Piotr Świdziński
Obiektywna metoda akustycznego różnicowania zaburzeń głosu
The objective method of voice disorders acoustic differentiation
z Kliniki Foniatrii i Audiologii Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
Kierownik Kliniki: prof. dr hab. med. dr h.c. Antoni Pruszewicz
Streszczenie
Summary
The fidelity of the recording and digital processing of the acoustic signal – a stochastic process – is in keeping with an ever increasing amount of measurable qualities (corresponding to various subjective evaluations) of human voices and allows for a very precise and objective evaluation of discrete qualities, which would otherwise be indiscernible in the subjective listening evaluation of voice and speech impediments.
The purpose of this paper was to employ the research potential of the KAY Elemetrics Analyzer and its component software (MDVP – Multi Dimensional Voice Program) and to develop a research methodology, allowing a discriminating evaluation of the vocal organs.
The differentiation of pathological voices from those of normal emission within the MDVP is, in 98% of the cases, statistically significant only for those parameters describing changes in frequency. Acoustic analysis in the MDVP, performed both before and after voice overloading, gives much better differentiating effects for organic lesions than it does for functional ones localized in the vicinity of the glottis than do the results of direct measurements. MDVP analyses, together with spectrographic ones are an objective image of progress in voice rehabilitation in subjects following surgical operations of the larynx, deaf subjects with cochlear implants etc. An evaluation of the dynamics of changes in the acoustic analysis of dysfunctional voice is of considerable prognostic and cognitive value. The clinical value of the introduced method has grown considerably in an evaluation of the state of the voice organs, thanks to its simplicity in application and its great effectiveness in describing the quantitative nature of dysfunctions.
W szeroko pojętej diagnostyce laryngologicznej i foniatrycznej zaburzeń głosu i mowy analizy akustyczne są badaniami pomocniczymi i uzupełniającymi. Wartość tych badań w ostatnim 10-leciu znacznie wzrosła dzięki wprowadzeniu bardzo szybkich, cyfrowych analizatorów głosu, opartych na najnowszych generacjach komputerów osobistych ze specjalnym oprogramowaniem. Zwiększyła się dokładność oceny zaburzeń głosu i mowy zlokalizowanych w krtani oraz w kanale gardłowym i ustno-nosowym.
Analiza akustyczna pozwala na fizyczny opis przebiegów generowanych i emitowanych przez narząd głosu człowieka i dobrze koreluje ze stanem foniatrycznym przy prawidłowej i patolologicznej emisji głosu. Były i są nadal stosowane dwie metody oceny głosu: klasyczna, oparta na subiektywnej ocenie odsłuchowej głosu, oraz nowoczesna, oparta na obiektywnych obrazach analizy akustycznej spektrograficznej, sonograficznej czy zapisie czasowym sygnału mowy (3). Cechy fizyczne głosu determinują stosowanie najnowszej techniki cyfrowej w analizie akustycznej oraz w dokładnej analizie statystycznej uzyskanych wyników (2). Wierność rejestracji i przetwarzania cyfrowego sygnału akustycznego, który jest procesem stochastycznym, sprzyja opracowaniu coraz większej liczby cech mierzalnych (charakterystycznych dla różnych cech subiektywnych) głosów ludzkich i pozwala na bardzo dokładną, obiektywną ocenę dyskretnych, niezauważalnych w metodzie odsłuchowej, zaburzeń głosu i mowy. Temu służy program wieloparametrowej analizy głosu MDVP (Multi Dimensional Voice Program) (1).
