iki kanal saf ton dijital odyometre tasarımı gökhan manav yüksek

advertisement
İKİ KANAL SAF TON DİJİTAL ODYOMETRE
TASARIMI
GÖKHAN MANAV
YÜKSEK LİSANS TEZİ
ELEKTRİK EĞİTİMİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
OCAK 2013
ANKARA
Gökhan MANAV tarafından hazırlanan “İKİ KANAL SAF TON DİJİTAL
ODYOMETRE TASARIMI” adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun
olduğunu onaylarım.
Yrd. Doç. Dr. Ali SAYGIN
…………………………………
Tez Danışmanı, Elektrik Elektronik Mühendisliği (Teknoloji Fak.) Anabilim Dalı
Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Elektrik Eğitimi Anabilim Dalında
Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir.
Prof. Dr. Mustafa ALKAN
…………………………………
Elektrik Elektronik Mühendisliği (Teknoloji Fak.) Anabilim Dalı
Doç. Dr. Ayhan ERDEM
…………………………………
Bilgisayar Mühendisliği (Teknoloji Fak.) Anabilim Dalı
Doç. Dr. Mahir DURSUN
…………………………………
Elektrik Elektronik Mühendisliği (Teknoloji Fak.) Anabilim Dalı
Doç. Dr. Recep DEMİRCİ
…………………………………
Bilgisayar Mühendisliği (Teknoloji Fak.) Anabilim Dalı
Yrd. Doç. Dr. Ali SAYGIN
…………………………………
Elektrik Elektronik Mühendisliği (Teknoloji Fak.) Anabilim Dalı
Tarih: 22.01.2013
Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini
onamıştır.
Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
…………………………………
TEZ BİLDİRİMİ
Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde
edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu
çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf
yaptığımı bildiririm.
Gökhan MANAV
iv
İKİ KANAL SAF TON DİJİTAL ODYOMETRE
TASARIMI
(Yüksek Lisans Tezi)
Gökhan MANAV
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Ocak 2013
ÖZET
Bu çalışmada, temel işitme testlerinde kullanılan saf ton, frekans modülasyonlu
ve maskelemede kullanılan beyaz gürültü ile pembe gürültü ses sinyallerini iki
ayrı kanaldan üretebilen odyometre tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir.
Odyometrede ses sinyallerin şiddet kontrollü dijital ortamda tümleşik devrede
gerçekleştirilmiştir.
Tez
çalışmalarında
geliştirilen
mimari
cihazın
geliştirilmesine olanak sağlayan modüler özellikler içermektedir. Odyometre
için özel anahtarlamalı mod güç kaynağı tasarlanmış olup hat yoluyla
gelebilecek gürültüler engellenmiştir. Odyometreyi besleyen güç kaynağı cihaz
dışına alınmış, bu sayede cihazın çıkış sinyallerindeki sinyal gürültü oranı
iyileştirilmiştir. Elde edilen çıkış sinyalleri Maico firmasının MA53 model saf
ton odyometresinin çıkış sinyalleri ile karşılaştırılmıştır. Cihaz tasarım ve
üretim özelliklerinin belirlenmesinde TS 9595-1 EN 61645-1 (Elektroakustik –
İşitme Cihazları – Bölüm 1: Saf Ton Odyometreler) standartları referans
alınmıştır.
Bilim Kodu
: 703.1.036
Anahtar Kelimeler : Saf ton odyometre, işitme testi, medikal cihazlar, odyoloji
Sayfa Adeti
: 61
Tez Yöneticisi
: Yrd. Doç. Dr. Ali SAYGIN
v
TWO CHANNEL PURE TONE DIGITAL ODYOMETER
DESIGNING
(M.Sc. Thesis)
Gökhan MANAV
GAZİ UNIVERSITY
INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
January 2013
ABSTRACT
In this study, an audiometer that can produce pure tone which is used on basic
hearing tests, and frequency modulated white and pink noise which are used in
masking that can be produced for each ears via separate channels, is designed
and produced. On this audiometer, the amplitude control of sound signals are
digitally managed on integrated circuit. The device, developed during thesis
studies, has modular specifications that enable the architectural device to be
enhanced. For the audiometer,
a special relayed, mode power supply is
designed and noises which can occur via line are averted. The power supply that
feeds the audiometer is taken outside the device thanks to this signal noise rate
on the output signals of the device is meliorated. Output signals are compared
with the output signals of MA53 model pure tone audiometer of Maico Firm. In
determining the device specifications, TS 9595-1 EN 61645-1 (electroacoustic –
hearing aids – Section 1: Pure Tone Audiometers) is used as a reference.
Science Code
: 703.1.036
Key Words
:Pure tone audiometer, Hearing test, Medical devices,
Audiology
Page Number
: 61
Adviser
: Assist. Prof. Dr. Ali SAYGIN
vi
TEŞEKKÜR
Başta tez çalışması olarak odyometre tasarımını kabul eden ve bu konuda beni
yüreklendiren saygı değer hocam Yrd. Doç. Dr. Ali SAYGIN’a, odyoloji bilgisi ve
tecrübesi ile bize yol gösteren Uzman Dr. Ahmet TATARAĞSI’na, yıllardır
odyometre cihazlarının bakım ve onarımlarını yapan ve deneyimlerini bizimle
paylaşan Entek Elektronik Ltd. Şti.’ne, projenin hayata geçirilmesinde bize verdiği
desteklerinden ötürü Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi’ne, tez
yazım sürecinde bana yol gösteren Prof. Dr. Mustafa ALKAN, Doç. Dr. Ayhan
ERDEM, Doç. Dr. Mahir DURSUN, Doç. Dr. Recep DEMİRCİ’ye ve her zaman
yanımda olan aileme teşekkürü borç bilirim.
vii
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET........................................................................................................................... iv
ABSTRACT ................................................................................................................. v
TEŞEKKÜR ................................................................................................................ vi
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ......................................................................................... ix
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ............................................................................................... x
RESİMLERİN LİSTESİ ........................................................................................... xiii
SİMGELER VE KISALTMALAR ........................................................................... xiv
1. GİRİŞ ....................................................................................................................... 1
2. ODYOLOJİ .............................................................................................................. 4
2.1. Kulak Fizyolojisi ve İşitme .............................................................................. 4
2.2. Ses İletim Yolları ............................................................................................. 5
2.3. Odyoloji Testlerinde Ses Şiddeti ...................................................................... 6
2.4. Odyometre ........................................................................................................ 7
2.5. Odyogram ......................................................................................................... 8
2.6. Standartlar ...................................................................................................... 10
2.6.1. Belirli tipteki sabit frekanslı odyometrelerin şartları ........................... 10
2.6.2. Saf ton frekanslar ve ilgili frekanslarda uygulanabilecek maksimum ses
şiddetleri ............................................................................................... 12
2.6.3. Toplam harmonik bozulma .................................................................. 12
2.6.4. Frekans modülasyonlu ses tonları için standartlar ............................... 13
2.6.5. Dar bantlı gürültü ................................................................................. 13
2.6.6. Ses basınç seviyesinin ve titreştirici kuvvet seviyesinin doğruluğu ..... 15
2.6.7. Odyogram biçimi .................................................................................. 15
3. ODYOMETRE TASARIMI .................................................................................. 16
viii
Sayfa
3.1. Ana Kontrol Devresi ...................................................................................... 19
3.2. Kontrol Butonları ve Uyarı Işıklarının Yer Aldığı Kontrol Platformu .......... 19
3.3. Ekran .............................................................................................................. 22
3.4. Saf Ses Tonları, Beyaz Gürültü ve Frekans Modülasyonlu Ses
Sinyallerinin Üretimini Gerçekleştiren Devre ................................................ 23
3.5. Altıncı Dereceden 12kHz Alçak Geçiren Devre ............................................ 24
3.6. İkinci Dereceden Band Geçiren Filtre Devresi .............................................. 29
3.7. Beyaz Gürültü – Pembe Gürültü Veri Seçici Devresi .................................... 31
3.8. Sağ-Sol Kanal Hava Yolu ve Kemik Yolu Veri Seçici Devresi .................... 32
3.9. Ses Sinyali Güç Yükselteç Katı ..................................................................... 33
3.10.Çıkış Röleleri.................................................................................................. 34
3.11.Çıkış Rölesi Veri Seçici Devresi .................................................................... 34
3.12.Odyometrede Kullanılacak SMPS Kaynak Tasarımı ..................................... 34
3.13.Doğrusal Regülasyon Devreleri ..................................................................... 39
3.14.Gerçekleştirilen Çıkış Sinyalleri .................................................................... 40
3.14.1.Saf ton ses sinyalleri ............................................................................ 40
3.14.2.Frekans modülasyonlu ses sinyalleri ................................................... 40
3.14.3.Maskeleme işlemi ................................................................................ 41
3.15.Mikrodenetleyicilerinin Gömülü Yazılımları................................................. 42
3.16.Tasarlanan Odyometre ile MA53 Odyometresinin Saf Ton Ses
Sinyallerinin Karşılaştırılması ........................................................................ 45
4. SONUÇ VE ÖNERİLER ....................................................................................... 57
KAYNAKLAR .......................................................................................................... 59
ix
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge
Sayfa
Çizelge 2.1. Standart frekanslara göre normal bir insanın duyma seviyeleri............... 7
Çizelge 2.2. Odyogram üzerinde kullanılan standart şekiller [14]............................... 9
Çizelge 2.3. Sabit frekanslı odyometreler için asgarî fonksiyonlar [15].................... 11
Çizelge 2.4. Verilen en düşük sayıdaki frekans değerleri ve sabit frekanslı
odyometreler için en düşük işitme seviyesi değer aralıkları [15] .......... 12
Çizelge 2.5. Titreştirici kuvvetin veya ses basıncının yüzdesi olarak verilen
harmonik bozulmanın müsaade edilen en yüksek değerleri [15] .......... 13
Çizelge 2.6. Bandın merkezî frekanstaki seviyesine atfen -3dB'lik ses basınç
spektrum yoğunluk seviyesi için alt ve üst kesim frekansları [15] ....... 14
Çizelge 2.7. İşitme eşik seviyelerinin grafikle gösterimi için semboller (15) ........... 15
Çizelge 3.1. Tasarlanan odyometre devre numaralarının açıklamaları ...................... 18
Çizelge 3.2. Buton ve uyarı ışıklarının kullanım amaçları......................................... 21
Çizelge 3.3. Aktif filtre devresinin uygulama sonucunda elde edilen veriler ............ 28
Çizelge 3.4. dsPIC33FJ256GP710A output compare modülü kaydedici değerleri ... 30
Çizelge 3.5. Ana kontrol entegresi tarafından gönderilen ön kod.............................. 43
x
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil
Sayfa
Şekil 2.1. Sağlıklı ve 4000Hz ‘de işitme kaybı olan bir insanın odyogramları [13] .... 9
Şekil 3.1. Tasarlanan odyometrenin blok diyagram şeması ....................................... 16
Şekil 3.2. Ana kontrol devresi .................................................................................... 19
Şekil 3.3. Kontrol butonları ve uyarı ışıklarının yer aldığı kontrol platformu devre
bağlantıları ................................................................................................. 20
Şekil 3.4. dsPIC33FJ256GP710A mikrodenetleyici entegresi ile WM8510
CODEC entegresi arasındaki bağlantılar ................................................... 23
Şekil 3.5. CODEC çıkışındaki ön yükselteç devresi .................................................. 24
Şekil 3.6. CODEC çıkışındaki sinyalin spektrum analiz sonuçları ............................ 25
Şekil 3.7. Tasarlanan 12kHz alçak geçiren filtre çıkışının spektrum analiz
sonuçları .................................................................................................... 25
Şekil 3.8. (a) Çok katmanlı geribesleme yapısına sahip aktif filtre devresi (b)
devrenin transfer fonksiyonu..................................................................... 26
Şekil 3.9. 12kHz filtre devresinin MATLAB simülasyonunda elde edilen Bode
