m2 + 148840000)) E = 1/(sqrt(m2 + 11599.29)*sqrt(m2 + 544496))

Donde:

D se ha definido como la primera parte de la ecuación y es equivalente a:

(

2 _20.6122002

)(

2 42 ₁₂₂₀₀2

)

f

ακουστικηκοs 41 E como la segunda parte y es equivalente a:

(

_{2 2}

) (

0.51 _{2 2}

)

0.5

107.7 737.9

f + f +

de la ecuación 1.

Con estas operaciones queda resuelta parcialmente la ecuación de ponderación, pero para completar el cálculo basta hacer una multiplicación de D con E:

A = D * E Donde:

A es la frecuencia ponderada a calcular. D la primera parte de la ecuación 1 y E la segunda parte de la ecuación 1.

Y finalmente para la conversión de los valores lineales a decibeles, se hace el cálculo de k que queda definida como:

k = 20*log (A/G) Donde:

G es el valor de referencia de 0.79434639580229505. k es la conversión de los valores lineales en dB.

Ahora en los bordes de la estructura se debe de definir entradas y salidas, la siguiente tabla muestra como fueron declaradas las variables.

Entradas (Valores ya conocidos)

Salidas

(Valores desconocidos, a calcular)

u m v m2 G m3 D E A k

Tabla 4.- Muestra de las entradas y salidas de la estructura Formula Node para la ecuación de la curva de Ponderación A. Las variables no guardan relación con alguna magnitud física conocida.

ακουστικηκοs 42 Figura 4.4.- muestra la programación final de la ecuación de Ponderación A dentro de la estructura Formula Node.

Para la ecuación de la curva de Ponderación C se sigue el mismo procedimiento. De igual forma, recordando que la ecuación de la curva de Ponderación C es:

2 2 2 2 2 2 12200 ( ) ( 20.6 )( 12200 ) f C f f f = + + ………(1)

Esta ecuación cuenta con tres valores que se elevan al cuadrado, lo mismo que en el caso anterior no necesitan ser calculados por el programa y es mejor introducirlos a la fórmula ya elevados al cuadrado, quedando como siguen:

1.- 20.6² = 424.36

2.- 12200² = 148840000

Para las frecuencias es la misma situación que el caso anterior. La frecuencia está dada por la suma de los valores de u y v, esa suma se denomina como m y la frecuencia al cuadrado como m2 quedando lo siguiente:

m = (v + u) m2 = m * m

Para hacer el cálculo de la ecuación de la curva de Ponderación C, se subdivide en tres partes para hacer más sencilla la resolución.

A = (148840000 * m2) B = (m2 + 42436) C = (m2 + 148840000)

Donde A es 122002f2, B es (f2+20.62) y C es (f2+122002) de la ecuación 1. Para

finalizar el cálculo se asigna otra variable H para determinar los valores ponderados. Por lo tanto dentro de la estructura la ecuación queda:

ακουστικηκοs 43 Y finalmente para la conversión de valores lineales a decibeles, se declara otra variable k y una constante G = 0.99290486 que es el valor de referencia a 1000 Hz. La ecuación queda como:

k=20*log(H/G)

La siguiente tabla muestra las entradas y salidas sobre los bordes de la estructura Formula Node para la programación de la ecuación de Ponderación C.

Entradas (Valores ya conocidos)

Salidas

(Valores desconocidos, a calcular)

u m v m2

G H, k

A, B, C,

Tabla 5.- Entradas y salidas de la estructura Formula Node para la programación de la ecuación de Ponderación C. Las variables no guardan relación con alguna magnitud física conocida.

Figura 4.5.- Programación final de la ecuación de Ponderación C dentro de la estructura.

Hasta este punto, en conclusión, se puede afirmar que se redujo el tiempo de cálculo de las variables de la ecuación, ya que no se utilizaron los distintos subVIs que estaban presentes en la programación que se mostró en el capítulo III, entonces lo que permitió esta estructura fue programar dos nuevos subVIs que realizan en una sola operación todos los cálculos referentes a las ecuaciones de Ponderación A y C.

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4.3.2.- Programación del Sonómetro con la respuesta A y C

El primer paso para empezar a programar el Sonómetro es obtener la señal de audio de la tarjeta de sonido, para ello se utiliza el VI Sound Card Powerspectrum, una vez obtenida la señal de audio ésta se puede manipular para los fines de programación. De esa señal de audio se necesita conocer sus propiedades y para lograrlo se utiliza un subVI Tone Measurements que permite conocer la frecuencia, la amplitud y la fase de la señal.

 

Figura 4.6.‐ SubVI Tone Measurements que permite conocer las características de la señal. 

Como las señales que se reciben del exterior son analógicas, tienen una forma indefinida, entonces para seguir con la programación es mejor tener una señal más familiar como lo es la señal senoidal. LabVIEW permite poder hacer esto de una forma sencilla. Las características que se obtuvieron de la señal se introducen en un nuevo subVI llamado Sine Waveform, éste construirá una señal senoidal con las características dadas.

