Sborník abstrakt a p ísp vk Um lecký hlas 2010

Transkript

1 AKUSTIKA HLASU Marek Fri 1, 2, Zden k Ot enášek 1, 2, Václav Syrový 1, 2 1 Výzkumné centrum hudební akustiky (MARC) Praha 2 Zvukové studio Hudební fakulty Akademie múzických um ní v Praze, Malostranské. nám. 13, Praha 1, eská republika marek.fric@hamu.cz, [otcenasek, syrovy]@hamu.cz Abstrakt: V p ísp vku jsou shrnuty základní metody pro m ení akustických parametr hlasu. V souladu se zjednodušeným modelem tvorby hlasu ( zdroje a filtru ) jsou prezentovány principy a metody pro m ení: 1) vlastností mluvního hlasu v podob mluvního hlasového pole (speech range profile), 2) akustických spektrálních a asových parametr prodloužené fonace a 3) m ení maximálního hlasového pole (voice range profile). Auto i p edstavují program RealVoiceLab vyvinutý na pracovišti MARC HAMU pro m ení hlasových parametr dle uvedených metodik. Stru n jsou shrnuty m ené parametry uvedeného programu a jsou nabídnuty možné psychoakustické interpretace nam ených parametr. Dále je zmín na p íprava projektu Analýza hlasových signál pro klinické ú ely využívajícího program RealVoiceLab, který by m l být zp ístupn n odborné ve ejnosti. Tento navazující projekt umožní zp esn ní interpretace akustických parametr zvlášt s využitím v klinické a terapeutické oblasti. Pro jeho úsp šné a aplikovatelné ukon ení je nezbytná spolupráce a zapojení hlasových odborník jak z praxe tak z výzkumu. Abstract: There is proposed summarization of the methods for measurement of voice acoustical parameters in the proceeding. In a correspondence with a simplified voice production model (source filter theory) there are presented principles and the methods for measurement: 1) speech voice properties in the form of speech range profile, 2) spectral and time-domain acoustical properties of prolonged phonation and 3) measurement of maximal voice range profile (phonetogram). The authors introduce analytical software RealVoiceLab, developed in Musical acoustic research centre for purposes of measurement of acoustical parameters of listed methods. In the proceeding there are briefly described measured parameters by proposed program and their potential psychoacoustical interpretation. At the end there is mentioned prepared scientific project Analysis of voice signals for clinical purposes. That project facilitates usage of mentioned software for scientific purposes to professional experts. The connected project would allow specifying of acoustical parameter interpretation in clinical and therapeutic fields. For successful and applicable accomplishment of that project is necessary cooperation of many fields in vocologic professionals and scientists. Keywords: voice, acoustic analysis, voice range profile, phonetogram Úvod Tento p ísp vek se v nuje akustice hlasu, jako diagnostickému prost edku. Cílem prezentované akustické analýzy hlasu je být pom ckou hlasového odborníka (specialisty) p i hodnocení vlastností hlasu. Akustická analýza, jako objektivní m ící metoda, m že p inést pouze pohled na m itelné akustické parametry. Slovní popis a percep ní hodnocení vlastností hlasu, na druhé stran, bude vždy reprezentovat n jakou subjektivní výpov. Ta je závislá jak na zkušenostech a percep ních schopnostech hodnotitele, tak na p esnosti a opakovatelnosti, kterou poskytuje jakékoli subjektivní hodnocení obecn. Propojováním subjektivních soud a hledáním jejich návaznosti na objektivní akustické parametry se zaobírá psychoakustika. Cílem tohoto p ísp vku je ve zjednodušené form ukázat jednotlivé zp soby objektivní analýzy hlasu a jejich propojení s percep ními vlastnostmi hlasu. V p ísp vku je prezentován funk ní prototyp programu na analýzu hlasu a následn jsou vysv tleny zp soby jeho použití. Dále je zde shrnuta možnost jeho praktického využití jako 53