eğrisi .......................................................................................................... 26
Şekil 3.10. Bir kanal için altıncı dereceden 12kHz alçak geçiren filtre devresi ........ 27
Şekil 3.11. Odyometrede kullanılan band geçiren filtre bağlantı şeması ve gerekli
hesaplamaları........................................................................................... 30
Şekil 3.12. İkinci dereceden band geçiren filtre devresi ............................................ 31
Şekil 3.13. Beyaz - Pembe gürültü veri seçici devresi ............................................... 32
Şekil 3.14. Sağ-sol kanal hava yolu ve kemik yolu veri seçici devresi ..................... 32
Şekil 3.15. Ses sinyali güç yükselteç katı devresi ...................................................... 33
Şekil 3.16. (a) Çıkış rölesi devre bağlantıları (b) çıkış rölesi seçicim devresi ........... 34
Şekil 3.17. Başka bir anahtarlamalı mod güç kaynağı spektrum analizi ................... 36
Şekil 3.18. Doğrusal yapıdaki güç kaynağı spektrum analizi .................................... 36
xi
Şekil
Sayfa
Şekil 3.19. Odyometre için tasarlanan anahtarlamalı mod güç kaynağı spektrum
analizi ...................................................................................................... 37
Şekil 3.20. Doğrusal regülasyon devreleri ................................................................. 40
Şekil 3.21. Beyaz gürültü spektrum analizi ............................................................... 42
Şekil 3.22. Kontrol entegresi PIC18F4550 yazılımının akış şeması .......................... 44
Şekil 3.23. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
125Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ............. 46
Şekil 3.24. MA53 odyometresinin 125Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 46
Şekil 3.25. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
250Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ............. 47
Şekil 3.26. MA53 odyometresinin 250Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 47
Şekil 3.27. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ............. 48
Şekil 3.28. MA53 odyometresinin 500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 48
Şekil 3.29. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
750Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ............. 49
Şekil 3.30. MA53 odyometresinin 750Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 49
Şekil 3.31. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
1000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ........... 50
Şekil 3.32. MA53 odyometresinin 1000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 50
Şekil 3.33. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
1500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ........... 51
Şekil 3.34. MA53 odyometresinin 1500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 51
Şekil 3.35. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
2000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ........... 52
xii
Şekil
Sayfa
Şekil 3.36. MA53 odyometresinin 2000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 52
Şekil 3.37. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
3000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ........... 53
Şekil 3.38. MA53 odyometresinin 3000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 53
Şekil 3.39. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
4000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ........... 54
Şekil 3.40. MA53 odyometresinin 4000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 54
Şekil 3.41. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
6000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ........... 55
Şekil 3.42. MA53 odyometresinin 6000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 55
Şekil 3.43. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
8000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü ........... 56
Şekil 3.44. MA53 odyometresinin 8000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü ....................................................................................... 56
xiii
RESİMLERİN LİSTESİ
Resim
Sayfa
Resim 2.1. Kulağın yapısı [10] .................................................................................... 5
Resim 2.2. (a) Her odyometrede bulunması gereken temel üniteler (b) Standart bir
odyometre ve kullanılan donanım [12] ..................................................... 7
Resim 3.1. Tasarlanan odyometre devrelerinin deneme platformu üzerindeki
görüntüsü ................................................................................................. 17
Resim 3.2. Odyometrenin kutulama işlemi tamamlandıktan sonraki görüntüsü ....... 18
Resim 3.3. GLCD ekran çıktıları (a) parametre ekranı (b) sonuç ekranı ................... 22
Resim 3.4. Filtre girişine uygulanan 4 kHz giriş sinyali ile çıkış sinyali................... 27
Resim 3.5. (a) Filtre devresinin simülasyonu ile uygulama sonuçlarının
karşılaştırılması (b) Elde edilen sonuçlarda simülasyon ile uygulama
arasındaki hata miktarı ............................................................................ 29
Resim 3.6. TDH39 kulaklık seti (a) kemik yolu (b) hava yolu .................................. 33
Resim 3.7. (a) Başka bir SMPS yapıdaki güç kaynağının çıkışı gerilimi (b)
Doğrusal yapıdaki güç kayağı çıkış gerilimi (c) odyometre için
tasarlanan SMPS yapıdaki güç kaynağının çıkış gerilimi ....................... 35
Resim 3.8. Pico ADC 212 Sanal Enstrüman .............................................................. 37
Resim 3.9. Doğrusal yapıdaki güç kaynağı baskı devre çizimi ................................. 38
Resim 3.10. Odyometre için tasarlanan SMPS yapıdaki güç kaynağının baskı
devre çizimi ........................................................................................... 38
Resim 3.11. TOP244Y SMPS gömülü sisteminin örnek devre bağlantıları .............. 38
Resim 3.12. Tasarlanan (a) doğrusal yapıdaki güç kaynağı (b) SMPS yapıdaki güç
kaynağı .................................................................................................. 39
Resim 3.13. Maico Firması MA53 model odyometresi ............................................. 45
Resim 3.14. LeCroy 625Zi model osilaskobu ............................................................ 45
xiv
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda
sunulmuştur.
Simge
Açıklama
Modülatör frekansı
Çentik filtre frekansı
Merkez frekans
Band geçiren filtre devresinin kazancı
Alçak geçiren filtre devresinin kazancı
Çentik filtrenin 0Hz’deki kazancı
Q
Band geçiren filtrede seçicilik faktörü
Kısaltmalar Açıklama
ABR
Acoustic Brain Research (Beyinsapı Cevaplı Odyometri)
CODEC
Coder Decoder (Kodlayıcı-Kod Çözücü)
DAC
Digital Analog Converter (Dijital-Analog Dönüştürücü)
DDS
Direct Digital Synthesis (Doğrudan Dijital Sinyal Üreteci)
EMC
Elektromagnetic Compatibility (Elektromanyetik Uyumluluk)
GLCD
Graphic liquid Crystal Display (Likit Kristal Grafik Ekran)
HL
Hearing Level (İşitme Seviyesi)
PGA
Programmable Gain Amplifier (Programlanabilir Yükselteç)
SISI
Small Increment Sensitivity Index (Kısa Artım Duyarlılığı İndeksi)
SMPS
Switched Mode Power Supply (Anahtarlamalı Mod Güç Kaynağı)
SPL
Sound Pleasure Level (Ses Basınç Seviyesi)
TEOAE
Transient-Evoked Otoacoustic Emission (Geçici Uyarılmış Emisyon)
THD
Total Harmonic Distortion (Toplam Harmonik Bozulma)
TSE
Türk Standartlar Enstitüsü
1
1. GİRİŞ
Odyometre, kişilerin işitme kaybının belirlenmesinde kullanılan odyoloji için temel
bir cihazdır. Dünya pazarında odyolojide kullanılan ürünlerin önemli bir kısmı
Almanya, Danimarka, Amerika ve Finlandiya gibi ülkeler de üretilmektedir. Bu
durum elbette ki bu konu ile yapılan çalışmalar ve elde edilen bilgi birikimi ile
doğrudan orantılıdır.
İşitme kaybının ölçülmesinde ilk kullanılan araçlar diyapazonlardır. Bunlar belirli saf
ses frekanslarını üretebilen çatal şeklinde çubuklardır. Ses şiddeti ise diyapazona
vurma şiddeti ile ayarlanır. Elektronik devre elemanlarının gelişimine paralel olarak
bu alanda analog yapıdaki odyometreler üretilmeye başlandı. Fakat analog
odyometrelerin
sık
sık
kalibrasyonu
gerekir ve devre bileşenlerinin
ısıl
sürüklenmeleri fazladır. Isıl sürüklenmeyi önlemek adına ısıl sürüklenmenin fazla
olabileceği devre bileşenleri, belirlenmiş sıcaklık değerine ulaşıncaya kadar ısıtılır ve
cihaz bu ısıtma işleminden sonra devreye girer. Bu durum ilk çalışma anında belirli
bir süre gecikmeye neden olur.
Dijital
elektronikteki
gelişmeler,
odyometrenin
dijital
platformda
gerçekleştirilmesine imkân tanımıştır. 1988 yılında Mudduveerappa ve arkadaşları
[1] Intel firmasının 8085 işlemcisini kullanarak tasarladıkları dijital kontrollü bir
odyometrenin prensip şemasını yayınlamışlar ve aldıkları sonuçların tatmin edici
olduğunu bildirmişlerdir. 1993 yılında R.W.Stewart ve arkadaşları [2] saf ton,
gürültü ve konuşma sinyallerini Motorola firmasının DPS56001 bilgisayar kontrollü
deneme kartında gerçekleştirdikleri çalıştırmaların sonuçlarını yayınlamışlardır. HanChang Wu ve arkadaşları [3] ise saf ses tonlarının üretiminde Analog Device
firmasının AD9850 doğrudan dijital sinyal üreteci (DDS-Direct Digital Synthesizer)
entegresini, genlik ayarında Dallas firmasının DS1807 entegresini AT89C52 ATMEL
mikrodenetleyici ile kontrol ederek bilgisayar kontrollü odyometre tasarladıkları
çalışmalarını 1999 yılında yayınlamışlardır. Çalışmalarında dijital odyometrelerin
üretim maliyetini azaltmış olduklarını belirtmişlerdir. 2003 yılında Norio Nakamura
[4] cep telefonlarına kurulabilen program sayesinde kişilerin cep telefonlarını
2
kullanarak kendi kendilerine odyoloji testlerini yapmalarına imkân tanıyan bir
program geliştirmiş, böylelikle kişilerin işitme kayıplarının erken teşhisi edilmesine
ve kişileri konu ile ilgili uzmanlara yönlendirilmesine olanak tanıyacak bir çalışma
yapmıştır. 2007 yılında Krzysztof Kochanek ve arkadaşları [5] “Kuba mikro AS”
firmasının üretmiş olduğu paket bilgisayar tabanlı beyinsapı cevaplı odyometri
(ABR- Acoustic Brain Research) ve geçici uyarılmış akustik emisyon (TEOAETransient-Evoked
Otoacoustic
Emission)
testlerini
gerçekleştirebilen
dijital
odyometreyi incelemişler ve fiyat performans karşılaştırılması açısından gayet
başarılı bulmuşlardır. Yine aynı yıl Su-Lim TAN ve arkadaşları [6] tarafından
tamamen
mikrodenetleyici
kontrollü
konuşma
odyometresinin
uygulaması
gerçekleştirmişler, hasta verilerini bilgisayar tarafında oluşturdukları veritabanında
kayıt altında tutmuşlardır. 2008 yılında Yknlef Fayçal ve arkadaşları [7] standart bir
bilgisayarın ses kartını kullanarak saf ton ses sinyallerini üretilmesini amaçlayan bir
çalışma gerçekleştirmişlerdir. Bu çalışmalarında işitme kaybı testlerinin tamamen
bilgisayar ortamında gerçekleştirilmesiyle bireysel işitme testlerinin kolay bir şekilde
yapılabilmesini amaçlamışlardır.
Ülkemizde odyometre tasarımına yönelik çalışmalardan bir tanesi Yusuf ARPAT’ın
[8] 2006 yılında yapmış olduğu çalışmadır. Yusuf ARPAT, uygulamasında saf ton
sinüs sinyallerinin üretilmesinde AD9833 DDS entegresini, denetleyici devre
elemanı olarak Texas Instrument firmasının MSP430FG439 entegresini kullanmıştır.
Diğer gürültü ve FM sinyallerinin üretimini analog olarak gerçekleştirmiştir.
Bu çalışmada ise iki kanal saf ton dijital odyometre tasarımı ve uygulaması
gerçekleştirilmiştir. Bu sayede her iki kulak için farklı genlikte ve frekansta sinyaller
uygulanarak odyolojik rahatsızlık seviyesinin doğru tespit edilmesi sağlanmıştır.
Bağımsız iki kanal sayesinde farklı klinik testler ve araştırmalara imkan sağlanmıştır.
Uygulamada ses sinyallerinin dijital platformda oluşturulması Microchip firmasının
dsPIC33FJ256GP710A entegresi kullanılarak gerçekleştirilmiş, dijital platformda
oluşturulan sinyaller WM8510 kodlayıcı-kod çözücü (CODEC - Coder Decoder)
entegresi kullanılarak analog hale dönüştürülmüştür. Ses sinyallerinin genlikleri
CODEC entegresi içerisindeki programlanabilir yükselteç katı ile dijital olarak 5
3
desibel aralıklarla değiştirilmiştir. Kanal seçim işlemleri ve ses sinyallerinin
kuvvetlendirilmesi analog olarak gerçekleştirilmiştir.
Bu tez dört bölümden oluşturulmuştur. İkinci bölümde; kulak fizyolojisi ve odyoloji
hakkında teorik bilgiler verilmiştir. Bu kısımda amacımız okuyucu konu hakkında
kısaca bilgilendirmektir. Üçüncü bölümde; tasarlanan iki kanal saf ton dijital
odyometresinin yapısı hakkında bilgi verilmiştir. Oluşturulan kartların her biri tek tek
incelenmiştir. Bölümün sonunda tasarlanan odyometre ile ticari bir odyometrenin
çıkış sinyalleri karşılaştırılmıştır. Tezin son bölümü sonuç ve öneriler kısmıdır.