Aparatura badawcza i oprogramowanie komputerowe
Współczesne pracownie fonetyczne bądź foniatryczne, czy fonologiczne, wykorzystują analizatory analogowe lub cyfrowe, głównie dwóch firm Brüel & Kjaer oraz KAY Elemetrics. W polskich ośrodkach foniatrycznych i akustycznych wykorzystywane są analizatory akustyczne budowane na kartach dźwiękowych komputerów typu IBM PC, z zastosowaniem własnego oprogramowania. Przy braku jednolitej techniki nagrań oraz różnych metodykach analizatory te nie są w stanie spełnić żądań wierności odtwarzania sygnałów analizowanych oraz dokładności oceny analizy akustycznej głosu i nie pozwalają na porównywanie wyników badań. Prace naukowe z zakresu analizy akustycznej głosu wykonywanej przy pomocy polskiego analizatora VOLYZER (konstrukcji Politechniki Poznańskiej) są nieliczne, a wyniki nie- satysfakcjonujące w chwili obecnej nawet samych twórców. W ośrodkach akademickich na całym świecie w coraz szerszym stopniu używa się analizatora KAY Elemetrics Model CSL 4300, który w połączeniu z komputerem IBM PC daje znacznie większe możliwości wykorzystania go do oceny obiektywnej głosu ludzkiego niż aparatura konstruowana samodzielnie.
Metodyka badania
Nagranie głosu do analizy powinno odbywać się w pomieszczeniu wyciszonym o średnim poziomie ekwiwalentnym hałasu nie przekraczającym 30 dB (A), przy pomocy magnetofonu dwukanałowego, profesjonalnego, najczęściej kasetowego wysokiej jakości. Taśmy użyte do nagrań muszą być najwyższej klasy. Nagranie powinno odbywać się jednocześnie przy pomocy mikrofonu i laryngofonu.
Przed nagraniem badany kilkakrotnie czyta zadany tekst w celu zaznajomienia się z nim. Podczas nagrania odległość mikrofonu od ust wynosi ok. 5-10 cm. Poziom nagrania jest kontrolowany automatycznie dla wszystkich nagrań (próbek głosu) i w miarę możliwości stały.
Laryngofon jest oddzielnym urządzeniem przetwarzającym drgania mechaniczne strun głosowych (przy pomocy specjalnej opaski zakładanej wokół szyi, poniżej kości gnykowej) na impulsy elektryczne. Zapis laryngofonem odbywa się równolegle do nagrania przez mikrofon na drugim kanale taśmy magnetycznej. Taśma kasetowa może być nagrywana tylko jednostronnie.
Analizy akustyczne wykonywane są przed i po obciążeniu głosu. Polega ono na głośnym czytaniu przez osobę badaną przez pół godziny dowolnego tekstu w pomieszczeniu, w którym panuje hałas (szum biały) wynoszący 85 dB SPL.
Analizy akustyczne głosu wykonywano przy użyciu analizatora cyfrowego firmy KAY Model CSL 4300 oraz specjalnego oprogramowania. Analizator dwukanałowy firmy KAY w połączeniu z kartą firmową oraz komputerem IBM PC może służyć do analizy akustycznej, krótko- lub długotrwałej, przebiegu zmian ciśnienia akustycznego w funkcji czasu, w paśmie 0-20 kHz oraz posiada następujące możliwości: 1) zapis przebiegów czasowych analizowanej próbki głosu; 2) analizę sonograficzną i spektrograficzną (trójwymiarową); 3) analizę tonu krtaniowego (widmo, histogram Fo itd.); 4) analizę formantową; 5) analizę intonograficzną; 6) analizę częstotliwościową; 7) analizę zmian częstotliwości Fo, amplitudy i stosunku sygnału użytecznego do szumu z zapisu sonograficznego lub spektrograficznego; 8) analizę wieloparametrową tonu krtaniowego (MDVP).
Istnieje możliwość zapisania przebiegu czasowego analizowanej próbki sygnału w pamięci komputera, a w razie konieczności ponowne przeprowadzenie interesujących nas analiz.
Materiałem lingwistycznym w analizie tonu krtaniowego jest samogłoska „a” nagrana przez laryngofon jako izolowana i z przedłużoną fonacją. Jej część środkowa trwająca 0,6 sekundy była analizowana programem MDVP (Multi Dimensional Voice Program) z możliwością oceny 33 parametrów akustycznych.