2 metodiky vyšet ení hlasu. Na konci p ísp vku je zve ejn n navrhovaný zp sob zapojení se odborné ve ejnosti z oblasti poruch, terapie a edukace hlasu v podob projektu Analýza hlasových signál pro klinické ú ely. Základní psychoakustické parametry hlasu Nezbytnou sou ástí vyšet ení hlasu je jeho subjektivní popis vyšet ujícím. V oblasti psychoakustiky bylo již ve sv tové literatu e publikováno vícero hodnotících protokol. Auto i tohoto p ísp vku se pokusili o jejich souhrn a obecn jší náhled na problematiku hodnocení hlasu a to jak v oblasti patologického hlasu (Fri 2010a), tak v oblasti profesionálního (um leckého) hlasu (Fri 2010b). Základními psychoakustickými vlastnostmi všech (kvazi) stacionárních zvuk jsou výška, hlasitost, délka a barva. Výška a hlasitost bývají n kdy popisovány jako kvantitativní vlastnosti, z hlediska psychoakustiky mají absolutní a subjektivní prezentaci. Absolutní hodnocení výšky odpovídá u zvuk tónového charakteru základní frekvenci (F0), u hlasu period kmitání hlasivek m ené v [Hz]. Subjektivní prezentace výšky ovšem závisí na hlasitosti a celkovém rozložení spektra signálu. Hlasitost je subjektivní veli ina. Je výrazn spojena s m itelnou veli inou hladina akustického tlaku (SPL), která je uvád na v db. Subjektivní hodnocení hlasitosti taktéž závisí na rozložení spektra. Podobným zp sobem je možno nahlížet na dobu trvání zvuku jako na objektivní a subjektivní. Subjektivní vnímání všech psychoakustických vlastností je ovlivn no mnoha dalšími faktory (Melka 2005). Z hlediska subjektivního hodnocení hlasu je pravd podobn nejvýznamn jší vlastnost barva hlasu. Z hlediska definice barvy zvuku (tedy i hlasu) uvedené v norm 1 je barva zvuku vlastnost sluchového vnímání, která umož uje poslucha i usoudit, že dva neidentické zvuky mající stejnou hlasitost a stejnou výšku si nejsou podobné, je možno posuzovat jen vlastnosti stabilních (stacionárních) zvuk. Hlasový projev je však typickým p íkladem nestacionárního zvuku, proto se v p ípad hodnocení vlastností hlasu vyskytuje množství popis, který zachycují jeho nestability. Nap íklad nasazení a vysazení hlasu jsou typickými p íklady vlastností, které jsou hodnoceny na základ zm ny a nikoli stability. Ovšem, z p ísn psychoakustického hlediska by takovéto vlastnosti nem ly být nazývány barvou hlasu, i když výrazn ovliv ují hodnocení barvy i kvality hlasu. Pro p esnost by v t chto p ípadech bylo vhodn jší používat termín zobecn lé barvy, kterou vytvo í v poslucha i zvuk, jenž se m že v pr b hu svého zn ní v ur itém rozmezí m nit i co výšky a hlasitosti. Podle definice barvy zvuku tedy barva hlasu sdružuje všechny vlastnosti hlasu, které nejsou výškou, hlasitostí ani dobou trvání. Dle Sundberg 1994 je možno složky barvy hlasu rozd lit na informa ní (fonetickou) a identifika ní (personální). Z hlediska širšího kontextu vlastností hlasu je možno identifikovat v hlase i složky artikulace, rezonance a kvality (resp. poruchy kmitání hlasivek patologie hlasu). Všechny uvedené vlastnosti spole n souvisí a není možno je jednozna n separovat. Z hlediska vyšet ení patologického hlasu se jeví jako d ležité vlastnosti týkající se patologické složky nekvality hlasu, jakými jsou: chraplavost (drsnost), dyšnost, nap tí, zn lost a jiné. Uvedené a základní vlastnosti budou prezentovány níže s možnou vazbou na m itelné parametry hlasu. Model tvorby hlasu a principy akustické analýzy hlasu K porozum ní a chápání akustických vlastností hlasu je vhodné použít zjednodušený akustický model tvorby hlasu ve dvoustup ovém systému, ozna ovaného jako model zdroje a filtru (sourcefilter theory) Fant 1960 (viz též p ísp vek Akustická úprava hlasu v tomto sborníku). Za zdroj 1 SN : Akustika Terminologie 54