4
2. ODYOLOJİ
İnsanda akustik enerjinin ‘ses’ olarak algılanması olayına işitme denilir. İnsanlar 20
ile 20 000 Hz arasındaki frekansları işitebilirler. İşitme fonksiyonlarının incelenmesi
amacıyla yapılan çalışmalar odyometri adı altında toplanır. Odyometri; kişinin işitsel
uyarılara göstereceği tepkinin izlenmesi yoluyla, işitme yeteneğinin ölçülmesi için
uygulanan bir ‘psiko-fizik girişim’ olarak da tanımlanabilir. İşitmeyi inceleyen bilim
dalına odyoloji, işitme ölçümlerini yapan uzmanlaşmış kişilere de odyolog denir [9].
2.1. Kulak Fizyolojisi ve İşitme
Kulak; dış kulak, orta kulak ve iç kulak olmak üzere 3 kısımdan meydana
gelmektedir. Burada dış kulak diye adlandırılan ve kulak kepçesinden kulak zarına
kadar olan kısım, hava titreşimlerinin kulak zarına ulaşması ve kulak zarının toz gibi
dış etkenlerden korunmasını sağlar. Orta kulak, kulak zarından işitme organı diye
adlandırılan salyangoza (Cochlea) kadar olan kısımdır. Orta kulakta sesi iletimini
sağlayan çekiç, örs ve üzengi olmak üzere üç kemik bulunur. Bu kemikler kulak
zarından gelen titreşimleri iç kulaktaki salyangoza iletirler. İletim yuvarlak pencere
ve oval pencere olmak üzere iki yolla gerçekleşir. Burada yuvarlak pencere sesin
hava yoluyla iletildiği kısımdır. Oval pencere ise sesi kemik yolu üzerinden (çekiç,
örs, üzengi kemikleri) işitme organına ulaştırır. Sesin hava ve kemik yolunda iletim
hızları farklı olduğu için bu durum iki iletim arasında faz farkı olmasına neden olur.
Ses dalgaları, farklı fazlarda iletildiği zaman, işitme organında oluşan aksiyon
potansiyellerin optimum seviyede olduğu tespit edilmiştir. Orta kulağın önemli bir
yapısı olan östaki borusu orta kulak ile boğaz arasında bağlantı oluşturur. Bu sayede
dış ortam ile orta kulak arasında basınç farkının oluşması engellenmiş olur. İç kulak
içerisinde semisirküler kanallar, işitme organı ve işitme sinirleri vardır. İşitme organı
içerisinde yer alan saçlı hücreler vasıtasıyla ses sinyali aksiyon potansiyellerine
dönüştürülür [9, 10].
5
Resim 2.1. Kulağın yapısı [10]
2.2. Ses İletim Yolları
İnsanlarda ses enerjisinin algılanması hava ve kemik yolu aracılığı ile gerçekleşir.
İletim yolları açısından bakıldığında odyometrik testleri hava yolu (Air Conduction AC) ve kemik yolu (Bone Conduction - BC) olmak üzere ikiye ayırılır. Hava
yolunda; dış kulaktan başlayıp, kulak zarı ve kemikçik zinciri yoluyla oval pencere
ve yuvarlak pencerede biten ses enerjisinin iletimi söz konusudur. İşitme organı en
büyük duyarlılığı bu yolla gelen uyarılara gösterir. Kemik yolunda ise; işitme organı
çevresindeki kortikal kemik yapının iletmiş olduğu ses enerjisi ile uyarılmaktadır [9].
Kemik yolu ile iletilen ses enerjisi, yönüne bakılmaksızın her iki kulakta da yaklaşık
aynı şiddette işitme organını uyarır. Bu nedenle bazı odyolojik testlerde sağlam
kulağın (daha iyi duyan kulak) maskeleme sesleriyle maskelenmesi gerekebilir.
Maskeleme işlemi, teste tabi tutulan kulağa uygulanan ses enerjisinin diğer kulak
tarafından duyulmasını engeller. Kemik yolunun bu özelliği sayesinde alından
gönderilen ses titreşimlerinin hasta tarafından her iki kulakta da eşit duyulmaması
kulaklardan birinin diğerine göre işitme kaybının olduğunu gösterir [9].
6
2.3. Odyoloji Testlerinde Ses Şiddeti
İnsan kulağı 20Hz ile 20kHz arasındaki frekanslara tepki verebilecek yapıya sahiptir.
En önemli ses aralığı olan konuşma seslerinin bulunduğu frekans aralığı kulağımızda
kuvvetlendirilirken, bunun dışında kalan kısımlar zayıflatılır. Bu durum tamamen
kulağın yapısıyla alakalıdır.
İşitmenin psiko-fizik bir algı olması ve kulak yapısından kaynaklanan sesin
frekansına göre değişen kuvvetlendirme-zayıflatma fonksiyonlarının varlığı, klinik
odyolojide ses şiddetinin ölçülmesinde desibel türünden işitme seviyesi (HL Hearing Level) biriminin ortaya çıkmasına neden olmuştur.
Akustik ölçümlerde ses seviyesi 20 mikro Paskal basınç referans alınarak desibel
türünden ifade edilir [11].
Ses seviyesi desibel türünden ses basınç seviyesi (SPL - Sound Pleasure Level);
dB SPL = 20log(Ölçülen ses basıncı/20µPa) …………………………………….(2.1)
Odyometrik testlerde ses seviyesi hesaplanırken referans değer olarak yetişkin bir
bireyin ortalama duyma seviyesi referans alınır [11].
dB HL= 20log(ölçülen ses/ortalama duyma seviyesi)……………………………(2.2)
Çizelge 2.1’de 1984 yılında ISO tarafından oluşturulan standart frekanslara göre
normal bir insanın duyma seviyeleri (HL = 0dB) ses basınç seviyesi referans alınarak
verilmiştir [11]. Çizelge 2.1’de de görüldüğü üzere insan kulağı 1500 Hz ve
civarındaki sesleri diğer frekanslardaki seslere göre daha iyi algılar.
7
Çizelge 2.1. Standart frekanslara göre normal bir insanın duyma seviyeleri
Frekans(Hz)
250
500
1000
1500
2000
3000
4000
6000
8000
dB SPL
25.5
11.5
7
6.5
9
10
9
10.5
13
Ses şiddetinin insan kulağında algılanmasında önemli bir ayrıntı göze çarpar. Bu
önemli durum duyma seviyesi formülünde görüldüğü üzere ses şiddetinin referans
sese göre logaritmik bir artışa sahip olmasıdır.
2.4. Odyometre
Odyometre, odyolog tarafından işitme testinin gerçekleştirildiği elektronik bir
cihazdır. Odyometre farklı frekans ve şiddette sahip saf sinüs tonlarını üretir. Aynı
zamanda geniş bant (beyaz gürültü) ve dar bant (pembe gürültü) olmak üzere
gürültü
sinyalleri
kullanıldıkları
üretebilmektedirler.
yerlere
göre
odyometreler
Bu
temel
değişik
özelliklerin
özelliklere
yanında
sahiptirler.
Odyometre çeşitlerine bağlı olmaksızın her odyometrede bulunması gereken temel
üniteler vardır [12]. Bunlar;

Osilatör Ünitesi

Kontrol Ünitesi

Genlik Ayar Ünitesi
Resim 2.2. (a) Her odyometrede bulunması gereken temel üniteler (b) Standart bir
odyometre ve kullanılan donanım [12]
8
Osilatör devreleri odyometride kullanılan 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000,
3000, 4000, 6000 ve 8000 Hz saf ton frekansları üretirler [12]. Bazı odyometrelerde
standart frekansların yanında daha yüksek frekanslarda sinyallerde üretilebilmektedir
[12].
Genlik kontrol ünitesi genellikle 5dB aralıklarla -10dB’den çıkış frekansına ve
kullanılan dönüştürücü tipine göre izin verilen maksimum ses şiddetine kadar ses
sinyalinin genliğini değiştirir. Kulaklık çıkışında izin verilen maksimum genlik
değerleri; 125Hz’de 85dB, 250Hz ‘de 105dB, 500Hz ile 4000Hz arasında 120dB,
6000Hz ve 8000Hz frekanslarında 110dB şeklindedir. Kemik yolu çıkışında izin
verilen maksimum genlik değerleri; 500Hz’de 65dB, 1000Hz ile 4000Hz arasında
80dB şeklindedir [12].
İnsan kulağı 1dB ses şiddetindeki artış ve azalmaları algılayamamasına rağmen orta
kulaktan kaynaklanan bozukluklarda bu ses artışı algılanabilmektedir. Bu gibi özel
testlerin de gerçekleştirilebilmesi için bazı odyometreler 5dB’den daha az miktarda
ses şiddetinin değiştirilmesine izin verirler.
Kontrol ünitesi, hastaya gönderilecek ses sinyalinin kontrolünü sağlar. Genellikle
cihaz üzerinde bulunan bir kontrol butonuna basılı tutulduğu müddetçe, ayarlanan ses
sinyalleri hastaya ulaşmaktadır [12].
2.5. Odyogram
Odyometre ile elde edilen, kişinin işitme kaybını gösteren eğrilere odyogram denilir.
Odyogramlar yatay eksende odyolojide kullanılan standart frekansları gösterirken,
dikey eksende hastanın işitme seviyesini desibel cinsinden gösterir. Şekil 2.1’de
sağlıklı bir insanın ve 4000 Hz frekanslarda işitme kaybı olan bir insanın
odyogramları gösterilmektedir.
9
Şekil 2.1. Sağlıklı ve 4000Hz ‘de işitme kaybı olan bir insanın odyogramları [13]
Odyoloji testlerinde, hastanın tepkisine göre yapılan, test ölçümlerini gösteren bazı
özel şekiller odyogram üzerine çizilir. Çizelge 2.2’de odyogram üzerinde kullanılan
standartlaşmış şekiller gösterilmiştir.
Çizelge 2.2. Odyogram üzerinde kullanılan standart şekiller [14]
Açıklama
Sağ
Sol
Maskesiz Hava Yolu
O
X
Maskeli Hava Yolu
∆
□
Maskesiz Mastoid Kemik Yolu
<
>
Maskeli Mastoid Kemik Yolu
[
]
Maskeli Alın Kemik Yolu
Maskesiz Alın Kemik Yolu
Г
Her İkisi
V
10
2.6. Standartlar
Odyometrenin fonksiyonel özellikleri, elektromanyetik uyumluluk (EMC Elektromagnetic Compatibility) değerleri, şebeke etkileşimleri, batarya kullanımına
ait özellikleri ve bunun gibi daha birçok özellik standartlar ile belirlenmiştir.
Odyometrenin kalibrasyon gerektiren tıbbi bir cihaz olmasından dolayı, cihazın
gerekli standartları sağlayıp sağlamadığı belirli periyotlarda kontrol edilir. Yapılan
bu çalışmada; TS 9595-1 EN 61645-1 (Elektroakustik – İşitme Cihazları – Bölüm 1:
Saf Ton Odyometreler) referans alınmıştır. Türk Standartlar Enstitüsü (TSE)
tarafından oluşturulmuş bu standart, psikoakustik deney yöntemleri kullanılarak
standart referans değerleriyle karşılaştırılarak işitme eşik seviyelerinin belirlenmesi
ve saf ton odyometrelerin birçok alanda barındırması gereken genel özelliklerini
kapsar [15].
2.6.1. Belirli tipteki sabit frekanslı odyometrelerin şartları
Saf ton odyometrelerini fonksiyonel özellikleri bakımından dört temel sınıfa ayırılır.
Bunlar sırasıyla;

Tip1 (ileri düzeyde klinik araştırma),

Tip2 (Klinik),

Tip3 (Temel tanı),

Tip4 (Ekranlama/izleme) olarak tanımlanır.
Çizelge 2.3’de dört farklı tipteki odyometre için sağlaması gereken asgari
fonksiyonel özellikler gösterilmiştir.
