İKİ KANAL SAF TON DİJİTAL ODYOMETRE TASARIMI GÖKHAN MANAV YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 İKİ KANAL SAF TON DİJİTAL ODYOMETRE TASARIMI GÖKHAN MANAV YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OCAK 2013 ANKARA

2 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: Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

3 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

4 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 EN (Elektroakustik İşitme Cihazları Bölüm 1: Saf Ton Odyometreler) standartları referans alınmıştır. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Saf ton odyometre, işitme testi, medikal cihazlar, odyoloji Sayfa Adeti : 61 Tez Yöneticisi : Yrd. Doç. Dr. Ali SAYGIN

5 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 EN (electroacoustic hearing aids Section 1: Pure Tone Audiometers) is used as a reference. Science Code : Key Words :Pure tone audiometer, Hearing test, Medical devices, Audiology Page Number : 61 Adviser : Assist. Prof. Dr. Ali SAYGIN

6 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.

7 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... v TEŞEKKÜR... vi ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ix ŞEKİLLERİN LİSTESİ... x RESİMLERİN LİSTESİ... xiii SİMGELER VE KISALTMALAR... xiv 1. GİRİŞ ODYOLOJİ Kulak Fizyolojisi ve İşitme Ses İletim Yolları Odyoloji Testlerinde Ses Şiddeti Odyometre Odyogram Standartlar Belirli tipteki sabit frekanslı odyometrelerin şartları Saf ton frekanslar ve ilgili frekanslarda uygulanabilecek maksimum ses şiddetleri Toplam harmonik bozulma Frekans modülasyonlu ses tonları için standartlar Dar bantlı gürültü Ses basınç seviyesinin ve titreştirici kuvvet seviyesinin doğruluğu Odyogram biçimi ODYOMETRE TASARIMI... 16

8 viii Sayfa 3.1. Ana Kontrol Devresi Kontrol Butonları ve Uyarı Işıklarının Yer Aldığı Kontrol Platformu Ekran Saf Ses Tonları, Beyaz Gürültü ve Frekans Modülasyonlu Ses Sinyallerinin Üretimini Gerçekleştiren Devre Altıncı Dereceden 12kHz Alçak Geçiren Devre İkinci Dereceden Band Geçiren Filtre Devresi Beyaz Gürültü Pembe Gürültü Veri Seçici Devresi Sağ-Sol Kanal Hava Yolu ve Kemik Yolu Veri Seçici Devresi Ses Sinyali Güç Yükselteç Katı Çıkış Röleleri Çıkış Rölesi Veri Seçici Devresi Odyometrede Kullanılacak SMPS Kaynak Tasarımı Doğrusal Regülasyon Devreleri Gerçekleştirilen Çıkış Sinyalleri Saf ton ses sinyalleri Frekans modülasyonlu ses sinyalleri Maskeleme işlemi Mikrodenetleyicilerinin Gömülü Yazılımları Tasarlanan Odyometre ile MA53 Odyometresinin Saf Ton Ses Sinyallerinin Karşılaştırılması SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR... 59

9 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] Çizelge 2.4. Verilen en düşük sayıdaki frekans değerleri ve sabit frekanslı odyometreler için en düşük işitme seviyesi değer aralıkları [15] Çizelge 2.5. Titreştirici kuvvetin veya ses basıncının yüzdesi olarak verilen harmonik bozulmanın müsaade edilen en yüksek değerleri [15] Çizelge 2.6. Bandın merkezî frekanstaki seviyesine atfen -3dB'lik ses basınç spektrum yoğunluk seviyesi için alt ve üst kesim frekansları [15] Çizelge 2.7. İşitme eşik seviyelerinin grafikle gösterimi için semboller (15) Çizelge 3.1. Tasarlanan odyometre devre numaralarının açıklamaları Çizelge 3.2. Buton ve uyarı ışıklarının kullanım amaçları Çizelge 3.3. Aktif filtre devresinin uygulama sonucunda elde edilen veriler Çizelge 3.4. dspic33fj256gp710a output compare modülü kaydedici değerleri Çizelge 3.5. Ana kontrol entegresi tarafından gönderilen ön kod... 43