Figura 4.7.-SubVI sine Waveform que permite generar una señal senoidal.

Una vez obtenida esa señal senoidal se aplica la transformada de Fourier que permite pasar la señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. Para hacer este proceso solo basta conectar otro subVI dedicado a esa tarea. Después de obtenida la transformada se obtiene el valor máximo de la señal en frecuencia y para determinarlo se utiliza un segundo subVI. Este subVI Waveform Min Max calcula ya sea el valor máximo o mínimo de la señal.

Figura 4.8.- De izquierda a derecha, SubVI que realiza la transformada de Fourier y Waverorm Min Max que calcula el valor máximo de la señal.

Ese valor máximo entra en la terminal < N > de la estructura for e indica hasta dónde llega el número de iteraciones, se recordará del capítulo III que las iteraciones son de

ακουστικηκοs 45 uno en uno hasta N y en este caso la condición de inicio es cero. Una vez que ese valor máximo entra en la estructura se comienzan a calcular los valores ponderados de acuerdo con la programación de la ecuación de la curva de Ponderación A .

Una vez que se obtienen los valores ponderados, lo que sigue es calcular el Nivel de Presión Sonora ó NPS, que se calcula con la siguiente ecuación:

NPS=10log10 P P0 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 2 =20log10 P P0 Donde:

NPS = Nivel de Presión Sonora en dB. P = Presión Sonora en Pascales. P0 = Presión de referencia 2x10-5 Pa.

Para calcular la amplitud ponderada se utiliza la siguiente expresión: Ap=Ampmax 10 x 20 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ Donde Ap = Amplitud ponderada

Ampmax = Amplitud máxima de la señal en frecuencia. x = La frecuencia ponderada

Una vez obtenida la amplitud ponderada se puede calcular la el NPS programando la siguiente expresión:

NPS=20logAmpPon V_ref

Donde: Vref = 20μPa.

Una vez conocidos estos datos, se procede a evaluar el valor de la frecuencia en la ecuación de ponderación deseada. El valor resultante se regresa a unidades lineales y se multiplica con la amplitud para obtener la amplitud ponderada, y por último, ya con esta amplitud ponderada se procede a calcular el nivel de presión sonora.

Para la ecuación de la curva de Ponderación C el procedimiento es el mismo, se aplica el mismo criterio para el cálculo del NPS y maneja el mismo valor de referencia de 20μPa. Las siguientes figuras ilustran el aspecto de la programación final del cálculo de los valores ponderados tanto de la red A como de la red C. También se ilustra el cálculo de la amplitud ponderada y cómo se utiliza éste valor para calcular el NPS.

ακουστικηκοs 46 Figura 4.9.- Programación final del Sonómetro con respuesta en la curva de Ponderación A.

Figura 4.10.- Programación final del Sonómetro con respuesta en la curva de Ponderación C.

Los sonómetros físicos cuentan por lo menos con dos opciones de medición, ya sea con la respuesta lineal y con algunas de las redes de ponderación o con las puras redes. Eso ayuda a realizar mediciones más adecuadas a las necesidades que se presentan. En este proyecto se busca obtener algo similar, y es relativamente sencillo llevarlo a cabo. Una vez que ya se programaron las tres respuestas que son la lineal y la ponderación A y C, se pueden conjuntar en un mismo programa las tres respuestas y hacer los arreglos necesarios para poder elegir la opción deseada dentro de un mismo programa, tal como se realiza en un sonómetro físico.

No presenta dificultad conjuntar las tres respuestas en un mismo programa, ya que primero se toma en cuenta que tanto el sonómetro lineal como el sonómetro con respuesta ponderada en A o C toman la señal de audio del mismo VI Sound Card Powerspectrum y que todos corren dentro de la misma estructura While. Una vez que se sabe esto, se puede meter la programación de las tres respuestas dentro de la estructura While y hacer los arreglos necesarios para crear los menús que permitan elegir alguna de las tres opciones. La siguiente figura muestra la programación de las tres respuestas en un solo programa, creando un nuevo VI que se ha guardado con el nombre de sonómetro.

ακουστικηκοs 47 Figura 4.11.- Aspecto final del diagrama de bloques del VI sonómetro, en el cual se pueden apreciar los arreglos que

permiten escoger la respuesta deseada.

El panel frontal permite al programador hacer los arreglos estéticos que este desee para con el VI que programó. En el caso del VI sonómetro que se creó, el aspecto final fue el que se muestra en la Figura 4.12.

Figura 4.12.- El aspecto final del sonómetro en la ventana del panel frontal, donde se pueden apreciar las tres opciones de respuesta.

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Capítulo V

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In document Acute Kidney Injury in the intensive care unit: Risk factors and Outcomes (Page 49-56)