3 je v tomto modelu považováno kmitání hlasivek, které m ní statický tlak vzduchu na akustický tlak zdroje zvuku primární akustický signál (v eské literatu e nazývan také hrtanový tón - Novák 1996). Jako filtr se uplat ují modula ní (rezonan ní a filtrovací) vlastnosti dutin vokálního traktu a radia ních vlastností rt, které modulují primární signál na výsledný akustický signál - hlas. Uvedený zjednodušený model p edpokládá, že zdroj a filtr jsou vzájemn nezávislé systémy, lineárn azené za sebou. Ve skute nosti jsou ale tyto systémy propojené a vzájemn se ovliv ují, dokonce nelineárn. V p ípad pravidelného kmitání hlasivek (hlasivky modulují proud ní vzduchu z plic v podob pravidelných puls ) vzniká zvuk tónového charakteru. Takový zvuk je možno na základ spektrální analýzy rozložit na spektrum, kde dominuje sada tzv. harmonických složek, které frekven n leží v celo íselných násobcích základní frekvence (F0). Mezi harmonickými složkami leží tzv. meziharmonická pásma (v ideálním p ípad, kdyby hlas neobsahoval žádnou p ím s šumu a harmonické by byly zcela stacionární, by se v t chto pásmech nenacházela žádná energie). Normální hlas je vždy tvo en kombinací pravidelného kmitáni hlasivek a turbulentního šumu vznikajícího na podkladu t ení vzduchu o sliznice hlasivek a vokálního traktu. U normálního hlasu složky t ecího šumu sice nejsou specificky vnímány, ale i istý hlas obsahuje akustickou energii v meziharmonických pásmech, která je v zásad výrazn slabší n ž energie harmonických složek. V p ípad zvýšené (tedy i vnímané) úrovn složek šumu, se jejich p ítomnost v oblasti mezi harmonickými zvýrazní, dosahuje obdobnou energii jako harmonické (resp. energie harmonických se sníží) a hlas není vnímán jako istý. Na základ charakteru šumu, resp. rušivých složek je hlas vnímán jako dyšný, nebo chraplavý (drsný). Se zvyšující se dyšností hlasu zanikají jednotlivé harmonické složky v nar stajícím šumu od ím dál nižšího frekven ního pásma. V p ípad chraplavého hlasu hlasivky nekmitají frekven n a/nebo amplitudov pravideln. Nej ast ji se pak ve spektru objeví subharmonické (a interharmonické) složky. Obr. 1 Vlevo: A) Zobrazení asového pr b hu vokál [a:, e:, i:, o: u]; B) širokopásmový spektrogram s identifikovatelnými formantovými oblastmi viz F1, F2; C) úzkopásmový spektrogram s vyzna ením harmonických frekvencí F0=H1, H2, H3. Vpravo: D) spojení úzko- a široko- pásmového spektra se zvýrazn ním formantové struktury F1, F2, F3; E) zobrazení úzkopásmového spektra se zvýrazn nými harmonickými frekvencemi (H1, H2,...). Akustické metody analýzy hlasu V oblasti vokologického výzkumu, ale též i v klinické praxi, jsou používány r zné, komer n dostupné programy, které hodnotí r zné akustické parametry. Svým zp sobem je možno je rozd lit na programy vyšet ující hlasové pole (voice range profile), programy založené na spektrální analýze (spectral analysis, spectrography) a programy založené na analýze asových a signálových akustických parametr (známé v tšinou jako multidimenzionální analýza). V tšina dostupných program v n jaké mí e nabízí též kombinaci n kterých p edešlých metod. Hlasové pole jeho m ení je založeno na vyhodnocení základní frekvence a hladiny akustického tlaku (v souvislosti s k nim blízkými psychoakustickými parametry výšky a hlasitosti) a jejich spole ném zobrazení v jednom grafu. Zobrazovaný graf má plošnou reprezentaci, kde na vodorovné 55