10 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 Şekil 3.2. Ana kontrol devresi Şekil 3.3. Kontrol butonları ve uyarı ışıklarının yer aldığı kontrol platformu devre bağlantıları Şekil 3.4. dspic33fj256gp710a mikrodenetleyici entegresi ile WM8510 CODEC entegresi arasındaki bağlantılar Şekil 3.5. CODEC çıkışındaki ön yükselteç devresi Şekil 3.6. CODEC çıkışındaki sinyalin spektrum analiz sonuçları Şekil 3.7. Tasarlanan 12kHz alçak geçiren filtre çıkışının spektrum analiz sonuçları Şekil 3.8. (a) Çok katmanlı geribesleme yapısına sahip aktif filtre devresi (b) devrenin transfer fonksiyonu Şekil kHz filtre devresinin MATLAB simülasyonunda elde edilen Bode eğrisi Şekil Bir kanal için altıncı dereceden 12kHz alçak geçiren filtre devresi Şekil Odyometrede kullanılan band geçiren filtre bağlantı şeması ve gerekli hesaplamaları Şekil İkinci dereceden band geçiren filtre devresi Şekil Beyaz - Pembe gürültü veri seçici devresi Şekil Sağ-sol kanal hava yolu ve kemik yolu veri seçici devresi Şekil Ses sinyali güç yükselteç katı devresi Şekil (a) Çıkış rölesi devre bağlantıları (b) çıkış rölesi seçicim devresi Şekil Başka bir anahtarlamalı mod güç kaynağı spektrum analizi Şekil Doğrusal yapıdaki güç kaynağı spektrum analizi... 36

11 xi Şekil Sayfa Şekil Odyometre için tasarlanan anahtarlamalı mod güç kaynağı spektrum analizi Şekil Doğrusal regülasyon devreleri Şekil Beyaz gürültü spektrum analizi Şekil Kontrol entegresi PIC18F4550 yazılımının akış şeması Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 125Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 125Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 250Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 250Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 750Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 750Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 1000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 1000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 1500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 1500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 2000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü... 52

12 xii Şekil Sayfa Şekil MA53 odyometresinin 2000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 3000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 3000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 4000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 4000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 6000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 6000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 8000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Şekil MA53 odyometresinin 8000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü... 56

13 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 Resim 3.2. Odyometrenin kutulama işlemi tamamlandıktan sonraki görüntüsü Resim 3.3. GLCD ekran çıktıları (a) parametre ekranı (b) sonuç ekranı Resim 3.4. Filtre girişine uygulanan 4 khz giriş sinyali ile çıkış sinyali Resim 3.5. (a) Filtre devresinin simülasyonu ile uygulama sonuçlarının karşılaştırılması (b) Elde edilen sonuçlarda simülasyon ile uygulama arasındaki hata miktarı Resim 3.6. TDH39 kulaklık seti (a) kemik yolu (b) hava yolu 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 3.8. Pico ADC 212 Sanal Enstrüman Resim 3.9. Doğrusal yapıdaki güç kaynağı baskı devre çizimi Resim Odyometre için tasarlanan SMPS yapıdaki güç kaynağının baskı devre çizimi Resim TOP244Y SMPS gömülü sisteminin örnek devre bağlantıları Resim Tasarlanan (a) doğrusal yapıdaki güç kaynağı (b) SMPS yapıdaki güç kaynağı Resim Maico Firması MA53 model odyometresi Resim LeCroy 625Zi model osilaskobu... 45

