Un sistema automatizado para pruebas de localización de sonido en oyentes con discapacidad auditiva

Resumen

Este protocolo introduce un sistema automatizado de pruebas de localización de sonido con colocación precisa de altavoces y análisis integrado de respuesta, validado en participantes con audición normal y en participantes con sordera unilateral. Proporciona un método reproducible para evaluar la audición espacial y apoya la clasificación funcional utilizando el marco de la Clasificación Internacional de Funcionamiento, Discapacidad y Salud (ICF).

Resumen

La localización del sonido es un componente fundamental de la percepción auditiva, pero su evaluación clínica sigue siendo técnicamente exigente. Aunque las pruebas de localización en campo libre usando matrices de altavoces semicirculares se consideran el estándar de oro, muchos protocolos existentes dependen de procedimientos impulsados por examinadores y proporcionan una orientación limitada para la interpretación funcional de errores de localización.

Se presenta un protocolo automatizado de localización de sonido que combina la entrega estandarizada de estímulos y la adquisición de respuestas con un marco interpretativo orientado a funciones. Los estímulos se presentan desde posiciones azimutales predefinidas bajo condiciones controladas, las respuestas de los participantes se recogen mediante una interfaz gráfica y las métricas de rendimiento de localización se calculan automáticamente al finalizar la prueba. Es importante destacar que los errores cuantitativos de localización se traducen posteriormente en categorías clínicamente significativas utilizando el marco de clasificación basado en la Clasificación Internacional de Funcionamiento, Discapacidad y Salud (ICF).

El protocolo se aplicó a 34 adultos, incluidos 20 con audición normal y 14 con sordera unilateral (SSD). Los participantes fueron evaluados bajo condiciones estandarizadas y su rendimiento se cuantificó utilizando el error cuadrático medio (RMSE) y el error absoluto medio (MAE). Los resultados se clasificaron funcionalmente según el marco ICF. Los oyentes con audición normal mostraron consistentemente bajos errores de localización correspondientes a una discapacidad leve o nula, mientras que el grupo SSD mostró errores angulares mayores y niveles de discapacidad definidos por ICF más altos.

Al integrar un protocolo de localización automatizado con una escala interpretativa basada en ICF, este enfoque facilita la evaluación reproducible de la localización horizontal del sonido, al tiempo que permite interpretar con relevancia clínica de déficits auditivos espaciales. El marco propuesto apoya pruebas independientes del examinador y puede aplicarse en entornos clínicos y de investigación para caracterizar el rendimiento de la localización entre grupos de oyentes e intervenciones.

Introducción

La pérdida auditiva suele cuantificar mediante audiometría de tonos puros, que proporciona una medida sencilla de los umbrales auditivos y permite a los clínicos clasificar la gravedad del deterioro y predecir las dificultades asociadas en la vida diaria. Sin embargo, el declive en la capacidad de localización del sonido, consecuencia funcional de la pérdida auditiva, no puede captarse tan fácilmente ¹. A diferencia de las pruebas umbral, la localización requiere la integración de señales binaurales y es mucho más difícil de evaluar objetivamente o de clasificar en términos de discapacidad funcional.

Las pruebas convencionales de localización en campo libre han sido durante mucho tiempo consideradas el estándar de oro, pero presentan varias limitaciones. Se necesita una colocación precisa de al menos siete altavoces en una disposición semicircular (-90° a 90°) para garantizar pruebas ^{fiables 2}. Los requisitos, incluyendo una calibración espacial precisa y la necesidad de controlar varios altavoces simultáneamente, pueden hacer que la configuración sea técnicamente exigente. Además, los procedimientos de localización sonora tradicionalmente han dependido de una participación sustancial de los examinadores en múltiples etapas de la prueba, incluyendo la entrega de estímulos, la monitorización de la respuesta y el registro de^{resultados 3,4}. Aunque en estudios más recientes se han introducido distintos grados de automatización, la supervisión del examinador o la intervención manual suele seguir siendo necesaria desde el inicio hasta la finalización de la^{prueba 5,6}. Como resultado, los resultados de localización pueden verse influenciados por factores dependientes del examinador y la implementación específica del sitio, lo que lleva a la variabilidad en la ejecución de las pruebas y limita la estandarización entre instituciones. Estos desafíos se agravan aún más en poblaciones pediátricas, donde mantener la atención y la adherencia durante sesiones prolongadas de pruebas puede ser especialmente^{difícil 5}. En conjunto, estos factores introducen variabilidad entre examinadores y centros, complicando las comparaciones entre estudios y limitando la estandarización de los protocolos de localización^{sonora 1,7}.