11
Çizelge 2.3. Sabit frekanslı odyometreler için asgarî fonksiyonlar [15]
İmkân
Tip 1
Tip 2
Tip 3
Tip 4
İleri
Klinik
Temel tanı
Ekranlama/
düzeyde
izleme
klinik
araştırma
Hava ile iletim
-İki adet kulaklık
X
-Tıkaç kulaklık
X
Kemik ile iletim
Dar bandlı maskeleme
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
-Ton sunumu
X
X
-Ton kesmesi
X
X
X
X
-Değişken sunumu
X
X
-Eş zamanlı sunumu
X
Denek tepki sistemi
X
X
Elektrik işaret çıkışı
X
X
İşaret göstergesi
X
X
X1
gürültüsü
Harici işaret için giriş
Ton Anahtarlama
-Darbeli ton
Referans tonu
X
X2
X3
4
X
X3
Deney işareti için işitilebilir
izleme elemanı
-Saf tonlar ve gürültü
X
-Harici giriş
X
Konuşmasız iletişim
1
-Operatörden deneğe
X
-Denekten operatöre
X
X
TS 9595-1 madde 10.2’nin şartlarıyla uyumlu bir başlığa uyarsa bir kulaklık sağlanabilir.
Kalibrasyon amaçları haricinde otomatik kayıt odyometreleri için zorunlu değildir.
3
Elle kullanılan odyometreler için zorunlu değildir.
4
Aynı frekanslı referans tonlarının deney tonları olarak sunumu için asgari şartlar
2
12
2.6.2. Saf ton frekanslar ve ilgili frekanslarda uygulanabilecek maksimum ses
şiddetleri
İnsan kulağının yapısı gereği kulağa aktarılması gereken ses şiddetinin değerleri ses
frekansına göre değişim göstermektedir. Odyometrelerin fonksiyonel sınıfları için
izin verilen maksimum ses şiddetlerinin frekanslara göre dağılımı Çizelge 2.4’de
verilmiştir. Frekans değerleri tip 1 ve tip 2 için ±% 1, tip 3 ve tip 4 için ±% 2 tolerans
dâhilinde Çizelge 2.4’de verilen frekans değerlerine eşit olması gerekmektedir.
Çizelge 2.4. Verilen en düşük sayıdaki frekans değerleri ve sabit frekanslı
odyometreler için en düşük işitme seviyesi değer aralıkları [15]
İşitme seviyeleri (dB)1
Frekans
Tip 1
(Hz)
Tip 2
Tip 3
Tip 4
Hava
Kemik
Hava
Kemik
Hava
Kemik
Hava
125
70
-
60
-
-
-
-
250
90
45
80
45
70
35
70
500
120
60
110
60
100
50
70
750
120
60
-
-
-
-
-
1000
120
70
110
70
100
60
70
1500
120
70
110
70
-
-
-
2000
120
70
110
70
100
60
70
3000
120
70
110
70
100
60
70
4000
120
60
110
60
100
50
70
6000
110
50
100
-
90
-
70
8000
110
-
90
-
80
-
-
2.6.3. Toplam harmonik bozulma
İdealde üretilen saf ton sinyallerin harmonik bileşenlerinin olması istenmez. Fakat
uygulama esnasında şebeke etkileşimleri, dijital-analog dönüştürücü (DAC- Digital
Analog Converter) veya CODEC çıkışında oluşan harmonikler ve elektromanyetik
1
En yüksek işitme seviyesi en azından çizelgedeki değerlere eşit olmalıdır. En düşük işitme seviyesi
Tip1-3 için -10 dB ve Tip 4 için 0 dB olmalıdır. Dairesel ve tıkaç kulaklıklar için en yüksek işitme
seviyesi 500 Hz ilâ 8 kHz frekans aralığı boyunca 10 dB daha düşük olabilir.
13
ışınım yoluyla sisteme etki eden elektriksel gürültüler çıkış sinyalinde bozulmalara
neden olurlar. Sinyal bozucu bu etkiler filtre devreleri, kart tasarımı ve
elektromanyetik izolasyonlarla azaltılabilmektedir. Saf ton odyometreler için izin
verilen maksimum toplam harmonik bozulma (THD - Total Harmonic Distortion)
miktarları Çizelge 2.5’te gösterilmektedir.
Çizelge 2.5. Titreştirici kuvvetin veya ses basıncının yüzdesi olarak verilen harmonik
bozulmanın müsaade edilen en yüksek değerleri [15]
Hava ile iletim
Frekans bölgesi
125-250
315-400
Kemik ile iletim
500-5000
250-400-
500-800
4000
(Hz)
İşitme düzeyi (dB)1
1000-
75
90
110
20
50
60
2,5
2,5
2,5
5,5
5,5
5,5
Toplam harmonik
bozulma (%)
2.6.4. Frekans modülasyonlu ses tonları için standartlar
TSE standartlarına göre, taşıyıcı sinyalin frekansı Çizelge 2.4’deki frekans
değerlerinin ± % 3 tolerans değerinde, frekans sapması ise belirtilen değerin ± % 10
toleransıyla taşıyıcı frekansın ± % 2,5 ilâ ± % 12,5 aralığında olması gerekmektedir.
Sinyalin THD değeri % 5’i aşmamalı ve tekrarlanma hızı belirtilen değerinin ± % 10
toleransıyla 4 Hz ilâ 20 Hz aralığında olmalıdır [15].
2.6.5. Dar bantlı gürültü
Çizelge 2.6’de tanımlanan gürültü bantları en küçük üçte bir oktav ve en büyük
yarım oktava karşılık gelir. 400 Hz merkezi frekanslarda ve bu bantların üstündeki
frekanslar aynı etkin maskeleme için kritik bantlardan daha geniştir ve yaklaşık
olarak 3dB kadar etkin maskeleme için kritik bantlardan daha geniş kapsamlı ses
basınç seviyesi gerekir (ISO 384-4). Daha geniş bantların kullanımı algılanan
1
Odyometrenin ilgili en yüksek çıktı düzeyi, hangisi küçükse. Dairesel ve tıkaç kulaklıklar için işitme
seviyesi çizelgede belirtilen değerden 10 dB daha az olmalıdır.
14
maskeleme gürültüsünü asgariye indirme avantajına sahiptir [15]. En küçük ve en
büyük alt ve üst kesim frekans değeri
küçük),
(en küçük),
(en büyük),
(en
(en büyük), aşağıdaki formül ile verilir (IEC 61260).
(en küçük)=
……………………………………………………….(2.3)
(en büyük)=
……………………………………………………….(2.4)
(en küçük)=
………………………………………………………. (2.5)
(en büyük)=
………………………………………………………..(2.6)
Çizelge 2.6. Bandın merkezî frekanstaki seviyesine atfen -3dB'lik ses basınç
spektrum yoğunluk seviyesi için alt ve üst kesim frekansları [15]
Merkezî frekans (Hz)
Alt kesim frekansı (Hz)
Üst kesim frekansı (Hz)
En küçük
En büyük
En küçük
En büyük
125
105
111
140
149
160
136
143
180
190
200
168
178
224
238
250
210
223
281
297
315
265
281
354
375
400
336
356
449
476
500
420
445
561
595
630
530
561
707
749
750
631
668
842
892
800
673
713
898
951
1000
841
891
1120
1190
1250
1050
1110
1400
1490
1500
1260
1340
1680
1780
1600
1350
1430
1800
1900
2000
1680
1780
2240
2380
2500
2100
2230
2810
2970
3000
2520
2670
3370
3570
3150
2650
2810
3540
3750
4000
3360
3560
4490
4760
5000
4200
4450
5610
5950
6000
5050
5350
6730
7140
6300
5300
5610
7070
7400
8000
6730
7130
8980
9510
15
2.6.6. Ses basınç seviyesinin ve titreştirici kuvvet seviyesinin doğruluğu
Kulaklıkların sağladığı ses şiddeti ile eşik kuvvet seviyesi arasındaki fark 125 Hz ilâ
4 kHz arasında ± 3 dB ve daha üst frekanslarda ± 5 dB’den daha fazla olmamalıdır.
Benzer şekilde kemik titreştirici tarafından oluşturulan kuvvet seviyesi ile eşik
kuvvet seviyesi arasındaki fark 125 Hz ile 4 kHz arasında ± 4 dB, daha yüksek
frekanslarda ± 5 dB’den daha fazla olmamalıdır [15].
2.6.7. Odyogram biçimi
Odyometre ile yapılan bir test sonucunda hasta ile ilgili veriler belirli çıkış
biçimlerinde kaydedilir. Bu değerler dünyada standart hâle gelmiş şekillerdir.
TSE’de yer alan semboller Çizelge 2.7’te gösterilmektedir [15].
Çizelge 2.7. İşitme eşik seviyelerinin grafikle gösterimi için semboller [15]
Deney tonunun verilmesi için yöntem
Semboller
Sağ kulak
Sol Kulak
Hava ile iletim
Kemik ile iletim, maskelenmiş:
Kulak arkası konumu
Alın konumu
Cevap yok sembol örnekleri (hava iletimi)
Not- Bu çizelge ISO 8253-1’de belirtilen bütün deney tonlarının
sunum yöntemleri için sembolleri vermez.
16
3. ODYOMETRE TASARIMI
Tasarlanan odyometre cihazının blok diyagramı Şekil 3.1’de gösterilmiştir. Cihaz
işitme kaybı ölçümleri için 125Hz ile 8kHz arasındaki saf tonları, maskeleme
işleminde kullanılan beyaz ve pembe gürültü sinyallerini her iki kulak için bir
birinden bağımsız olarak üretilmiştir. Entegreler arasındaki veri iletişiminde Philips
Corporation şirketinin geliştirmiş olduğu
protokolü kullanılmıştır. Devrede likit
kristal grafik ekran (GLCD - Graphic liquid Crystal Display), butonlar ve uyarı
ışıkları PIC18F4550 entegresi tarafından kontrol edilmiştir. Gerekli sinyallerin
üretiminde her bir kanal için dsPIC33FJ256GP710A mikrodenetleyicisi ve WM8510
CODEC entegresi kullanılmıştır. Elde edilen sinyaller CODEC çıkışındaki yüksek
frekanslı harmoniklerin bastırılması için 12kHz alçak geçiren aktif filtre devresinden
geçirilmiştir. Filtre devresinden çıkan ses sinyalleri, devredeki analog veri seçici
entegreler ile güç katına yönlendirilmiştir. Analog veri seçiciler ve çıkış rölesinin
kontrolü ana kontrol entegresi olan PIC18F4550 tarafından kontrol edilmiştir.
Şekil 3.1. Tasarlanan odyometrenin blok diyagram şeması
17
Resim 3.1’de tasarlanan odyometre devrelerinin deneme platformu üzerindeki
görüntüsü gösterilmiştir. Platform üzerinde yer alan devrelerin kısa açıklamaları
Çizelge 3.1’de verilmiştir. Deneme platformu üzerindeki devrelerin ayrı ayrı
oluşturulması nedeniyle, ihtiyaç duyulabilecek gerilim seviyeleri, yine platform
üzerinde oluşturulan gerilim baralarından elde edilmiştir. Ancak çıkış sinyallerinin
ölçülmesi sırasında, deneme platformunun bu yapısından kaynaklanan gürültü
miktarının fazla olduğu anlaşılmış, bu nedenle cihaz için bir yalıtım kutusu
tasarlanmıştır. Tasarımda güç kaynağı harici bir adaptör haline getirilerek cihaz
dışına alınmıştır. Ayrıca cihaz gövdesinde alüminyum malzeme seçilmiş ve şebeke
toprağına bağlanmıştır. Böylece hava yoluyla gelebilecek EMC gürültüleri ve cihaz
içerisindeki SMPS yapıdaki güç kaynağının oluşturabileceği EMC problemleri
engellenmiştir. Odyometrenin kutulama işleminden sonraki görüntüsü Resim 3.2’de
gösterilmektedir.
Resim 3.1. Tasarlanan odyometre devrelerinin deneme platformu üzerindeki
görüntüsü
18
Çizelge 3.1. Tasarlanan odyometre devre numaralarının açıklamaları
Açıklaması
Numara
1
Ana kontrol devresi
2
Kontrol butonları ve uyarı ışıklarının yer aldığı kontrol platformu
3
Ekran
4
Saf ton, beyaz gürültü ve frekans modülasyonlu ses sinyallerinin üretimini gerçekleştiren
devre
5
Altıncı dereceden 12kHz alçak geçiren devre
6
İkinci dereceden band geçiren filtre devresi
7
Beyaz gürültü – Pembe gürültü veri seçici devresi
8
Sağ kanal hava yolu, sol kanal hava yolu ve kemik yolu veri seçici devresi
9
Ses sinyali güç katı
10
Çıkış röleleri
11
Çıkış röleleri veri seçici devresi
12
132kHz anahtarlamalı mod güç kaynağı (SMPS - Switched
13
3,3V doğrusal regülasyon devresi
14
-5V doğrusal regülasyon devresi
Mode Power Supply)
Resim 3.2. Odyometrenin kutulama işlemi tamamlandıktan sonraki görüntüsü
19
3.1. Ana Kontrol Devresi
Cihaz üzerindeki tüm kontrol işlemlerini yöneten devre parçası ana kontrol
devresidir. Bu devre üzerindeki 18F4550 mikrodenetleyicisi içerisine yazılmış
gömülü yazılım sayesinde, GLCD üzerindeki menüler ve sonuç ekranı düzenlenmiş,
ses sinyallerinin üretildiği devrenin kontrolü I2C hattı üzerinden gerçekleştirilmiş,
buton girişleri ve uyarı ışıkları PCF8574 entegresi aracılığı ile kontrol edilmiştir.
Devre bağlantıları Şekil 3.2’de gösterilmiştir.
Şekil 3.2. Ana kontrol devresi
3.2. Kontrol Butonları ve Uyarı Işıklarının Yer Aldığı Kontrol Platformu
Bu devrede PCF8574 8 bit giriş-çıkış genişletme entegresi kullanılmıştır. Bu sayede
ana mikrodenetleyicinin sadece üç bacağı kullanılmasıyla giriş-çıkış olarak
kullanılabilen 32 bacak elde edilmiştir. Entegre üzerinde bulunan A0, A1 ve A2
uçları entegrenin adresleme bacaklarıdır. Entegrenin bu bacaklar farklı farklı
20
adreslenmesiyle 8 entegre aynı I2C hattı üzerinden kontrol edilebilmektedir.
Böylelikle sadece kontrol butonları ve uyarı ışıklarının yer aldığı devre değiştirilerek
giriş çıkış sayısı 64 bacağa kadar arttırılabilir. Daha fazla giriş çıkışın gerekli olduğu
durumlarda ise 16 bit giriş-çıkış entegrelerine veya ikinci bir I2C hattına
başvurulabilir. I2C iletişimin bu özelliğini kullanarak tamamen modüler bir platform
oluşturulmuştur.
Şekil 3.3. Kontrol butonları ve uyarı ışıklarının yer aldığı kontrol platformu devre
bağlantıları
PCF8574 entegresi içerisinde, en son port okuma veya yazmanın yapıldığı durum ile
anlık durum sürekli karşılaştırılır ve iki durumun farklı olması durumunda INT
21
bacağı sıfır seviyesine çekilerek, kendisinin bağlı olduğu mikrodenetleyiciyi uyarır.
Bu durum okuma-yazma işlemi yapılıncaya veya PCF8574 entegresinin bacakları
eski durumunu alıncaya kadar devam etmektedir. Tasarımda 32 giriş-çıkış bacağının
16 tanesi uyarı ışıkları için çıkış, geri kalan 16 tanesi ise kontrol butonları için giriş
için ayrılmıştır. Kontrol butonlarının ve uyarı ışıklarının yer aldığı kontrol kartının
devre bağlantıları Şekil 3.3’de gösterilmiştir. Devre üzerindeki butonların ve uyarı
ışıklarının cihaz üzerindeki kullanım amaçları ise Çizelge 3.2’de verilmiştir.
Çizelge 3.2. Buton ve uyarı ışıklarının kullanım amaçları
Uyarı
Butonlar
Açıklaması
SW1
Sol ses şiddeti arttır
D1
Saf ton, maskeleme yapılmıyor 1
SW2
Sol ses şiddeti azalt
D2
Beyaz gürültü ile maskeleme yapılıyor 1
SW3
Sol ses frekansı arttır
D3
Pembe gürültü ile maskeleme yapılıyor 1
SW4
Sol ses frekansı azalt
D4
Maskeleme yaparken pembe gürültünün merkez frekansını
Işıkları
Açıklaması
veya saf ton ses sinyali uygulanırken her iki ses sinyalinin
frekansını eş zamanlı olarak değişir
SW5
Saf ton / frekans modülasyonlu ses
D5
Frekans modülasyonlu ses sinyali uygulanıyor
seçim
SW6
Senkron Aç/Kapa
D6
+20dB izin uyarı ışığı
SW7
Parametre Ekranı / Sonuç Ekranı seçim
D7
Hava yolu / Kemik yolu
SW8
Maskeleme seçenekleri;
D8
Kemik yolu dönüştürücüsü uzman tarafından alına
-Beyaz gürültü
yerleştirildi.
-Pembe gürültü
-Saf ton
-Kapalı
SW9
Sağ ses şiddeti arttır
D9
Hava yolu / Kemik yolu 2
SW10
Sağ ses şiddeti azalt
D10
Maskeleme Var/Yok 2
SW11
Sağ ses frekansı arttır
D11
Kemik yolundan uygulanan sinyal alın üzerinden veya
Mastoid kemik üzerinden yollanıyor. 2
SW12
Sağ ses frekansı azalt
D12
Kullanılmıyor 3
SW13
Sağ ve Sol kulağa uygulanan
D13
Kullanılmıyor 3
sinyallerin yerlerini değiştirir
SW14
+20 dB Aç/Kapa
D14
Kullanılmıyor 3
SW15
Hastadan gelen tepki
D15
Tepki sinyali
SW16
Kemik Yolu / Hava Yolu
D16
Kullanılmıyor 3
1
D1,D2 ve D3 uyarı ışıklarının hepsi sönük durumda ise maskelemeyle ilgili kanal kapalıdır.
Sonuç ekranında diğer sonuçlar arasında dolaşmak için ilave olarak eklenmiştir.
3
Bu uyarı ışığı şu aşamada kullanılmamıştır. İlerleyen tasarımlarda gerekirse kullanılabilir.
2
22
3.3. Ekran
Tasarlanan odyometrede KS108 işlemcili GLCD ekran kullanılmıştır. Ölçüm
sonuçlarının gözlenmesi ve ölçüm ile ilgili parametrelerin gösterilmesi amacı ile iki
farklı ekran arayüzü tasarlanmıştır. Her iki ekran görüntüsü Resim 3.3’de
gösterilmiştir. Cihazın kullanımı sırasında hangi kulağa hangi frekanstaki ses sinyali
ne şiddetle ve hangi iletim yolundan gönderildiği parametre ekranı üzerinde
gösterilmiş, ölçüm ile ilgili sonuçlar ise sonuç ekranı üzerinde gösterilmiştir.
Resim 3.3. GLCD ekran çıktıları (a) parametre ekranı (b) sonuç ekranı
Sonuç ekranında ölçüm ile ilgili standart semboller (Bkz. Çizelge 2.2) kullanılmıştır.
Resim 3.3’de görüldüğü üzere; -10dB ses şiddetinden 120dB ses şiddetine kadar,
125Hz ile 8kHz arasındaki frekans bandı bu ekran üzerinden gösterilmiştir.
Ölçümlerin bu ekran üzerinden de takip edilebilmesi için sağ ve sol kulağı işaret
eden iki ok ekran üzerinde yanıp sönmektedir. Parametre ekranı ile sonuç ekranı
arasında geçişler SW6 butonu ile kontrol edilmektedir.
Cihaz sonuç ekranında iken maskeleme seçenekleri ve iletim yolu seçeneklerini
kontrol eden butonlar, kullanıcının ilgili ölçüm ekranları arasında geçişleri için
kullanılmıştır. Bu sayede daha az buton ile daha rahat bir kullanımın sağlanmıştır.
23
3.4. Saf Ses Tonları, Beyaz Gürültü ve Frekans Modülasyonlu Ses Sinyallerinin
Üretimini Gerçekleştiren Devre
Tüm ses sinyalleri dsPIC33FJ256GP710A mikrodenetleyici entegresi tarafından
üretilmiştir. WM8574 CODEC entegresine DSP formatında gönderilen ses sinyali
dijital sinyalden analog ses sinyaline dönüştürülmüştür. Ses sinyalinin şiddeti
CODEC entegresi içerisindeki programlanabilir kazanç kontrollü yükselteç (PGA Programmable Gain Amplifier) tarafından 0,5dB aralıklarla kontrol edilmiştir. Ses
sinyallerinin şiddetleri her ses frekansı için izin verilen maksimum ses şiddetine
kadar
arttırılmasına
izin
verilmiştir.
WM8510
CODEC
entegresi
ile
dsPIC33FJ256GP710A mikrodenetleyicisi arasındaki bağlantılar Şekil 3.4’deki
çiziminde, CODEC çıkışındaki ön yükselteç devresi Şekil 3.5’deki çiziminde
gösterilmiştir.
Şekil 3.4. dsPIC33FJ256GP710A mikrodenetleyici entegresi ile WM8510 CODEC
entegresi arasındaki bağlantılar
24
Şekil 3.5. CODEC çıkışındaki ön yükselteç devresi
Dijital sinyal işlemede istenilen sinyalin düzgün bir şekilde örneklenebilmesi veya
oluşturulabilmesi için en yüksek frekans bileşeninden en az iki kat daha hızlı örnekle
yapılması gerekir [16, 17]. Bu nedenle örneklenen sinyal alçak geçiren filtreden
geçirilerek, ölçülmesi yeterli olan maksimum sinyal frekansından büyük bileşenler
bastırılır. Bu durum sinyalin üretilmesinde de geçerlidir. Uygulamada üretilen saf
sinüs sinyalleri içerideki en yüksek frekansa sahip bileşen 8kHz’dir. Uygulamada
CODEC entegresinin örnekleme zamanını 64kHz olarak ayarlanmıştır. Böylelikle en
yüksek frekansa sahip sinyal bileşeninin sekiz ayrı noktadan örneklenmiştir.
3.5. Altıncı Dereceden 12kHz Alçak Geçiren Devre
İnsan kulağının yapısı gereği 20Hz ile 20kHz arasındaki ses sinyallerine tepki verir.
İşitme kaybı testlerinde konuşma ses bandını ve çevresindeki frekans bantları ölçülür
[11]. Bu nedenle işitme kaybının ölçülmesinde kullanılan sinyaller alçak geçiren
filtre devresi aracılığı ile sınırlandırılmıştır.
Uygulamada odyometre için geliştirilmiş 6. dereceden çok katmanlı geribeslemeli
(Multiple-Feedback) aktif filtre devresinin MATLAB programında benzetimleri
yapılmıştır. Daha sonra, filtre devresinin uygulaması gerçekleştirilerek elde edilen
sonuçlar ile benzetim sonuçları karşılaştırılmıştır. Test sonuçları elde edilen
25
spektrum analizleri pico ADC-212 ölçü aleti aracılığı ile ölçülmüştür. Şekil 3.6’da
CODEC çıkışındaki sinyallerin spektrum görüntüsü, Şekil 3.7’de ise bu sinyalin
12kHz alçak geçiren filtre devresinden geçirildikten sonraki spektrum görüntüsü
verilmiştir.
Şekil 3.6. CODEC çıkışındaki sinyalin spektrum analiz sonuçları
Şekil 3.7. Tasarlanan 12kHz alçak geçiren filtre çıkışının spektrum analiz sonuçları
Günümüzde filtre devrelerin aktif filtre devresi olarak tasarlanması boyutlarının
küçülmesine ve çalışma frekans bandının genişlemesine olanak sağlar. Özellikle
alçak frekans için tasarlanan pasif filtre devrelerinde kullanılan kondansatörün
kapasitesi ve bobinin endüktans değerinin büyük olması, devre maliyetinin ve
26
boyutlarının artmasına neden olur. Aktif filtre devrelerinin bu avantajlarının yanı
sıra, güçlerinin düşük olması ve sinyal genliğinin devre besleme gerilimi ile sınırlı
olması dezavantajlarındandır [18]. Uygulamada ses sinyallerinin filtre edilmesi ve
çıkış sinyal genliklerinin düşük olması nedeni ile çok katmanlı devre yapısına sahip
geri beslemeli aktif filtre devresi tercih edilmiştir. Bahsedilen filtre yapısı ve
devrenin transfer fonksiyonu Şekil 3.8’de gösterilmiştir. Elde edilen transfer
fonksiyonunun MATLAB programı kullanılarak benzetimi yapılmış, benzetim
sonucunda elde edilen Bode eğrisi Şekil 3.9’da verilmiştir.
Şekil 3.8. (a) Çok katmanlı geribesleme yapısına sahip aktif filtre devresi (b)
devrenin transfer fonksiyonu
Şekil 3.9. 12kHz filtre devresinin MATLAB simülasyonunda elde edilen Bode eğrisi
27
Uygulama aşamasında aktif filtre devresi hem sağ kanal hem de sol kanal için aynı
plaket üzerine çizilmiştir. Bir kanal için kullanılan altıncı dereceden aktif filtre
devresinin bağlantıları Şekil 3.10’da gösterilmiştir.
Şekil 3.10. Bir kanal için altıncı dereceden 12kHz alçak geçiren filtre devresi
Devrenin gerçekleştirilmesinden sonra, devre girişine odyometrik testlerde kullanılan
farklı frekanslardaki sinyaller ve filtre devresinin kesim frekansındaki frekanslar “TT
T-Echni-C VC2002 Function Signal Generator” sinyal jeneratörü ile uygulanmıştır.
Filtre devresinin giriş ve çıkış sinyalleri ise “GwInstek GDS-2204” osilaskobu
kullanılarak ölçülmüştür.Filtre girişine 4kHz’lik sinyal uygulanması durumunda
giriş-çıkış sinyallerinin osilaskop ekranındaki görüntüsü Resim 3.4’deki gibi elde
edilmiştir.
Resim 3.4. Filtre girişine uygulanan 4 kHz giriş sinyali ile çıkış sinyali
28
Ölçülen değerlerle birlikte giriş sinyalinin filtre devresi çıkışındaki zayıflamış hali
desibel olarak Çizelge 3.3’te verilmiştir. Resim 3.5 (a)’da mavi eğri, uygulama
sonucu aktif filtre devresinin çıkış sinyalindeki zayıflatma miktarını desibel
cinsinden göstermektedir. Kırmızı eğri ise benzetim sonucunda elde edilen grafiktir.
İki eğri arasındaki hata desibel cinsinden Resim 3.5 (b)’de gösterilmektedir.
Çizelge 3.3. Aktif filtre devresinin uygulama sonucunda elde edilen veriler
Çıkış Sinyali
Frekanslar
Giriş Sinyali (RMS)
(RMS)
Zayıflatma
125Hz
1,04V
511mV
-6,17dB
250Hz
1,06V
516mV
-6,25dB
500Hz
1,03V
518mV
-5,97dB
750Hz
1,03V
512mV
-6,07dB
1kHz
1,03V
508mV
-6,14dB
1.5kHz
1,04V
516mV
-6,09dB
2kHz
1,04V
510mV
-6,19dB
3kHz
1,03V
512mV
-6,07dB
4kHz
1,04V
510mV
-6,19dB
6kHz
1,04V
505mV
-6,27dB
8kHz
1,04V
485mV
-6,63dB
10kHz
1,05V
453m V
-7,3dB
11kHz
1,05V
414mV
-8,08dB
12kHz
1,04V
357mV
-9,29dB
13kHz
1,05V
273mV
-11,7dB
14kHz
1,05V
200mV
-14,4dB
15kHz
1,05V
138mV
-17,63dB
16kHz
1,04V
101mV
-20,25dB
17kHz
1,05V
70,2mV
-23,5dB
18kHz
1,05V
52,1mV
-26,09dB
19kHz
1,05V
37,2mV
-29,01dB
20kHz
1,04V
29,5mV
-30,94dB
29
Resim 3.5. (a) Filtre devresinin simülasyonu ile uygulama sonuçlarının
karşılaştırılması (b) Elde edilen sonuçlarda simülasyon ile uygulama
arasındaki hata miktarı
3.6. İkinci Dereceden Band Geçiren Filtre Devresi
dsPIC33FJ256GP710A mikrodenetleyicisi içerisine yazılan gömülü yazılım ile
üretilen beyaz gürültü sinyali 0Hz ile 64kHz arasındaki bütün ses frekans spektrumu
oluşturulmuştur. 12kHz’den daha yüksek frekans bileşenleri CODEC çıkışında
bulunan altıncı dereceden alçak geçiren aktif filtre devresi tarafından bastırılmıştır
(Bkz. Şekil 3.6) (Bkz. Şekil 3.7).
Odyolojide maskeleme işleminde kullanılan pembe gürültü sadece belli frekans
bandındaki ses sinyallerini barındırır. Elde edilen beyaz gürültü sinyali TS-9595
standartlarınca belirlenen kriterlere uygun band geçiren filtre devresinden geçirilerek
istenilen pembe gürültü sinyali elde edilmiştir. Bu amaçla Linear Technology
firmasının üretmiş olduğu LTC1060 anahtarlamalı kapasitör filtre devresi
kullanılmıştır. Entegre, bünyesinde iki adet ikinci dereceden filtre devresi içerir.
Farklı bağlantı çeşitleriyle yüksek geçiren, band geçiren ve band durduran filtreler de
gerçekleştirilebilir. Uygulamada kullanılan bağlantı şekli ve gerekli hesaplamaları
Şekil 3.11’da gösterilmiştir.
30
Şekil 3.11. Odyometrede kullanılan band geçiren filtre bağlantı şeması ve gerekli
hesaplamaları
Pembe gürültünün merkez frekansı entegreye uygulanan kare dalga sinyalinin
frekansı ile belirlenmektedir. Gerekli kare dalga sinyalinin üretimi için beyaz
gürültüyü üreten dsPIC entegresinin
“output compare” modülü kullanılmıştır.
Modülün kullanımına ilişkin kaydedici değerleri ve üretilen kare dalga sinyalinin
frekansları Çizelge 3.4’te gösterilmiştir. Devrede kullanılan band geçiren devrenin
devre bağlantıları Şekil 3.12’de verilmiştir.
Çizelge 3.4. dsPIC33FJ256GP710A output compare modülü kaydedici değerleri
Pembe Gürültü
Merkez Frekansları
PWM frekansı (Hz)
PR2 Value
OC1RS
125
12500
3520
1760
250
25000
1760
880
500
50000
880
440
750
75000
587
294
1000
100000
440
220
1500
150000
293
147
2000
200000
220
110
3000
300000
147
73
4000
400000
110
55
6000
600000
73
37
8000
800000
55
18
31
Şekil 3.12. İkinci dereceden band geçiren filtre devresi
3.7. Beyaz Gürültü – Pembe Gürültü Veri Seçici Devresi
dsPIC33FJ256GP710A mikrodenetleyicisi içerisine yazılan gömülü yazılım ve
WM8510 CODEC entegresi ile ses sinyaline dönüştürülen beyaz gürültü sinyali
ikinci dereceden band geçiren filtre devresine gönderilip pembe gürültü haline
getirilebilir veya ikinci dereceden band geçiren filtre devresine gönderilmeden çıkışa
gönderilerek çıkışta beyaz gürültü sinyali elde edilebilir. Bu işlem için Şekil 3.13
gösterilen HCF4053 üç kanal analog veri seçici entegresi kullanılmış, beyaz gürültü
sinyali ya ikinci dereceden band geçiren filtre devresine ya da çıkışa gönderilmiştir.
HCF4053 analog veri seçici entegresinin A ve B girişlerine dijital 1 bilgisi
uygulandığında X bacağından gelen beyaz gürültü sinyali
ucundan çıkarak ikinci
dereceden band geçiren filtre devresine gönderilmiştir. Elde edilen pembe gürültü
sinyali entegrenin Y bacağından çıkışa aktarılmıştır. HCF4053 analog veri seçici
entegresinin A ve B girişlerine dijital 0 bilgisi uygulandığında, bu sefer beyaz gürültü
sinyali
ve
üzerinden ikinci dereceden band geçiren filtre devresine uğramadan
doğrudan Y bacağından çıkışa aktarılmıştır.
32
Şekil 3.13. Beyaz - Pembe gürültü veri seçici devresi
3.8. Sağ-Sol Kanal Hava Yolu ve Kemik Yolu Veri Seçici Devresi
Elde edilen ses sinyallerinin istenilen çıkışlara gönderilmesi HCF4053 analog veri
seçici entegresi tarafından sağlanmıştır. Şekil 3.14’deki devrede entegreye gelen saf
ses tonu öncelikle Z analog kanalı üzerinden hava yolu veya kemik yoluna
yönlendirilmiştir. Hava yoluna yönlendirilen sinyaller buradan X ve Y analog
kanalları üzerinden sağ veya sol kulaklığa yönlendirilmiştir. Entegrenin kontrolü ana
kontrol entegresi olan PIC18F4550 içerisine yazılan gömülü yazılım tarafından
gerçekleştirilmiştir.
Şekil 3.14. Sağ-sol kanal hava yolu ve kemik yolu veri seçici devresi
33
3.9. Ses Sinyali Güç Yükselteç Katı
Elde edilen ses sinyallerinin Resim 3.6’da gösterilen TDH39 kulaklık setini
sürebilmesi için kuvvetlendirilmesi gerekmektedir. Bu amaçla Şekil 3.15’te
gösterilen güç yükselteç devresi kullanılmıştır. Devredeki BDX53 transistörü ses
sinyalinin pozitif alternansını kuvvetlendirirken ve BDX54 transistörü ise ses
sinyalinin negatif alternansını kuvvetlendirmiştir.
Resim 3.6. TDH39 kulaklık seti (a) kemik yolu (b) hava yolu
Şekil 3.15. Ses sinyali güç yükselteç katı devresi
34
3.10. Çıkış Röleleri
Üretilen ses sinyalleri sadece gerektiğinde hastaya uygulanmalıdır. Bu amaçla
kullanılan röle devresi Şekil 3.16 (a)’da gösterilmiştir. Kontrol sinyalinin dijital 1
seviyesinde olması durumunda çıkış sinyali kulaklıklara ulaşmaktadır.
3.11. Çıkış Rölesi Veri Seçici Devresi
TDH39 kulaklık setinde kemik yolu ve hava yolu olmak üzere iki farklı bağlantı yolu
bulunur. Gelen sinyal kemik yoluna gönderilirse kemik yolu çıkışındaki rölenin
kapatılması gerekir. Eğer hava yoluna gönderilirse hava yoluna bağlı çıkış rölesinin
kapatılması gerekir. Bu amaçla Şekil 3.16 (b)’da gösterilen mantık devresi
kullanılmıştır.
(a)
(b)
Şekil 3.16. (a) Çıkış rölesi devre bağlantıları (b) çıkış rölesi seçicim devresi
3.12. Odyometrede Kullanılacak SMPS Kaynak Tasarımı
Güç kaynağı olarak doğrusal yapıya sahip bir güç kaynak tasarımına gidilebilirdi. Bu
yapıdaki güç kaynaklarında şebeke gerilimi transformatör yardımı ile istenilen
gerilim seviyesine düşürülür. Doğrultma ve filtreleme işleminden sonra çıkış gerilimi
doğrusal regülasyon işlemine tabi tutulur. Bu güç kaynaklarında hat frekanslı
transformatör kullanımı ve gerekli filtreleme işleminin gerçekleştirilebilmesi için
35
kullanılacak filtre elemanlarının boyutlarının büyük olması tasarlanan güç
kaynağının ağır, maliyetli ve boyutlarının büyük olmasına neden olur. Ayrıca çıkış
geriliminin regülasyon işleminde, regüle entegresi üzerinde düşen gerilim ve
devrenin çektiği akım değerine bağlı olarak bir miktar enerji ısı enerjisine dönüşür
[19].
Uygulamada bu alanda kullanılmak üzere tasarlanmış TOP246YN gömülü sisteminin
kullanım kılavuzu ve uygulama notlarından yararlanılarak, sitemde gereksinim
duyulan ±15V ve +5V gerilimler regüleli olarak şebeke gürültülerinden bağımsız bir
şekilde elde edilmiştir. Elde edilen güç kaynağı doğrusal yapıya sahip güç kaynağı ve
başka bir SMPS yapıdaki güç kaynak ile karşılaştırılmıştır.
Resim 3.7. (a) Başka bir SMPS yapıdaki güç kaynağının çıkışı gerilimi (b) Doğrusal
yapıdaki güç kayağı çıkış gerilimi (c) odyometre için tasarlanan SMPS
yapıdaki güç kaynağının çıkış gerilimi
Resim 3.7(a)’da anahtarlamalı mod çalışan bir kaynak seçilmiş ve çıkış gerilimi
osilaskop ekranında gözlenmiştir. Resim 3.7(a)’da osilaskop time/div kademesi
50 s, volt/div kademesi 50mV kademesindedir. Resim 3.7(b)’de doğrusal yapıda
çalışan bir güç kaynağının çıkış gerilimi osilaskop ekranında gözlenmiştir. Bu ölçüm
sırasında osilaskop time/div kademesi 50μs, volt/div kademesi 5mV kademesindedir.
Son olarak odyometre için tasarlanan anahtarlamalı mod çalışan güç kaynağının çıkış
geriliminin osilaskop ekranın görüntüsü gözlenmiştir. Elde edilen çıkış Resim
3.7(c)’deki gösterilmiştir. Bu ölçümde osilaskop time/div kademesi 50μs, volt/div
5mV kademesindedir.
