Creado en Junio, 2004 por V. García.

Basado en una idea vista en Internet.

Basado en una idea vista en Internet.

Cuando uno encuentra una ocasión de emprender nuevas experiencias, se atreve con montajes en cuya utilidad y repercusión nunca creyó, así me vi en este tratado en el que teorizando me metí. Este artículo empezó siendo una recopilación de distintos tratados sobre el tema que vi en la red y que me planteó cierta curiosidad, probé a realizar un primer documento teórico que describiera en español los puntos más importantes según un criterio generalizado, esto fue por el mes de junio del 2004. Es evidente que el esquema de principio utilizado para rellenar el artículo, no es mío. Luego fueron apareciendo consultas, dudas y por este motivo, decidí realizar un montaje que demostrara su real efectividad.

Gran sorpresa la mía, en principio mi circuito no reproducía ningún sonido esperado, decidí tomar más en serio el circuito y me impliqué en su depuración, me llevó bastante tiempo. Casualmente tuve que acudir a mi médico por cosas de salud, Dr. Buaki Botuy al que agradezco su colaboración, amablemente me prestó uno de sus ‘estetos’ y realicé ciertas pruebas que me ayudaron, con todo esto pensé que sería un buen motivo para lanzarlo a la red y pedir a nuestros lectores que se implicaran en su depuración por lo que alentamos a todos para que, aporten sus experiencias y conocimientos sobre amplificación, filtros pasa bajos, pasa banda y cualquier modo de conseguir que el circuito funcione, con estabilidad y calidad. Si, encontramos foros sobre este particular en inglés, en francés, italiano, ¿por que no en español?, es que los que utilizamos el castellano para expresarnos pasamos de estos temas, sinceramente, creo que no, por si estás interesado, el foro al que puedes dirigirte es:

INTRODUCCIÓN.

En nuestros tiempos, el estetoscopio también conocido como fonendoscopio, es un dispositivo usado en medicina para oír los sonidos internos del cuerpo humano; fue inventado por René-Théophile-Hyacinthe Laennec en 1816. Generalmente usado en la auscultación de los latidos cardíacos o lo ruidos respiratorios mayormente, aunque algunas veces, también se usa para objetivar otros ruidos, por lo que estos dispositivos no solamente son útiles para los doctores.

Son muchos los que los utilizan estos sensores en sus distintos formatos, son usados por: los aficionados, los exterminadores o anti-plagicidas, otros para espiar y un gran número de otras aplicaciones. Es una de las herramientas utilizadas en operaciones de búsqueda y rescate en emergencia LPA (Localizador de Personas Atrapadas), basan su funcionamiento prolongando el sentido del oído humano mediante sistemas electrónicos, son de gran ayuda en estas labores en catástrofes en el mundo.

Los estetoscopios estándares no proporcionan ninguna amplificación, lo que viene a limitar su uso. Este circuito utiliza circuito amplificadores operacionales diferenciales para amplificar más que un estetoscopio estándar e incluye filtros activos pasa banda para eliminar frecuencias indeseadas y el ruido de fondo.

Fig. 1

DESCRIPCIÓN.

Un estetoscopio electrónico como se ha indicado puede tener una considerable mejora sobre un estetoscopio acústico. Este es más sensible, tiene una mejor respuesta a la frecuencia y tiene un control de volumen para reducir el nivel cuando el ruido es molesto. El estetoscopio electrónico es más adecuado, la potencia y ganancia con los auriculares unidos en paralelo reproducen el sonido en fase, más natural por ambas unidades auriculares.

Varios artículos que describen su construcción han sido publicados en revistas de electrónica y otros en la red. En estas unidades, el ruido analizado es recogido por la sonda, luego amplificado y por último enviado a los auriculares. Trataremos de describir los pasos y analizar el circuito que permite su construcción.

LA SONDA.

Cuando utilizamos una sonda como receptor de sonidos, debemos tener en cuenta los sonidos que esperamos escuchar y según el caso tenemos tres opciones: sonda por vibraciones, micrófono sonda y en caso de cardiógrafos por interferencia de luz.

Una sonda para vibraciones, puede ser un elemento piezoeléctrico cerámico conocido como ‘buzzer’ que nos permitirá captar las vibraciones procedentes de la carcoma, ruidos de un motor o vibraciones sísmicas o similares. Otra aplicación es, en la localización de personas que permanecen con vida en situaciones de derrumbes y terremotos en catástrofes.