Para abordar estos desafíos, se necesita un sistema automatizado y estandarizado que permita pruebas de localización de sonido eficientes e independientes del examinador. Un sistema así no solo agilizaría el procedimiento de prueba, sino que también mejoraría la reproducibilidad en entornos clínicos y de investigación. Además, más allá de cuantificar el error o sesgo angular, traducir el rendimiento de localización en categorías funcionales puede apoyar interpretaciones más significativas a nivel clínico.

En este trabajo, presentamos un enfoque integrado para un sistema automatizado de pruebas de localización de sonido y demostramos su aplicación utilizando ^{la escala de} clasificación 1 de la Clasificación Internacional de Funcionamiento, Discapacidad y Salud (ICF). Este enfoque aborda las limitaciones prácticas de los métodos tradicionales y proporciona un marco estandarizado y orientado a la función para evaluar la capacidad de localización en personas con pérdida auditiva. El sistema propuesto está destinado a su uso en entornos clínicos y de investigación controlados donde se requiere una evaluación estandarizada de la localización del sonido horizontal. El protocolo actual se centra en la localización azimutal bajo condiciones fijas de posición de la cabeza y no aborda la localización vertical ni escenarios dinámicos de escucha que impliquen movimiento de cabeza. Estas restricciones son inherentes al objetivo de minimizar señales innecesarias y garantizar una evaluación reproducible entre examinadores y sesiones de examen.

Protocolo

El protocolo del estudio fue revisado y aprobado por la Junta de Revisión Institucional del Hospital del Sagrado Corazón de la Universidad Hallym (número de aprobación: HALLYM 2023-07-015-001). Todos los participantes proporcionaron un consentimiento informado por escrito antes de participar.

1. Instrumentos

NOTA: Durante las pruebas, el nivel de ruido de fondo dentro de la cabina se mantuvo por debajo de aproximadamente 35 dBA, asegurando que el ruido externo no interfiriera con el rendimiento de la localización del sonido.

Una cabina insonorizada (dimensiones internas de aproximadamente 3.800 × 2.200 × 2.100 mm) proporcionaba un entorno de escucha controlado en campo libre con un ruido ambiental mínimo. Dentro de la cabina se instaló un rack semicircular de altavoces con un radio de 3.000 mm. Siete altavoces estaban montados a intervalos de 30° que iban de −90° a +90° de azimut, y todos los altavoces estaban situados a la misma altura (altura de la cabeza cuando estaban sentados; aproximadamente 1.050 mm) y a la misma distancia de la cabeza del participante (Figura 1). Los altavoces estaban conectados a una interfaz de audio multicanal mediante cables de audio XLR balanceados y apantallados.

NOTA: Al conectar varios altavoces a un ordenador personal situado fuera de la cabina insonorizada, se instaló un panel de cable o paso de pared en la pared de la cabina. Esto facilitaba un paso estable de cables entre el interior y el exterior de la cabina, manteniendo al mismo tiempo el aislamiento acústico y minimizando el desorden de cables.
La presentación de estímulos y la adquisición de datos se controlaron mediante un ordenador personal basado en Windows que ejecutaba software desarrollado a medida (Figura 2; véase Tabla de Materiales). Se preparó una silla ajustable en altura equipada con reposacabezas para estabilizar la posición de la cabeza del participante durante la presentación del estímulo. Se utilizaba una silla hecha a medida con altura ajustable del asiento y posición del reposacabezas para acomodar la antropometría individual de cada participante. El reposacabezas proporcionaba retroalimentación táctil para ayudar a los participantes a mantener una orientación coconsistente hacia adelante durante la presentación del estímulo.

NOTA: El software personalizado se desarrolló internamente para soportar pruebas automatizadas de localización de sonido. Una vez iniciada la prueba, el software controlaba la presentación de estímulos y la secuenciación de los ensayos, recogía las respuestas de los participantes mediante una interfaz táctil y calculaba automáticamente métricas de rendimiento de localización, incluyendo el error cuadrático medio (RMSE), el error absoluto medio (MAE) y el sesgo de localización al finalizar la prueba.

Figura 1. Matriz de altavoces para la prueba de localización de sonido horizontal Por favor, haga clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 2. Esquema del sistema experimental. El sistema consistía en un ordenador personal conectado a una interfaz de audio, que enviaba señales a un amplificador de potencia y, posteriormente, a la matriz de altavoces. Se utilizaba un medidor de nivel sonoro para calibrar y así asegurar niveles de salida consistentes en todos los altavoces. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

2. Setup01

Antes de comenzar la prueba, se realizó un procedimiento de calibración para asegurar niveles consistentes de presentación sonora en todos los altavoces de prueba. Un estímulo de ruido de banda ancha que era raíz cuadrática media (RMS) emparejado con los estímulos de prueba se presentó secuencialmente desde cada altavoz. Un medidor de sonido de precisión Clase 1 equipado con un micrófono de campo libre se colocó en un trípode a nivel de cabeza (aproximadamente 1.050 mm) en la posición del participante. El nivel sonoro continuo equivalente (LZeq; Nivel de presión sonora ponderado en Z, promediado en el tiempo) de cada altavoz, y los niveles de salida se ajustaron para que el LZeq medido fuera aproximadamente de 60 dB SPL (±0,5 dB) en todos los altavoces.

NOTA: El ajuste de los niveles de salida de los altavoces se realizó a nivel de interfaz de audio para asegurar una calibración consistente entre altavoces. El software personalizado no incluía funciones de control de nivel y se utilizaba únicamente para la presentación de estímulos, control de ensayos, recogida de respuestas y cálculo de métricas de localización.

3. Experimento

El participante se sentaba en la silla hecha a medida de modo que la cabeza estaba alineada con el altavoz frontal (0° de azimut, la posición central de la matriz semicircular) y se colocaba en el centro de la matriz semicircular. El reposacabezas se ajustó para ajustarse firmemente contra la protuberancia occipital, y se indicó al participante que mantuviera contacto con el reposacabezas durante toda la prueba. Se colocó un panel táctil justo delante del participante para registrar las respuestas y se proporcionaron instrucciones sobre su uso.

NOTA: Una colocación incorrecta al inicio de la prueba puede afectar los ángulos efectivos de los altavoces y comprometer la precisión de la medición. El reposacabezas proporcionaba retroalimentación táctil, permitiendo a los participantes monitorizar si la cabeza permanece correctamente posicionada. El dispositivo de respuesta no debe actuar como barrera visual o auditiva y el panel táctil no debe obstruir la línea de visión directa entre el participante y el altavoz central.

Se introdujeron el código de identificación del participante y el número del ensayo, y se seleccionó el estado del dispositivo auditivo (implante coclear, audífono o ausencia de audífono) mediante la interfaz gráfica de usuario (GUI). Se inició la secuencia de familiarización. En la interfaz gráfica, se seleccionaba el botón de Familiarización para iniciar la secuencia de familiarización. Se indicó al participante que mantuviera la mirada hacia el altavoz central durante toda la secuencia. Durante la secuencia de familiarización, el sistema presentaba automáticamente estímulos auditivos de forma secuencial desde cada altavoz.

NOTA: Se indicó al participante que mantuviera la cabeza orientada hacia adelante y evitara girarse hacia la fuente del sonido durante este paso. La prueba de localización sonora empleó estímulos de ruido de banda ancha (20-20.000 Hz) generados en dos formas espectrales y se presentaron en tres niveles de intensidad (55, 60 y 65 dB HL). Todos los estímulos tuvieron una duración de 500 ms con rampas de inicio y desplazamiento de 5 ms, consistentes con los protocolos de localización^{establecidos 1,2}. En total, se presentaron seis estímulos únicos una vez desde cada uno de los siete altavoces en orden aleatorio, resultando en 42 ensayos por participante.

Figura 3. Interfaz de mapa de oradores utilizada para las respuestas de los participantes. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

En la interfaz gráfica, se seleccionaba el botón Pre-test para activar el modo pre-test. Se indicó al participante que mirara hacia el altavoz frontal y que pulsara el botón de Arranque en el panel táctil cuando estuviera listo, manteniendo la orientación de la cabeza hacia adelante. Al pulsar el botón de Inicio , el sistema emitía el primer sonido de prueba de uno de los altavoces. Tras la presentación sonora, la pantalla del panel táctil cambiaba a un mapa de altavoces, en el que el participante seleccionaba la ubicación percibida de la fuente sonora (Figura 3).

Tras cada respuesta, el sistema proporcionaba retroalimentación inmediata. Para respuestas correctas, se mostraba un mensaje de confirmación antes de permitir la progresión al siguiente ensayo. En caso de respuestas incorrectas, la ubicación correcta del altavoz se resaltaba en el mapa y el sonido se repetía tres veces desde ese altavoz. La prueba previa consistió en tres ensayos y fue terminada automáticamente por el sistema al completar la tercera prueba.

NOTA: Se vigilaba al participante para asegurar que la cabeza permaneciera dirigida hacia el altavoz frontal durante la secuencia de retroalimentación, ya que girar la cabeza interfería con la percepción precisa de las señales espaciales. Como los ensayos individuales no podían repetirse dentro de la secuencia automatizada, cualquier instancia en la que el participante no mantuviera claramente la posición requerida de la cabeza adelantada desencadenaba un reinicio de sesión en lugar de una repetición a nivel de ensayo. Estas sesiones reiniciadas no se incluyeron en el análisis final. El número de ensayos previos a la prueba estaba predefinido en el sistema (limitado a tres ensayos) y no podía ser modificado por el^{examinador 8,9}.

Tras completar la prueba previa, se pulsaba el botón principal de prueba para iniciar la secuencia principal de pruebas. El participante pulsaba el botón de Inicio en el panel táctil para activar la presentación de un sonido desde uno de los altavoces. Tras la presentación del sonido, la pantalla del panel táctil cambiaba a un mapa de altavoces, en el que el participante seleccionaba la ubicación percibida del sonido. Tras cada respuesta, el sistema mostraba el botón Siguiente . Se permitía al participante tomar un tiempo adicional antes de pulsar el botón Siguiente para descansar y verificar la correcta orientación de la cabeza antes de iniciar la siguiente prueba. El sistema avanzaba automáticamente a través del número predefinido de ensayos, repetía la secuencia de ensayos y continuaba hasta que se completaba la prueba principal.

NOTA: Se enfatizó que la cabeza permaneció dirigida hacia el altavoz frontal durante toda la prueba. Esta posición aseguraba una percepción consistente de las señales espaciales y evitaba sesgos debidos a movimientos de cabeza no intencionados. Tras finalizar el estímulo, se permitió a los participantes girar la cabeza para identificar y seleccionar visualmente el altavoz percibido. Sin embargo, antes de que comenzara el siguiente ensayo, volvieron a la posición frontal inicial para asegurarse de que todos los estímulos posteriores fueran percibidos bajo la misma condición estandarizada. Aunque el sistema no incluía seguimiento integrado de la cabeza, el examinador monitorizó visualmente la orientación de la cabeza durante toda la prueba para asegurarse de que los participantes mantuvieran la posición adelantada requerida antes de cada estímulo.

Al final de la prueba, el sistema terminaba automáticamente la sesión y generaba un archivo de registro. El registro contenía registros de cada ensayo, incluyendo el estímulo presentado, la dirección de la fuente sonora y la respuesta del participante. A partir de estas respuestas, el sistema calculó el RMSE, el MAE y el sesgo de respuesta, que se guardaron junto con el registro del ensayo para análisis posteriores.

NOTA: El archivo de registro se almacenó correctamente después de la sesión, ya que contenía tanto los datos de respuesta en bruto como las métricas de rendimiento calculadas necesarias para un análisis posterior.

4. Procesamiento y análisis de datos

Tras completar la prueba de localización de sonido, el sistema calculó automáticamente el RMSE, el MAE y el sesgo de respuesta para cada participante basándose en las respuestas grabadas del ensayo. Para la visualización y la preparación de figuras, los datos exportados se procesaban posteriormente mediante scripts desarrollados a medida.

Para facilitar una interpretación clínicamente significativa del rendimiento de la localización sonora, las métricas de error de localización se categorizaron adicionalmente utilizando un marco basado en la Clasificación Internacional de Funcionamiento, Discapacidad y Salud (ICF). Este enfoque se adoptó basándose en un sistema de clasificación consensuado previamente propuesto para la localización horizontal del sonido, que mapeaba los errores cuantitativos de localización en niveles graduados de deterioro^{funcional 1}. En este marco, el rendimiento de localización se clasificó en cinco categorías: sin discapacidad, leve, moderada, grave y completa, basándose en la distribución del error de localización en un grupo de referencia de audición normal (NH) y el nivel de azar asociado con el montaje específico de la prueba. Es importante destacar que esta clasificación no sustituyó a métricas de error convencionales (por ejemplo, RMSE o MAE), sino que sirvió como una capa interpretativa que traducía las medidas numéricas de rendimiento en categorías funcionalmente relevantes. La clasificación basada en ICF se aplicó a posteriori a los resultados de localización obtenidos en el presente estudio para apoyar la interpretación estandarizada y facilitar la comparación entre participantes y grupos de oyentes.

Resultados

En total se incluyeron 34 participantes en este estudio, con 20 adultos con audición normal (NH) y 14 adultos con sordera unilateral (SSD), definidos como con pérdida auditiva grave a profunda en el oído alterado (> 70 dB HL) y un oído contralateral con un promedio tonal puro ≤30 dB HL hasta 4.000 Hz, siguiendo una definición de SSD establecida por consenso^{internacional 2. 10}. El grupo NH estaba compuesto por 12 hombres y 8 mujer...

Discusión

Para situar el rendimiento del sistema de localización propuesto en contexto, se examinaron los errores de localización observados en el presente estudio en relación con los valores reportados en estudios previos de localización en campo libre. Aunque las comparaciones cuantitativas directas entre estudios están inherentemente limitadas por diferencias en configuraciones experimentales, parámetros de estímulo y métodos de respuesta, trabajos previos han informado que el rendimiento de lo...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Software personalizado de pruebas de localización de sonido	Desarrollo interno	N/A	Software desarrollado a medida (basado en Python, versión 3.14.2) utilizado para la presentación automatizada de estímulos, secuenciación de ensayos, recogida de respuestas en pantalla táctil y cálculo automático de RMSE, MAE y sesgos de localización.
Software R	Fundación R para Computación Estadística	N/A	Entorno de computación estadística utilizado para la visualización de datos post hoc y la generación de figuras (versión 4.4.2)
Interfaz de audio RME Fireface UFX+	RME	Fireface UFX+	Tarjeta de sonido multicanal compatible ASIO utilizada para reproducción de estímulos y calibración de niveles. Los niveles de salida de los altavoces individuales se ajustaban a nivel de interfaz.
Altavoces Genelec 8010A	Genelec	8010A	Altavoces de rango completo utilizados para pruebas de localización de sonido en campo libre. Todos los altavoces eran modelos idénticos para asegurar una salida acústica consistente en posiciones azimutales.
Rack de lanzadores semicircular personalizado	Fabricación interna	N/A	Radio 3000 mm, altura 1050 mm, diseñado para montar 7 altavoces con un espaciamiento angular igual (30°)
Silla ajustable en altura y nbsp;	Fabricación interna	N/A	Silla personalizada con altura ajustable y reposacabezas ajustable que se utiliza para proporcionar retroalimentación táctil y mantener una posición estable de la cabeza durante las pruebas.
Ordenador personal basado en Windows	ASUS	PN64	Mini PC (Intel Core i5-13500H) utilizado para la presentación de estímulos, control de ensayos y adquisición de datos
Cable de audio balanceado	Mogami	W2594	Cable de audio balanceado de baja capacitancia, utilizado para conectar altavoces a la interfaz de audio
Sonorímetro	Brü El & Kjæ r	Tipo 2250	Utilizado para calibrar la salida de altavoces; Instrumento de precisión de Clase 1 (IEC 61672-1)
Micrófono de campo libre	Brü El & Kjæ r	Tipo 4189	Micrófono de campo libre prepolarizado de ½ pulgadas, compatible con el Tipo 2250, utilizado para mediciones precisas de SPL.
Monitor táctil	Jooyon	Vista de transporte B	Monitor táctil para la recogida de respuestas de los participantes.
Sala insonorizada	Sontek (hecho a medida, Corea)	N/A	Externa: 4050 y horas; 2450 y horas; 2575 mm (W y épocas; D y épocas; H); Interno: 3800 y multiplicaciones; 2200 y horas; 2100 mm, diseñado para proporcionar un entorno aislado de ruido para pruebas en campo abierto