14 xiv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simge Açıklama Q Modülatör frekansı Çentik filtre frekansı Merkez frekans Band geçiren filtre devresinin kazancı Alçak geçiren filtre devresinin kazancı Çentik filtrenin 0Hz deki kazancı Band geçiren filtrede seçicilik faktörü Kısaltmalar Açıklama ABR CODEC DAC DDS EMC GLCD HL PGA SISI SMPS SPL TEOAE THD TSE Acoustic Brain Research (Beyinsapı Cevaplı Odyometri) Coder Decoder (Kodlayıcı-Kod Çözücü) Digital Analog Converter (Dijital-Analog Dönüştürücü) Direct Digital Synthesis (Doğrudan Dijital Sinyal Üreteci) Elektromagnetic Compatibility (Elektromanyetik Uyumluluk) Graphic liquid Crystal Display (Likit Kristal Grafik Ekran) Hearing Level (İşitme Seviyesi) Programmable Gain Amplifier (Programlanabilir Yükselteç) Small Increment Sensitivity Index (Kısa Artım Duyarlılığı İndeksi) Switched Mode Power Supply (Anahtarlamalı Mod Güç Kaynağı) Sound Pleasure Level (Ses Basınç Seviyesi) Transient-Evoked Otoacoustic Emission (Geçici Uyarılmış Emisyon) Total Harmonic Distortion (Toplam Harmonik Bozulma) Türk Standartlar Enstitüsü

15 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 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 yılında R.W.Stewart ve arkadaşları [2] saf ton, gürültü ve konuşma sinyallerini Motorola firmasının DPS56001 bilgisayar kontrollü deneme kartında gerçekleştirdikleri çalıştırmaların sonuçlarını yayınlamışlardır. Han- Chang 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 yılında Norio Nakamura [4] cep telefonlarına kurulabilen program sayesinde kişilerin cep telefonlarını

16 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 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 (TEOAE- Transient-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 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

17 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.

18 4 2. ODYOLOJİ İnsanda akustik enerjinin ses olarak algılanması olayına işitme denilir. İnsanlar 20 ile 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] 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].

19 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].

20 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.

21 7 Çizelge 2.1. Standart frekanslara göre normal bir insanın duyma seviyeleri Frekans(Hz) db SPL 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 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 üretebilmektedirler. Bu temel özelliklerin yanında kullanıldıkları yerlere göre odyometreler değişik özelliklere 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]

22 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] 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.

23 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 Г Maskesiz Alın Kemik Yolu Her İkisi V

24 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 EN (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] 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.

25 11 Çizelge 2.3. Sabit frekanslı odyometreler için asgarî fonksiyonlar [15] Tip 1 İleri Tip 2 Klinik Tip 3 Temel tanı Tip 4 Ekranlama/ İmkân düzeyde izleme klinik araştırma Hava ile iletim -İki adet kulaklık X X X X 1 -Tıkaç kulaklık X Kemik ile iletim X X X Dar bandlı maskeleme X X X gürültüsü Harici işaret için giriş X X Ton Anahtarlama -Ton sunumu -Ton kesmesi -Darbeli ton X X X X X X Referans tonu 4 -Değişken sunumu X X -Eş zamanlı sunumu X X X 2 Denek tepki sistemi X X X X 3 Elektrik işaret çıkışı X X İşaret göstergesi X X Deney işareti için işitilebilir izleme elemanı -Saf tonlar ve gürültü -Harici giriş X X Konuşmasız iletişim -Operatörden deneğe -Denekten operatöre X X X X 3 1 TS madde 10.2 nin şartlarıyla uyumlu bir başlığa uyarsa bir kulaklık sağlanabilir. 2 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

26 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] Frekans (Hz) İşitme seviyeleri (db) 1 Tip 1 Tip 2 Tip 3 Tip 4 Hava Kemik Hava Kemik Hava Kemik Hava 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.

27 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] Frekans bölgesi (Hz) İşitme düzeyi (db) 1 Toplam harmonik bozulma (%) Hava ile iletim Kemik ile iletim ,5 2,5 2,5 5,5 5,5 5, 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] 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.

28 14 maskeleme gürültüsünü asgariye indirme avantajına sahiptir [15]. En küçük ve en büyük alt ve üst kesim frekans değeri (en küçük), (en büyük), (en küçük), (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

29 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] 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 Hava ile iletim Kemik ile iletim, maskelenmiş: Sağ kulak Semboller Sol Kulak Kulak arkası konumu Alın konumu Cevap yok sembol örnekleri (hava iletimi) Not- Bu çizelge ISO de belirtilen bütün deney tonlarının sunum yöntemleri için sembolleri vermez.