Un elemento piezo, mostrado a la derecha, cuando se usa como fuente de sonido, no puede producir frecuencias bajas, debido al pequeño tamaño y rigidez del elemento que vibra, en cambio, cuando se usa como detector, evidentemente tiene una buena respuesta en baja frecuencia. Asimismo el pequeño diafragma de un micrófono no podría producir bajas frecuencias, por esto no es eficaz en la recepción de super bajas frecuencias. La sonda piezo, se utiliza en contadas ocasiones y responde a la necesidad de establecer el origen de ciertas vibraciones, es colocada en contacto directo con las fuentes sospechosas de ruido y vibraciones.

Sin embargo para oír los latidos del corazón, es más adecuado el empleo preferentemente del micrófono sonda o en todo caso la interferencia del rayo de luz sobre el flujo sanguíneo. La imagen de la derecha muestra el esquema de construcción del detector.

El ruido es recogido por la sonda, la mayor parte de sondas usan un pequeño elemento de micrófono como sonda que recoge sonidos del aire, los usados en clínicas de supervisión y cuidados intensivos, así como en quirófanos por su comodidad y fiabilidad utilizan una pinza sobre un dedo, en su interior un rayo de luz infrarroja es interceptado por el flujo de la corriente sanguínea y esto se amplifica y muestra mediante un contador.

En algunas aplicaciones con un micrófono, la sonda no tiene que ponerse en contacto directo con la fuente ruidosa. Para algunos ruidos, una sonda de micrófono es mejor, como se aplica cerca de la fuente de ruido, el sonido en los auriculares se hace más fuerte.

 En nuestra aplicación usaremos una sonda micrófono, para el cual emplearemos uno tipo ‘electret’ por su alta impedancia. El elemento de micrófono en la sonda de micrófono se conecta directamente a la entrada del preamplificador, mediante cable apantallado, la señal obtenida del micrófono ataca la entrada de muy alta impedancia del primer amplificador U1, requisito necesario en el proyecto por las características exigidas.

Si lo que pretendemos es escuchar los latidos del corazón, es necesario pensar que el cuerpo humano ejerce la función de absorber gran parte de los sonidos generados, así que a la hora de amplificar dichos sonidos tendremos mucho cuidado de plantear los filtros adecuados en cada paso y siempre que sea posible verificar mediante un osciloscopio si están bien aplicados, a su salida aplicaremos un amplificador de cierta calidad. A la derecha se muestra el esquema de principio del CI LM386 con una ganancia en tensión de 200.

Hay un elemento decisivo que en ninguna publicación he visto descrito y no se menciona ni de pasada, me refiero a la campana captora, si disponemos de uno, es donde aplicaremos el micrófono mediante un pequeño trozo de tubo de goma para que reciba los sonidos que la campana recoge y luego puedan amplificarse. Su construcción influye de gran manera en los resultados.

En las imágenes de la derecha apreciamos la pieza más decisiva del estetoscopio, la campana de sonido y a su lado el corte transversal con los elementos que la componen, es muy simple pero efectivo, el cuerpo es de metal, el diafragma es un disco de material elástico delgado rígido, el conducto, donde conectamos el tubo de goma y micrófono y además está la cámara que al ser cónica concentrará el sonido que le llega.

EL ESQUEMA.

El esquema como se ve, comprende una serie de filtros activos U1-U2 y U3, que se encargan de filtrar y amplificar la señal de sonido que recogió la sonda y se entrega al amplificador de audio U5, quien se encarga de su optimización. U4 permite observar el ritmo de los sonidos captados por la sonda de forma óptica por el doble diodo LED D1.

Fig. 8

El esquema como se ve, comprende una serie de filtros activos U1-U2 y U3, que se encargan de filtrar y amplificar la señal de sonido que recogió la sonda y se entrega al amplificador de audio U5, quien se encarga de su optimización. U4 permite observar el ritmo de los sonidos captados por la sonda de forma óptica por el doble diodo LED D1.

Así pues, la señal de salida del micrófono se amplifica mediante el amplificador U1, se envía a un filtro activo pasa banda de segundo orden, construido mediante el segundo amplificador U2 y la realimentación obtenida por C4 y R7 (ver más abajo este filtro), que nos entrega la señal convenientemente amplificada por U3, en este punto se deriva dicha señal, por un lado utilizando un amplificador U4, que activará un indicador óptico, un diodo led bicolor;  por otro lado, la señal del amplificador U3, se aplica al amplificador de audio U5 en este caso de 1W, constituido por un LM386 con unos pocos componentes, con el que mediante unos auriculares de alta impedancia, podremos escuchar los sonidos o los subsonidos captados.

En la práctica, después de varios intentos y pruebas sobre este circuito y haber probado distintos tipos de filtros para la segunda etapa, la más crucial y determinante, encargada del filtro activo pasa banda, que ha de ser muy elaborada, pues debe dejar pasar el soplo del sonido detectado por la sonda (micro) y no la frecuencia introducida de red o ruidos circundantes, que normalmente se reintroducen incluso por carga del cuerpo humano, finalmente he optado por el mostrado.