Spośród tych parametrów akustycznych, najczęściej wykorzystuje się 17 z nich, tzn. te, które w sposób względny (odsetkowy) określają zmiany danej cechy głosu. Istnieje 7 grup parametrów określających cechy fizyczne głosu, a mianowicie:
1. parametry oceniające względną zmianę częstotliwości (Jitt, RAP, PPQ, sPPQ, vFo),
2. parametry oceniające względną zmianę amplitudy analizowanej próbki głosu (Shimm, APQ, sAPQ, vAm),
3. parametry względnych pomiarów hałasu (NHR, VTI, SPI),
4. parametry pomiarów drżenia (modulacji) głosu (FTRI, ATRI),
5. parametry oceny przerw w głosie (DVB),
6. parametry względnych pomiarów komponentów subharmonicznych (DSH),
7. parametry względnych pomiarów nieregularności głosu (DUV).
Pozostałe parametry są wykorzystywane bardzo rzadko, głównie do opisów przypadków kazuistycznych, gdzie np. u osoby z zaburzonym głosem można porównać częstotliwość Fo przed i po zabiegu, czas rejestrowanej próbki (Tsam), bądź zmiany amplitudy sygnału wyrażone w dB (Shimm), czy też zmiany okresu drgań fałdów głosowych w ms (Jitta). W ocenach różnicowych zmiennych niezależnych, np. w zaburzeniach organicznych i czynnościowych głosu, czy w grupach kobiet i mężczyzn, są one mało przydatne. W ocenach różnicowych zmiennych zależnych, np. przed i po obciążeniu głosu, ich wartość diagnostyczna jest duża. Przykładowy zapis kołowy w postaci rozgwiazdy przedstawiono na rycinie 1.
Ryc. 1. Wieloparametrowa analiza tonu krtaniowego MDVP, przykład głosu z prawidłową emisją.
Diagram przedstawia dyskretne wartości parametrów wszystkich 7 grup cech zaburzeń głosu wg wskazanej kolejności. Pole szare oznacza wartości normalne tych parametrów, pole czarne – wszelkie odchylenia od normy. Im większe jest pole czarne, tym większe są procentowe zmiany analizowanych parametrów. Brak na wykresie któregokolwiek parametru (z tych 7 grup) świadczy o jego nieobecności przy rejestracji lub niemożności obliczenia go przez aparaturę w programie MDVP. Nie jest to jeszcze objaw patologiczny. W górnej prawej części wykresu podawana jest wartość zarejestrowanej częstotliwości podstawowej z próbki głosu Fo.
Materiał badawczy stanowiło 50 osób z zaburzeniami głosu czynnościowymi i organicznymi a także 60 osób z prawidłową emisją głosu, traktowaną w opracowaniu jako grupa odniesienia.
Ocena skuteczności i wartości diagnostycznej analizy MDVP w zaburzeniach głosu
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Deliyski D.D. et al.: Multi-dimensional acoustic analysis of spasmodic dysphonia. Proc.in the ASHA Convention, 1991, Atlanta, 162. 2. Koike Y., Markel J.: Application of inverse filtering for detecting laryngeal pathology. Ann. Otol. Rhinol. Laryngol., 1975, 84, 117. 3. Pruszewicz A. (red.): Foniatria kliniczna. PZWL, Warszawa 1992, 45. 4. Pruszewicz A. et al.: Variability analysis of Fo parameter in the voice individuals with hearing disturbances. Acta Otolaryngol. (Stockh.), 1993, 11, 450. 5. Schultz-Coulon H.J., Klingholz F.: Objektive und semiobjektive Untersuchungsmethoden der Stimme. Proc. XV UEP Congr., Erlangen 1988, 1. 6. Świdziński P. et al.: Akustyczne badania różnicowe w schorzeniach nowotworowych głośni. Otolaryng. Pol., 1997, 51, supl. 28, 137.
Pozostałe artykuły z numeru 3/2000:
