8 / 20
VIII
Medical
MEDICAL 16 -
APRILE 2018
interna alla cavità viene misurata con un microfono da
laboratorio. Per verificare la robustezza del modello, il
ricevitore è stato testato anche utilizzando un comples-
so insieme di tubicini simile a una protesi retroaurico-
lare. Nel progetto questo lungo sistema di tubi varia in
diametro ed è abbastanza lungo da sostenere risonanze
acustiche multiple. Mentre viene misurato il risultato
acustico in uscita, un vibrometro laser registra anche i
movimenti strutturali del ricevitore. Sono misurati sia
i movimenti di traslazione sia quelli di rotazione, os-
servando il movimento su diversi punti della superficie
dell’alloggiamento che contiene il ricevitore.
Con l’aiuto di COMSOL Multiphysics, sono stati in gra-
do di implementare il modello semplificato di circuito
vibroacustico in una replica simulata dell’esperimento
descritto. Nella simulazione, l’interazione meccanica
tra il movimento del ricevitore e l’attacco dei tubicini
in silicone, le perdite termoviscose nelle diverse sezioni
trasversali dei tubicini e i carichi di pressione acustica
all’interno della cavità e dei tubi vengono accoppiati
con gli effetti elettrico-magnetico-acustici interni al
modello di ricevitore “black box”.
Il modello COMSOL ha mostrato che la pressione in
uscita e le forze meccaniche dipendono dal segnale
elettrico applicato, dalla frequenza e dalle proprietà
del materiale. La figura 4 mostra i risultati di sposta-
mento della simulazione a 3 kHz e le forze di reazione
accoppiate al ricevitore.
Quando Varanda ha messo a confronto i risultati delle
simulazioni con le misurazioni fisiche, ha scoperto che
mostravano un accordo eccellente (Fig. 5). Le forze
che agiscono sul diaframma e sull’ancia sono acusti-
camente dipendenti dalla pressione sonora in uscita.
Tuttavia, l’accoppiamento tra le forze che agiscono sul
diaframma e le forze di reazione strutturale si è dimo-
strato direttamente proporzionale, come previsto.
Diffondere la conoscenza
Knowles mette a disposizione il proprio modello per
consentire ai tecnici di altre aziende di protesi acusti-
che di risolvere i problemi di feedback. Grazie a una
rappresentazione completa del comportamento acusti-
co, meccanico ed elettromagnetico interno all’hardwa-
re, i progettisti possono facilmente ottimizzare i loro
prodotti sul piano virtuale.
“COMSOL è uno dei pochi strumenti di modellazione
e simulazione che può accoppiare facilmente il circuito
a parametri concentrati del ricevitore “black box” con
un’analisi acustica e di meccanica dei solidi”, commen-
ta Varanda.
“Fino ad ora, verificare e ottimizzare i progetti delle
protesi acustiche è stato quasi più arte che scienza.
Adesso non vediamo l’ora di vedere i nuovi progetti
di apparecchi acustici che nasceranno grazie a questi
modelli”.
Unendo le forze, questa collaborazione tra aziende ha
portato benefici a tutto il settore acustico-medicale.
“Alla fine, ai progettisti di protesi acustiche non inte-
ressa perdere tempo con modelli complessi di trasdut-
tori o lunghissime simulazioni. Quello che vogliono è
potersi concentrare sul loro progetto e poter inserire
e sostituire diversi trasduttori nel modello per vedere
come funziona il dispositivo nel suo complesso”, ag-
giunge.
“Il modello COMSOL permette loro di fare proprio
questo: consente di mettere a confronto il comporta-
mento di centinaia di trasduttori per un singolo appa-
recchio acustico, in modo semplice”. Adesso i proget-
tisti di protesi acustiche hanno i mezzi per ridurre il
feedback e migliorare le performance complessive in
modo più efficiente, più veloce e più economico di pri-
ma, offrendo così nuove possibilità a chi ha problemi
di udito.
Fig. 5 –
A sinistra: il livello di pressione acustica misurato (linea tratteggiata) e simulato (linea continua) in un accoppiamento da 2 cc. A destra: Le forze
e il momento misurati (linea tratteggiata) e simulati (linea continua) che agiscono sul ricevitore