30 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

31 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

32 18 Çizelge 3.1. Tasarlanan odyometre devre numaralarının açıklamaları Numara Açıklaması 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 kHz anahtarlamalı mod güç kaynağı (SMPS - Switched Mode Power Supply) 13 3,3V doğrusal regülasyon devresi 14-5V doğrusal regülasyon devresi Resim 3.2. Odyometrenin kutulama işlemi tamamlandıktan sonraki görüntüsü

33 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 PCF 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

34 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

35 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 Butonlar Açıklaması Uyarı Işıkları 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 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; -Beyaz gürültü D8 Kemik yolu dönüştürücüsü uzman tarafından alına 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 SW 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. 2 Sonuç ekranında diğer sonuçlar arasında dolaşmak için ilave olarak eklenmiştir. 3 Bu uyarı ışığı şu aşamada kullanılmamıştır. İlerleyen tasarımlarda gerekirse kullanılabilir.

36 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.

37 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

38 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 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

39 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

40 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 kHz filtre devresinin MATLAB simülasyonunda elde edilen Bode eğrisi

41 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 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

42 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 Frekanslar Giriş Sinyali (RMS) Çıkış Sinyali (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

43 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.

44 30 Şekil 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

45 31 Şekil 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.

46 32 Şekil 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 Sağ-sol kanal hava yolu ve kemik yolu veri seçici devresi

47 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 Ses sinyali güç yükselteç katı devresi

48 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 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 (a) Çıkış rölesi devre bağlantıları (b) çıkış rölesi seçicim devresi 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

49 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.

50 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 Başka bir anahtarlamalı mod güç kaynağı spektrum analizi Şekil Doğrusal yapıdaki güç kaynağı spektrum analizi

51 37 Şekil 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.

52 38 Resim 3.9. Doğrusal yapıdaki güç kaynağı baskı devre çizimi Resim Odyometre için tasarlanan SMPS yapıdaki güç kaynağının baskı devre çizimi Resim TOP244Y SMPS gömülü sisteminin örnek devre bağlantıları

53 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 Tasarlanan (a) doğrusal yapıdaki güç kaynağı (b) SMPS yapıdaki güç kaynağı 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.

54 40 Şekil Doğrusal regülasyon devreleri 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 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 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

55 41 oluşturulmuştur. Bu modülasyon sonunda merkez frekans olmak üzere iki yan bant sinyal oluşmaktadır. Oluşan yeni sinyaller ± şeklinde ifade edilirler. Burada modüle edilen sinyaldir 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.

56 42 Şekil 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 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.

57 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 5.Bit 4.Bit 3.Bit 2.Bit 1.Bit 0.Bit L-R AC-BC 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 EK- 1 de gösterilmektedir.

58 Şekil Kontrol entegresi PIC18F4550 yazılımının akış şeması 44

59 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 Maico Firması MA53 model odyometresi Resim LeCroy 625Zi model osilaskobu

60 46 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 125Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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).

61 47 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 250Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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 dbm genliğe sahiptir. Şekil 3.26 ise MA53 odyometresinde 750Hz de 3.harmonik bileşen oluşmakta ve dbm genliktedir. Tasarlanan odyometrede daha düşük genlikte ve bileşende harmonik oluşmaktadır. 3. ve 5. harmonik bileşenler cihaz için fazla gürültü oluşturmaktadır.

62 48 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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.

63 49 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 750Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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.

64 50 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 1000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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.

65 51 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 1500Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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.

66 52 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 2000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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.

67 53 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 3000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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.

68 54 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 4000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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.

69 55 Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen odyometre Şekil Tez çalışmasında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen odyometrenin 6000Hz 70db hava yolu ses çıkışının spektrum ekran görüntüsü Maico firmasının MA53 model odyometresi Şekil 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.