Se recomienda cortar todos los terminales de los componentes, lo más cortos posible así como el cable coaxial desde el micrófono al circuito impreso, debe mantenerse bastante corto. Tener en cuenta que cuando trabajamos en amplificaciones de audio con frecuencias tan bajas, hasta las pistas del circuito impreso se comportan como antenas introduciendo ruidos en la propia amplificación.

Una premisa de seguridad, cuando se aplican electrodos o sondas sobre el cuerpo humano, se recomienda utilizar baterías para la alimentación siempre que sea posible o en último caso por seguridad, transformadores separadores galvánicos. Se debe considerar utilizar dos baterías o pilas de 9 Voltios, preferible a utilizar la energía de red de CA, por muy buena que sea la fuente de alimentación, siempre se ‘cuela’ el molesto ruido de la ondulación de alterna (CA).

El filtro pasa banda original, parece confuso, a la derecha configurado como es más normal. Cada uno puede realizar sus cálculos de los filtros para comprender mejor su función y pruebe el que mejor se adapte a su caso, sin embargo estoy completamente seguro que éste cumple las expectativas que se pretenden.

Debería emplearse dos filtros pasa bajos con banda pasante de 10Hz, seguidos de un par de filtros pasa altos con una banda pasante de 100Hz, las resistencias a usar deben ser del 1% para un valor mas preciso y lograr entre 60 y 80dB. En cuanto a las formulas, son las habituales:

Se debe realizar un filtro pasa-bajos seguido de uno pasa-altos con los parámetros anteriores,
este es un filtro pasa-bajos genérico, realizado con componentes estándar que le puede servir de orientación.

El operacional a usar es responsable de la calidad que quieras obtener, así pues, yo usaría un INA114 para instrumentación o similar un bifet como el TL084. En el amplificador de audio original se utilizaba un LM741, en esta actualización utilizaremos el amplificador de audio LM386 con una configuración que entrega una ganancia entre 20 y 200. El filtro pasa bajos pasivo de salida formado por C9 y R14, debe acercarse en sus valores a los descritos, su función es evitar en parte, los ruidos generados por los picos de la amplificación recortándolos.

REALIZACIÓN PRÁCTICA.

Debido al interés despertado por este artículo, me veo gratamente obligado a ampliar con detalles la realización de este práctico estetoscopio con el circuito práctico del amplificador que incluye el pequeño amplificador de audio para usar con auriculares.

El amplificador está compuesto básicamente por tres amplificadores operacionales, configurando el primero como amplificador de alta impedancia de entrada. La ganancia de un amplificador operacional [op-amp] como inversor viene dada por la expresión de la derecha, así mismo, la impedancia de entrada del amplificador, viene determinada por el valor que asignemos a R1.

En nuestro caso necesitamos que las señales en modo común no sean amplificadas para evitar el ruido de los 50Hz provenientes de la red, esto lo conseguimos con el filtro activo pasa-banda de la figura para las señales en modo común. La señal a la salida de este amplificador ya podríamos utilizarla, sin embargo para discriminar aún más la señal del ruido utilizamos un nuevo filtro activo en el tercer amplificador. El montaje se puede realizar con un CI TL084 para que sea más compacto, el cual contiene 4 amplificadores diferenciales en la misma cápsula, idénticos al TL081 y LM741, aunque diferentes prestaciones.

Aprovechando mi experiencia con el amplificador LM386, éste requiere solo y unos pocos componentes, funciona con alimentación única de 9V y auriculares estándar de alta impedancia con control de volumen, conectando ambos auriculares en paralelo obtenemos el efecto envolvente, mejor que ponerlos en serie, lo que produciría un retardo por desfase en la audición.

Fig. 11

En el circuito reducido de estetoscopio electrónico mostrado arriba, el LM386 en el esquema general, no funciona a su máxima ganancia de tensión aproximada de 200 [46dB]; R11 es el control de volumen. En circuitos que usan el LM386, si se omite C6 entre las patillas 1 y 8, la ganancia aproximadamente es 20 [26dB] y el condensador bypass C8 no se necesita. Se pueden obtener ganancias intermedias conectando una resistencia 1.200 ohmios en serie con C6; dan una ganancia aproximada de 50. R14 y C9 mejoran la estabilidad del amplificador en alta frecuencia. En diferentes circuitos del LM386, utilizan el condensador C10 de bypass de alimentación, es muy importante para asegurar una amplificación estable.

 El montaje del circuito lo hemos llevado a cabo mediante un tablero de pruebas (‘protoboar’), como el que se aprecia en la imagen de abajo. En dicha imagen se muestra la disposición de los componentes como otra ayuda al principiante y como referencia para no perdernos en el seguimiento del esquema. Puede apreciarse que hemos utilizado como siempre los componentes más comunes y que resultan de fácil localización en el comercio.