4 ose leží základní frekvence F0 v [Hz], resp. její transformace na p ltónovou hudební stupnici [p ípadn i midi], a na svislé ose je zobrazena hladina akustického tlaku (SPL), v tšinou vážená filtrem A [db(a)], který odpovídá k ivce stejné hlasitosti pro st edn hlasité sinusové tóny. Obr. 2 Vlevo: výsledky vyšet ení hlasového pole pomocí systému XION. Plné silné áry (horní a dolní obrysová k ivka) vymezují plochu maximálního hlasového pole subjektu. Jednotlivé body zobrazují umístn ní m ených e ových segment v mluvním hlasovém poli (speech range profile) p i úkolech tení textu p i normální hlasitosti tmav šedé, zvýšené hlasitosti st edn šedé a volání haló sv tle šedé. Vpravo: zobrazení výsledk vyšet ení maximálního hlasového pole systémem VDC LingWAVES s vyzna ením parametru Irregularity. Body s r znými stupni šedi (v originálním obrázku r zné barvy) uvnit hlasového pole ur ují hodnotu tohoto parametru v souladu se škálou uvedenou na dolním okraji obrázku (0 normální hodnoty, 3 velmi t žká porucha Iregularity ). Spektrální analýza je metoda založena na ur ení spektrálního složení zvuku, tedy rozložení akustické energie v závislosti na frekvenci jeho jednotlivých složek. Programy v zásad využívají matematickou metodu Fourierovy analýzy. Prezentace spektrální analýzy je bu v úzko-pásmovém zobrazení, kde ší ka analyzovaného pásma je cca do 20 Hz (úzko-pásmová spektrální analýza lépe zobrazuje velikosti jednotlivých harmonických a též meziharmonická pásma), nebo v širokopásmovém zobrazení, kde ší ka pásma p esahuje v zásad 50 Hz (v tšinou se používá 300 Hz a zobrazení zachycuje hlavn frekven ní polohy a energie formant ). Parametry odvozené ze spektrální analýzy jsou založené na hodnocení rozložení akustické energie, resp. pom ru v r zných frekven ních pásmech, hodnocení hladin jednotlivých harmonických, p ípadn polohy formant. Akustická analýza asových a jiných parametr tato metoda využívá prost edky asov spektrální analýzy signálu (jedná se o sérii signálních analýz z krátkého asového úseku posouvaných v ase a postupn provedených pro celou dobu trvání analyzovaného signálu). Z asov spektrální analýzy jsou pak vypo ítávány asové parametry. Mezi n pat í hlavn parametry popisující frekven ní nebo amplitudovou nestabilitu (jitter, shimmer) a od nich odvozené parametry. Parametry šumu hodnotí r zné zp soby prezentace šumu v hlase. Typickým p edstavitelem tohoto typu akustické analýzy je multidimenzionální analýza MDVP KayPENTAX Jiným p íkladem je Hoarseness diagram (viz. Obr. 3 B) kde na základ plošného zobrazení je možné kvalifikovat a kvantifikovat typ a stupe poruchy hlasu. Horizontální osa zobrazuje komponenty nepravidelností kmitání hlasivek (irregularity), na vertikální ose leží parametr hodnotící stupe zastoupení turbulentního šumu v hlase (GNE, glottal-to-noise excitation ratio) (Frohlich et al. 2000). 56

5 Obr. 3 Zobrazení akustických parametr hlasu na základ zpracování signálu (signal processing).. A) Základní parametry nestability akustického signálu: jitter nestabilita periodicity T1, T2,... (základní frekvence), shimmer porucha stability amplitudy A1, A2,... B) Hoarseness diagram: horizontální osa zobrazuje komponenty nepravidelného kmitání, vertikální osa - dyšnost. C až E) Výsledky multidimenzionální analýzy programu MDVP, sv tlešedý kruh nazna uje oblast normálních hodnot, tmavá oblast zobrazuje nam ené parametry v relaci k normálním dat m. C mírná porucha hlasu, D st edn t žká porucha, E- t žké postižení hlasu. U kombinovaných metod jde