36
Şekil 3.17 ile Şekil 3.19 arasında karşılaştırılan güç kaynaklarının çıkış gerilimlerinin
spektrum analizleri gösterilmiştir. Karşılaştırma gün içerisinde en yüksek gürültü
bileşenlerinin kaydedilmesi ile elde edilmiştir. Spektrum ölçümünde Resim 3.8’te
gösterilen “Pico ADC-212 Vitual Instrument” ölçüm cihazı kullanılmıştır.
Şekil 3.17. Başka bir anahtarlamalı mod güç kaynağı spektrum analizi
Şekil 3.18. Doğrusal yapıdaki güç kaynağı spektrum analizi
37
Şekil 3.19. Odyometre için tasarlanan anahtarlamalı mod güç kaynağı spektrum
analizi
Resim 3.8. Pico ADC 212 Sanal Enstrüman
Resim 3.9’de doğrusal güç kaynağı ve Resim 3.10’de odyometre için tasarlanan
SMPS yapıdaki güç kaynağı devresinin baskı devre şemaları gösterilmiştir.
Tasarlanan SMPS yapıdaki güç kaynağı devresi TOP246Y entegresi kullanılarak
gerçekleştirilmiştir. Entegrenin kullanımına örnek bir bağlantı Resim 3.11’de
gösterilmiştir. Konu ile ilgili daha fazla bilgi için TOP246Y entegresinin kullanım
kılavuzuna bakılabilir.
38
Resim 3.9. Doğrusal yapıdaki güç kaynağı baskı devre çizimi
Resim 3.10. Odyometre için tasarlanan SMPS yapıdaki güç kaynağının baskı devre
çizimi
Resim 3.11. TOP244Y SMPS gömülü sisteminin örnek devre bağlantıları
39
Karşılaştırma için tasarlanan doğrusal güç kaynağı ve odyometre için tasarlanan
SMPS yapıdaki güç kaynağının baskı devre montajı yapıldıktan sonraki görünümleri
Resim 3.12’de gösterilmiştir.
Resim 3.12. Tasarlanan (a) doğrusal yapıdaki güç kaynağı (b) SMPS yapıdaki güç
kaynağı
3.13. Doğrusal Regülasyon Devreleri
Odyometre için tasarlanan güç kaynağı ±15V ve +5V gerilim çıkışlarına sahiptir.
Cihaz üzerinde 3,3V ve -5V gerilim seviyelerine de ihtiyaç vardır. Bu gerilimler
doğrusal regüle entegreleri olan 7905 ve LM317 entegreleri kullanılarak elde
edilmiştir.
Her iki doğrusal kaynak üzerinde kaybolan güç, yaklaşık 300mW civarındadır. Her
iki entegre için TO220 paketinin yapısı bu entegreleri soğutmaya yetmektedir. Diğer
taraftan bu gerilim seviyeleri de SMPS yapıdaki güç kaynağında oluşturulabilirdi.
Fakat kaynakta kullanılan transformatöre ilave olarak 2 sargı ve her sargı için
doğrultma,
filtre
elemanları
gerekeceği
için
güç
kaynağının
boyutlarının
küçültülmesi ve tasarımın basitleştirilmesi adına böyle bir tasarımdan vazgeçilmiştir.
40
Şekil 3.20. Doğrusal regülasyon devreleri
3.14. Gerçekleştirilen Çıkış Sinyalleri
Odyolojide kullanılan ses sinyalleri dsPIC33FJ256GP mikrodenetleyicisi içerisine
yazılan gömülü yazılım tarafından gerçekleştirilmiştir. Böylece sadece yazılımın
değiştirilmesiyle, istenilen odyoloji testlerinin de cihaza eklenmesine olanak
sağlayan bir platform hedeflenmiştir.
3.14.1. Saf ton ses sinyalleri
Odyometrik testlerde 125Hz, 250Hz, 500Hz, 750Hz, 1000Hz, 1500Hz, 2000Hz,
3000Hz, 4000Hz, 6000Hz ve 8000Hz olmak üzere 11 adet saf ton sinüs sinyali
kullanılır. Ses sinyallerinin üretiminde dsPic33FJ256GP710A entegresine yazılan
gömülü yazılım sayesinde üretilen ses sinyalleri WM8510 CODEC entegresi
kullanılarak dijitalden analog sinyale çevrilmiştir.
3.14.2. Frekans modülasyonlu ses sinyalleri
Frekans modülasyonlu ses sinyali, işitme testlerinde kullanılan saf ton ses
sinyallerinin standartları çerçevesinde frekans modülasyonuna uğramış şeklidir.
Odyolojide kullanılan bu sinyaller saf ton sinüs üretiminde kullanılan dsPIC ile
41
oluşturulmuştur. Bu modülasyon sonunda merkez frekans
bant sinyal oluşmaktadır. Oluşan yeni sinyaller
Burada
±
olmak üzere iki yan
şeklinde ifade edilirler.
modüle edilen sinyaldir.
3.14.3. Maskeleme işlemi
Kulağa uygulanan ses sinyali hava yolu ve kemik yolu olmak üzere iki yoldan işitme
organına ulaşır. Bir kulağı diğer kulağından daha iyi duyan hastalarda az duyan
kulağın işitme kaybı ölçülürken, az duyan kulağa uygulanan ses sinyali kemik yolu
üzerinden daha iyi duyan kulak tarafından algılanabilir. Bu durumda hasta ses
sinyalini daha az işiten kulağı ile duyduğunu zanneder. Bu durumu önlemek için
ölçüm yapılmayan kulağın maskelenmesi gerekir. Bu amaçla odyolojide beyaz ve
pembe gürültü olmak üzere iki tür maskeleme sinyali kullanılır (20).
Beyaz gürültü
Genlik ve frekansı rastgele değişen, tüm frekans spektrumlarını kapsayan gürültüdür.
Bu gürültü hastanın bir kulağına uygulanırken diğer kulağına başka bir ses sinyali
uygulanır. Beyaz gürültünün iki kulağa birden uygulanması gibi bir durum yoktur.
Odyometrede üretilen beyaz gürültülün 0Hz ile 12kHz arasındaki spektrum çıktısı
Şekil 3.21’de gösterilmiştir.
CODEC çıkışında kesim frekansı 12kHz altıncı dereceden alçak geçiren filtre devresi
olduğu için 12kHz’den sonraki beyaz gürültünün genliği zayıflar. 12kHz’den sonraki
frekanslar klinik odyoloji testlerinde yer almadığı için, bu durum testlerin doğruluğu
açısından bir sakınca yaratmamaktadır.
42
Şekil 3.21. Beyaz gürültü spektrum analizi
Pembe gürültü
Uygulamada beyaz gürültü ses sinyalinin istenilen merkez frekanstaki band geçiren
filtre devresi ile filtrelenmesiyle pembe gürültü ses sinyali elde edilmiştir.
3.15. Mikrodenetleyicilerinin Gömülü Yazılımları
Odyometre devresinde giriş-çıkış işlemlerini kontrol eden ve ekran görüntülerini
yenileyen ana kontrol mikrodenetleyici entegresi ve sinyallerin üretilmesinden
sorumlu mikrodenetleyici entegreleri vardır. Her iki kanal için gerekli sinyaller iki
ayrı dsPIC33FJ256GP710A entegresi tarafından üretilmektedir. Entegrelerin hangi
sinyalleri üretmesi gerektiği bilgisi ve sinyal şiddeti bilgileri ana kontrol entegresi
olan PIC18F4550 tarafından I2C iletişim protokolü kullanılarak ilgili entegreye
gönderilmiştir.
Herhangi bir butona basıldığında PCF8574 entegresi ana kontrol entegresine kesme
sinyali gönderir. Ana kontrol içerisine yazılan gömülü yazılımda ilgili kod bloklarını
PCF8574 entegrelerinden okur ve hangi butona basıldıysa ilgili alt rutini çalıştırılır.
43
Yapılması gereken işlemler çevresel birimlere ve sinyallerin üretilmesinden sorumlu
dsPIC33FJ256GP710A entegrelerine gönderilmiştir. Her gönderilen kod 3 ana
kısımdan oluşturulmuştur. Birinci kısım ilgili çevresel birimin adres bilgisini içerir.
Adres
bilgileri
PCF7485
entegrelerinde
donanımsal
olarak
ayarlanırken
dsPIC33FJ256GP710A entegrelerinde ilgili kaydedicilere kaydedilmesi ile ayarlanır
ve her birimin farklı bir adres bilgisine sahip olması gerekir. İkinci kısım yapılacak
işlem ile ilgili ön kodu içerir. Çizelge 3.5’de dsPIC33FJ256GP710A entegresine
gönderilen bir byte uzunluğundaki ön kodlar ve açıklamaları gösterilmiştir. Son
kısım olan üçüncü kısım ise yapılacak işlemi içerir. Bu kısımda gönderilecek her bir
kod “#define” anahtar sözcüğü kullanılarak tüm gömülü sistemlerde aynı olacak
şekilde tanımlanmıştır. Ana kontrol entegresinin buton kontrol akış şeması Şekil
3.22’de gösterilmektedir.
Çizelge 3.5. Ana kontrol entegresi tarafından gönderilen ön kod
7.Bit
6.Bit
L-R
5.Bit
AC-BC
4.Bit
3.Bit
2.Bit
1.Bit
0.Bit
Mask
-
-
-
ON/OFF
7.Bit: L-R
0:Sağ
1:Sol
6-5 Bits: AC-BC
00: Hava Yolu
01: Kullanılmıyor
10: Kemik Yolu Kulak arkası
11: Kemik Yolu Alın
4.Bit: Mask-Unmask
0: Maskesiz
1: Meskeli
3-1 Bits: Kullanılmıyor
1.Bit: Aç/Kapa
0: Açık
1: Kapalı
Ana kontrol entegresi içerisinde kullanılan kontrol değişkenleri ve tanımlamaları EK1’de gösterilmektedir.
44
Şekil 3.22. Kontrol entegresi PIC18F4550 yazılımının akış şeması
45
3.16. Tasarlanan Odyometre ile MA53 Odyometresinin Saf Ton Ses
Sinyallerinin Karşılaştırılması
Bu bölümde tez çalışmasında tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre ile
Maico firmasının MA53 model odyometresi karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma, saf ton
çıkış sinyalleri incelenerek gerçekleştirilmiştir. 125 Hz ile 8000 Hz arasındaki
standart odyoloji sinyallerinin 70dB HL seviyesindeki spectrum ölçümleri her iki
odyometre için gerçekleştirilmiştir. Maico firmasının MA53 model odyometresi
Resim 3.’te gösterilmiştir. Ölçümlerde Resim 3.14’de gösterilen LeCroy firmasının
625Zi model dijital osilaskobu kullanılmıştır.
Resim 3.13. Maico Firması MA53 model odyometresi
Resim 3.14. LeCroy 625Zi model osilaskobu
46
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.23. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
125Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.24. MA53 odyometresinin 125Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.23’de tez çalışmalarında üretilen odyometrede harmoniklerin ortalaması
-63 dBm dir. Şekil 3.24’de, MA53 odyometresinde ise -53 dBm olarak ölçülmüştür.
Harmoniklerin düşük dBm seviyesinde olması testlerin sağlıklı gerçekleştirilmesini
sağlamaktadır. Prototipi geliştirilen ve üretilen odyometredeki gürültü seviyesi
MA53 odyometresinden daha düşüktür (-63dBm<-53 dBm).
47
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.25. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
250Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.26. MA53 odyometresinin 250Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.25’ de prototipi üretilen odyometrede temel frekans 250 Hz in 4 katı olan 1
kHz de 4.harmonik bileşen oluşmakta ve -61.6 dBm genliğe sahiptir. Şekil 3.26 ise
MA53 odyometresinde 750Hz’de 3.harmonik bileşen oluşmakta ve -57.6 dBm
genliktedir. Tasarlanan odyometrede daha düşük genlikte ve bileşende harmonik
oluşmaktadır. 3. ve 5. harmonik bileşenler cihaz için fazla gürültü oluşturmaktadır.
48
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.27. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.28. MA53 odyometresinin 500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.27’de Prototip odyometrede harmonik bileşenler temel frekans 500 Hz’ in 2
katı olan 1 kHz civarında oluşmaktadır. Sadece 2.harmonik bileşenler içermektedir.
Şekil 3.28’de MA53 odyometresinde ise harmonik bileşenler farklı frekanslarda ve
genliklerdedir. Çift sayılı harmonilerde, pozitif ve negatif alternansların bozucu
etkileri birbirini yok etmektedir.