Fig. 12

A la izquierda destaca el micro, también destacan los cinco CI, cuatro de ellos son el conocido LM741 y a la derecha el amplificador de audio LM386. Se hace hincapié en la interconexión de este amplificador ya que de él depende la calidad del sonido resultante. Puede utilizarse el circuito LM324 y obtener un montaje más compacto, ver imagen siguiente.

Fig. 13

DISCUSIÓN.

Al conectar la alimentación y al conectar los auriculares no oye nada, a pesar de girar al máximo el potenciómetro R11 o escucha un molesto ruido. Si no oye nada, sin duda algo no está en su sitio, revise el circuito otra vez, le aseguro que ha de oírse algún tipo de ruido, si el ruido es agudo, revise los valores de los condensadores, si por el contrario oye un soplido o tableteo, baje un poco el volumen y trate de escuchar con atención, es conveniente al principio acoplarse un poco al sonido que se escucha.

Que ni por esas, no oye el latido de su corazón, no importa que en su caso funciona bien, lo ha de poder oír. Vaya, en ese caso es una las dos siguientes opciones, es cuestión del micrófono o de los auriculares. Le aseguro que tuve que probar entre más de siete modelos de micrófonos electret, hasta encontrar uno con 60dB de salida y no crea que eso es todo, los mismos auriculares son un elemento que me llevó bastantes quebraderos de cabeza, elija uno de alta impedancia es lo ideal.

Primero, debe poner el jack estéreo en paralelo para los dos auriculares de cierta calidad y así oír ambas partes iguales, eso ayuda bastante.

Claro que a pesar de todo, esto sigue igual, sin oír los dichosos latidos de su corazón y casi se queda sordo por los chirridos que llegan de todas partes, sin duda es cuestión del electret. Va por buen camino.

En último lugar debe revisar la sonda captora, no sólo el micrófono, sino el conjunto, del micro y la campana captora del sonido o mejor debería decir subsonido ya que los sonidos son bajos entre 10 y 180 pulsos y claro modulados por una frecuencia baja como un rumor.

Observe la imagen que presento a la derecha y aproveche algún objeto cónico o construya con un par de tapones de  botella una especie de campana, debe sellar con una membrana de papel cebolla la campana a 3 milímetros del borde y cuando esté seco, una segunda membrana, ésta de material más rígido, plástico de un protector de CD-ROM por ejemplo y péguelo en el borde exterior de la campana, esto creará una cámara que nos permitirá obtener los sonidos que necesitamos.

En mi caso aproveche un casquillo o tapón cónico de metal, al que le practiqué un agujero en el extremo cerrado con una broca del diámetro del electret para que quedara ajustado, luego recorté un trozo de papel satinado un poco más pequeño que la tapa, de espesor doble o poco más que una cuartilla de 90 gramos y lo pegué en el extremo ancho, luego use un trozo de plástico de un protector de CD-ROM del que recorté un círculo del diámetro de la boca del casquillo y lo pegué, procuré que éste estuviera cerca del anterior pero sin llegar a rozarle, de modo que quedara una pequeña cámara de aire entre ambos y eso es todo.

 De cualquier modo alentamos a los lectores interesados a que, expresen sus dudas y para intercambio de ideas contacten con el autor. Algunos estudiantes de medicina ya han construido su propio esteto basado en este artículo y han obtenido nota en sus presentación, lo cual me llena de orgullo porque me demuestra que a servido de trampolín en sus estudios.

NOTAS:

2015.05.28 – Compatibilidad con móviles.
2014.09.08 – Se mejora el esquema general.
2007.03.03 – Se modifica el filtro pasa bajos, para mejorar.
2006.12.05 – Se añaden formulas filtros pasa altos y pasa bajos.
2003.05.09 – Se añade el circuito usando el LM324.
2004.12. 20 – El actual esquema.
2004. 11.16 – Se modifica el esquema.
2004. 09.02 – Modificado el error: LM385 por el adecuado LM386 Amplificador de audio.
Los auriculares de alta impedancia tienen mejor respuesta.
R11 de 5K Ω  logarítmico, es el control de volumen.
Los + 9V y – 9V se puede obtener por dos baterías 9V unidas en serie y solapadas ligeramente en la envoltura.
Tenga cuidado con el volumen, pues el exceso de nivel de ruidos puede dañar sus oídos.
MIC1 es un montaje hecho aparte, de una cabeza de estetoscopio y un micrófono electret de 20dB o más. Cortar la cabeza  del estetoscopio y utilizar un pedazo pequeño de tubo de goma, para ensamblarla en la cabeza, que entre roscada al micrófono.