hlavn o zp sob zobrazení m ených parametr. Nej ast ji se jedná o kombinaci barevného zobrazení míry n kterého m eného parametru v návaznosti na polohu v hlasovém poli, jako nap. systémy (IVACX Voice Profiler Alphatron Pabon, P. 2007, VDC WEVOSYS 2007). Popis metodik akustického vyšet ení hlasu Základním p edpokladem akustické analýzy je kvalitní zvukový záznam, který závisí na p ístrojovém vybavení (mikrofon a zvuková karta), nahrávacím prostoru (akustická odrazivost místnosti) a hlukovém pozadí v nahrávací místnosti (p edevším hluk p ístrojového vybavení a hluk pronikající z vn jšku). Zvukový záznam také slouží jako dokumentace kvality hlasu pro poslech a m že být použit i z forenzních d vod. K zásadám standardizované nahrávky pat í dostate ná kvalita záznamu (minimáln 44,1 khz, 16 bit, ale vhodn jší je 24 bit), standardní nahrávací pozice mikrofonu (30 cm od úst v šikmém sm ru) a kalibrace s p im enou p esností (v návaznosti na nam ené hodnoty zvukom rem). Dalším problémem zvukového záznamu a akustické analýzy je otázka: Co analyzovat? Ve vokologické literatu e je uvedeno vícero postup, jenž definují, které hlasové úkony zaznamenávat (task, utterances), jakým zp sobem a jak je následn analyzovat. Uvedené úkoly možno v jednoduchosti rozd lit na procesy sloužící pro akustickou analýzu mluvního hlasu, pro analýzu prodloužené fonace a pro vyšet ení hlasového pole. Analýza mluvního hlasu Z diagnostického hlediska je nejd ležit jší vyšet ení mluvního hlasu, protože v p ípad jeho poruchy nejvíce snižuje kvalitu života pacienta. Specifické použití hlasu jako zp v a jiné, jsou naopak dominantou problematiky hlasových profesionál, kterým pak poruchy výrazn ovliv uje jejich profesi. V oblasti analýzy a hodnocení vlastností mluvního hlasu nalezneme v literatu e vícero doporu ení. Nej ast ji bývá analýza hlasu spojena se tením textu. tení textu však nereprezentuje b žný hlasový projev, takže vždy p edstavuje ur itý stresový faktor a to zvláš významný u lidí s poruchami tení. Proto n které jiné postupy doporu ují vyšet ení hlasu p i spontánním popisu 57

6 obrázku nebo p i popisu jednoduché innosti (nap. Co d lal pacient ráno? ). Spontánní mluvní projev má však z hlediska souhrnného zpracování výrazné omezení v podob nestandardnosti výpov di, nap. není možné srovnávat hlasy z fonetického hlediska mezi sebou. Takovýto zp sob proto není vhodný pro v decké ú ely. Pro standardizaci mluvené hlasové nahrávky je v anglických zemích uvád n standardní text (The Rainbow Passage), v eských zemích se používá v tšinou úryvek Podzim na starém b lidle, ale najdou se i jiné p ístupy. Pro vyhodnocení pr m rných dlouhodobých spektrálních vlastností (Long time average spectrum, LTAS) je doporu eno analyzovat nahrávku mluvního hlasu o délce minimáln 40 [s] (Nordenberg et al 2004). P e tení uvedeného úryvku však netrvá tak dlouho, proto pro lepší standardizaci by bylo vhodné jej prodloužit. Auto i tohoto p ísp vku považují za efektivní opakování standardního textu n kolikrát (opakované tení již poznaného textu je pro mluv ího snazší a tak se m že i stres z chybného tení zredukovat). N které v literatu e uvád né vyšet ovací protokoly (Dejonckere et al. 2001) doporu ují ješt analýzu vhodné standardní v ty se zastoupením frikativ a v ty složené jenom ze zn lých hlásek. P i samotném percep ním vyšet ení mluvního hlasu pak na popis zn ní hlasu používají percep ní protokoly, dle kterých by si m l vyšet ovatel všímat definovaných hlasových projev, v nichž se hledané patologické vlastnosti vyskytují. Z objektivního hlediska je p i nahrávce hlasu doporu eno sledování spektrální analýzy