49
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.29. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
750Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.30. MA53 odyometresinin 750Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.29 ve Şekil 3.30’da prototipi üretilen odyometre ve MA53 odyometresinin
750Hz’deki çıkış sinyalleri karşılaştırılmıştır. MA53 odyometresinin çıkışında çok
fazla harmonik bileşen oluşmaktadır.
50
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.31. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
1000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.32. MA53 odyometresinin 1000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.31
prototipi üretilen odyometrenin 1000Hz’deki temel sinyal ve harmonik
bileşenleri verilmiştir. Tasarlanan odyometredeki tüm ölçümlerde 1kHz civarında bir
harmoniğe sahip olduğu ve gürültü aldığı gözlenmiştir. Şekil 3.32’de ve MA53
odyometresinin aynı frekanstaki temel ve harmonik bileşenleri verilmiş olup çok
fazla harmonik bileşenden oluşmaktadır.
51
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.33. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
1500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.34. MA53 odyometresinin 1500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.33 ve Şekil 3.34’de prototipi üretilen odyometre ve MA53 odyometresinin
1500Hz’deki çıkış sinyalleri karşılaştırılmıştır. Tasarlanan odyometre ile MA53
odyometresinin çıkış sinyallerindeki harmonik bileşenler açısında belirgin bir fark
gözlenememiştir. MA53 odyometresinin ölçülebilen harmonik bileşen sayısı 9 değeri
bulmuş, prototipte ise yalnızca 2 adet istenmeyen harmonik bileşen ölçülebilmiştir.
52
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.35. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
2000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.36. MA53 odyometresinin 2000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.35 ve Şekil 3.36’de prototipi üretilen odyometre ve MA53 odyometresinin
2000Hz’deki çıkış sinyalleri karşılaştırılmıştır. Prototip odyometrede istenmeyen
1,051 kHz frekans bileşeni dışında harmonik bileşen gözlenememiştir. Buna karşın
MA53 odyometresinde birçok harmonik bileşen olduğu gözlenmiştir.
53
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.37. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
3000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.38. MA53 odyometresinin 3000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.37 de prototip odyometrede en yüksek harmonik bileşen 1,052kHz
frekansında -61,3 dBm genliğinde olup tüm çıkış frekanslarında gözlemlenmiştir.
Şekil 3.38’de MA53 odyometresinde ise 3. Harmonik ve diğer harmonik bileşenler
mevcut olup, toplam harmonik bozulumu yüksektir.
54
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.39. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
4000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.40. MA53 odyometresinin 4000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.39 ve Şekil 3.40’da 4000Hz’deki çıkış sinyalleri karşılaştırılmıştır. Prototip
odyometrede istenmeyen 1,051 kHz frekans bileşeni dışında harmonik bileşen
gözlenememiştir. Buna karşın MA53 odyometresinde prototipde gözlemlenen
harmonik bileşenlerinin sayısının fazla olduğu tespit edilmiştir.
55
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.41. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
6000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.42. MA53 odyometresinin 6000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.41 ve Şekil 3.42’de prototipi üretilen odyometre ve MA53 odyometresinin
6000Hz’deki çıkış sinyalleri karşılaştırılmıştır. Prototip odyometrede istenmeyen
1,051 kHz frekans bileşeni dışında harmonik bileşen gözlenememiştir. Buna karşın
MA53 odyometresinde gözlemlenen harmonik bileşenlerinin sayısının fazla olduğu
ve toplam harmonik bozulumunun yüksek olduğu tespit edilmiştir.
56
Tasarlanan ve üretimi
gerçekleştirilen odyometre
Şekil 3.43. Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin
8000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü
Maico firmasının MA53
model odyometresi
Şekil 3.44. MA53 odyometresinin 8000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum
ekran görüntüsü
Şekil 3.43 ve Şekil 3.44’de prototipi üretilen odyometre ve MA53 odyometresinin
8000Hz’deki
çıkış
sinyalleri
karşılaştırılmıştır.
Prototipi
gerçekleştirilen
odyometrede istenmeyen harmonik bileşenlerinin sayıları hem daha az hem de en
yüksek genlikteki harmonik bileşenin genliğinin MA53 odyometresine göre daha
düşük olduğu gözlenmiştir.
57
4. SONUÇ VE ÖNERİLER
Yapılan yüksek lisans çalışmaları sonucunda temel işitme testlerini yerine
getirebilecek odyometre cihazı tasarlanmış ve prototipi üretilmiştir. Prototipte her
kanal için DSPIC33FJ256GP710A mikrodenetleyici kullanılmış ve istenen ses
sinyalleri üretilmiştir. Her mikrodenetleyicide üretilen dijital ses sinyalleri kendisine
ait CODEC entegresine gönderilmiştir. CODEC entegresi dijital ses sinyallerini
analog ses sinyallerine dönüştürürken ses seviyelerinin ayarlanmasında entegre
içerisindeki PGA yapısı kullanılmıştır. Bu sayede, CODEC entegresi içerisindeki ses
seviye artışları 0,5 desibel çözünürlükle kontrol edilmesi sağlanmıştır. Odyometre
cihazında DSPIC’ ler haricinde, 18F4550 mikrodenetleyici de kullanılmıştır. Bu
mikrodenetleyici, kullanıcı arayüzünden gelen komutlara göre üretilecek ses
sinyallerine
ait
kodları
ilgili
DSPIC’
lere
göndermektedir.
18F4550
mikrodenetleyicisinin çevresel donanımlarından olan USB portu ile hastaya ait
odyolojik test sonuçlarının hasta bilgi sistemine kayıt yapılması da mümkün
olmaktadır.
Tez çalışmalarında geliştirilen odyometre cihazı üzerinde bulunan tuş takımı ve
display sayesinde her iki kanalda farklı sinyaller üretilmesini sağlayacak ayarlar
gerçekleştirilmektedir. Her iki kanaldan 125Hz ile 8000 Hz arasında ve -10 ile +120
dB değerlerde ses sinyalleri bağımsız olarak üretilmektedir. Cihaz üzerinde bulunan
tuşlara basılarak; 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000 ve 8000
Hz frekanslarında standart 11 farklı ses sinyali üretilmektedir. Aynı şekilde cihaz
üzerinde bulunan tuşlar ile +5 dB aralıkla ses şiddeti artırılmakta veya
azaltılmaktadır. Bu ayarlamalar her iki kanal için bağımsız gerçekleştirilmektedir.
Tasarımda geliştirilen odyometre cihazı elektrik şebekesinden beslenmektedir.
Elektrik şebekesi üzerinde bulunan harmonikler sebebiyle EMC problemlerinin
başlıca kaynağıdır. Bu sorunu azaltmak için odyometre cihazında kullanılan SMPS
yapıdaki güç kaynağı alüminyum bir kutu içerisine yerleştirilmiştir ve gövdesi
şebeke toprağına bağlanmıştır. Bu sayede odyometre cihazın elektrik şebekesinden
kaynaklanan harmoniklerden etkilenmesi azaltılmıştır.
58
Bu alanda yapılacak sonraki çalışmalarda CODEC entegresinin çıkışındaki sinyalin
sabit genlikte seçilmesini veya zayıflatıcı genlik ayarını sağlayan bir ünite
eklenmesiyle daha iyi sinyal gürültü oranı elde edileceği öngörülmektedir.
Prototipi geliştirilen odyometre cihazı, uluslararası test ve kalibrasyon işlemleri
yapıldıktan
sonra
üretilebilir.
Odyometre
cihazının
Türkiye’de
üretiminin
gerçekleştirilmesi durumunda, Sağlık bakanlığının bu cihaz için yaptığı ithalatın
azaltılıp ülke ekonomisine katkı sağlayacağı hatta ihraç kalemi olacağına
inanılmaktadır.
59
KAYNAKLAR
1. Mudduveerappa, N. , Mahesha, S.R., IEEE Engıneerıng in Medıcıne & Bıology
Socıety 10th Annual Internatıonal Conference, India (1988).
2. Stewart, R.W., Pirie, E., Sweeney, D., "A Digital Signal Processing Audiometric
Workstation", The Institution of Electrical Engineers, London (1993).
3. Wu, H.C., "A Low-Cost Architecture Of Audiometer Based On Direct Digital
Synthesizer, "Praceedings of lk Arsl Joint Bmeuembs Conferencs, 894 (1999).
4. Nakamura, N., "Development Of Mobile Audiometric Test System Using Mobile
Phones", National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 356357 (2003).
5. Kochanek, K., Sliwa, L., Zajac, J., Skarzynski, H., "A Universal Computer
Audiometer for Objective Hearing Testing and Screening", International Workshop
on Medical Measutements and Application, 1-3(2007).
6. Tan, S., Loh, S., Chee, W., "Speech-Enabled Pure Tone Audiometer",
Proceedings of 2007 International Symposium on Inteligent Signal Processing and
Communication Systems, Xiamen, 361-364 (2007).
7. Fayçal, Y., Wahila, B., Lotfi, B., Ratiba, B., Benia, A., "Computer Audiometer for
Hearing Testing", International Conference on Advances in Electronics and
Micro-elektronics, Algeriia, 111-114 (2008).
8. Arpat, Y., "Pure Tone Audiometer Design",Yüksek lisans, Başkent Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 1-6 (2006).
9. Esmer, N., Akıner, M. N., Karasalihoğlu, A. R., Saatçi, M. R., "Klinik Odyoloji",
Özışık Matbacılık, Ankara (1995).
10. Pande, P. C., Aras, V.P., "Audiometry techniques, circuits, and systems", M.
Tech. Credit Seminar Report, Electronic Systems Group, EE Dept, Bombay,
(2003).
11. Truax, B., "Handbook For Acoustic Ecology", Originally published by the
World Soundscape Project, Simon Fraser University, and ARC Publications,
(1999).
12. Brad, S.A.,"Clinical Audiology An Introduction Second Edition". Cengage
Learning, Delmar (2010).
60
13. İnternet: Schafer, R.M., Simon Fraser University,"İşitme kabı olan bir insan ile
sağlıklı
bir
insanın
odyogram
grafiği",
http://www.sfu.ca/sonicstudio/handbook/Sound_Propagation.html (2011).
14. DeBonis, D. A., Donohue, C. L., "Survey of audiology: fundamentals for
audiologists and health professionals", Allyn & Bacon Chicago, (2004).
15. "Elektroakustik-İşitme Cihazları-Bölüm 1: Saf Ton Odyometreler", Türk
Standardları, TS 9595-1 EN 60645-1, Ankara (2006).
16. Chassaing, R., "Digital Signal Processing and Application with the C6713 and
C6416 DSK", Wiley-Interscience, New Jersey (2005).
17. Jynn, P.A., Fuerst, W., "Introductory Digital Signal Processing with computer
applications, second edition", Wiley, West Sussex (1998).
18,"Op Amps for Everyone Design Guide", Texas Instuments, Texas (2008).
19. Tuncay, N., Gökaşan, M., Boğosyan, S., "Güç Elektroniği", Literatür Yayıncılık,
İstanbul (2003).
20. Gelfand, S. A., "Essential of audiology second edition". Thieme, New
York (2001).
61
ÖZGEÇMİŞ
KİŞİSEL BİLGİLER
AD – SOYAD
: GÖKHAN MANAV
D.YERİ VE YILI : BORNOVA/ 10.08.1984
: Turgut Özal Mah. 2102 Cad. No:13 Çağdaş Öncü Yapı
ADRES
Kooperatifleri Sitesi C Blok Daire No: 25 Batıkent/ANKARA
CEP TELEFONU : ( 0546 ) 546 53 23
MAİL ADRESİ : [email protected]
EĞİTİM DURUMU

2009-
- - - Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik Eğitimi
Bölümü /Ankara (Yüksek Lisans)
Tez: İki kanal dijital saf ton odyometre tasarımı

2004-2009 tarihleri arasında Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi
Elektrik Öğretmenliği /Ankara (Lisans)
Tez: MATLAB/GUIDE Programında ile 6/4 Anahtarlamalı Relüktans
Motorun Simülasyon Arayüzü
Derece: 3.69/4.00

1998 – 2003 tarihleri arasında Akhisar Anadolu Teknik Lisesi /Manisa (Lise)
Derece: 4.70/5.00
YAPILAN PROJELER:

TÜBİTAK PROJESİ - ELEKTROKİMYASAL ÇALIŞMA ÜNİTESİ
(POTANSİYOSTAT/GALVANOSTAT) TASARIMI VE ÜRETİMİ
Proje Numarası: 7100597
Download