v reálném ase (spektrogram). Ze spektrálních vlastností je možno hodnotit harmonickou strukturu hlasu (spektrální rozložení harmonických) a rozložení šumu. U šumu je možné hodnotit druh šumu (ve kterém pásmu šum je i je širokopásmový, p ípadn v podob meziharmonických dominujících složek), nemén d ležité je percentuální ohodnocení jeho etnosti prezentace (jak asto). Pokud je záznam hlasu zárove analyzován pomocí hlasového pole, tak následn je možno z tohoto hlasového pole hodnotit statistické parametry polohy výšky a hlasitosti hlasu. Dalšími možnými vyšet ovanými úkoly bývá po ítání (20 40), hlasité tení a volání. Doporu ený postup pro nahrávku a analýzu komplexních vlastností mluvního hlasu: 1. nahrávka tení standardního textu v habituální poloze hlasu; o instruujte pacienta, aby mluvil normálním volním hlase v jeho b žné poloze výšky i hlasitosti; 2. nahrávka tení standardního textu p i zvýšené hlasitosti hlasu (nahlas); o instruujte pacienta, aby etl text s v tší hlasitosti, ale aby nek i el; 3. nahrávka automatizmu (po ítání); o nechte pacienta po ítat volným normálním hlasem plynule od 20 40, hlas bude pravd podobn tišší a hlubší než p i nahrávce habituálního hlasu; 4. nahrávka gradace volání; o požádejte pacienta, aby postupn zvyšoval hlasitost do maximálního volání (k iku, ale ne evu) na slovo obsahující a (nap.: máma, táta), postupná gradace zajistí sledování trajektorie hlasu a zm ny jeho kvality, zamezí náhlému p etažení hlasu. Analýza prodloužené fonace Z hlediska objektivní akustické analýzy nejv tší d raz bývá kladen na analýzu prodloužené fonace, nej ast ji vokálu a. Standardní postup pro analýzu prodlužené fonace, používaný hlavn v USA pomocí systému Kay CSL Multidimensional voice program (MDVP), uvádí, že nahrávka prodloužené fonace vokálu a má být provád ná v komfortní výšce a hlasitosti hlasu pacienta, 58

7 nejmén 4 [s] asové délky. Daný program hodnotí 33 akustických parametr a následn je zobrazí v hv zdicovém grafu s vyzna ením oblasti pro normální hlasy. Metoda nezohled uje kalibraci hladiny akustického tlaku, ani nevztahuje nam ená data k v ku. Program nabízí normativní data jenom pro r zná pohlaví. Doporu ený postup pro nahrávku a analýzu prodloužené fonace vokálu a : - dle p edešlého úkolu znovu instruujte pacienta do jeho habituální polohy (vhodné je nechat pacienta íct n kolik v t a následn jej naladit na správný tón jeho pr m rné habituální výšky i hlasitosti); - instruujte pacienta, aby se st edn hluboko nadechl a následn voln, ale ne potichu, fonoval co nejdelší a ; - pro analýzu je vhodné vybrat úsek minimáln 4 s, který neobsahuje ani nasazení ani koncové vysazení hlasu, tedy se za átkem analyzované ásti asi p l sekundy po nasazení hlasu. Vyšet ení hlasového pole (maximal voice range profile, phonetogram) Vyšet ení hlasového pole by m lo být standardem p i objektivním vyšet ení hlasu. V zásad se provádí pomocí akustických program, které hodnotí základní frekvenci a hladinu akustického tlaku, resp. energii signálu. Moderní programy umož ují p ímo analýzu mluvního hlasu p i záznamu standardního textu. Samotné hlasové pole ale slouží jako metoda zjišt ní maximálního frekven ního a dynamického rozsahu hlasu, proto je provád ná v zásad p i prodloužené fonaci vokál (nej ast ji a, ale uvád ny bývají i i a u ). Proto je toto vyšet ení sm sí vyšet ení mluvního i zp vního hlasu, protože p i fonaci ve vyšších výškách a hlasitostech subjekt spontánn p echází do hlasu se zp vním charakterem. Ve vokologické literatu e je i pro zjišt ní hlasového pole uvád no vícero postup. V tšina jich vychází z metodiky doporu ené Unii evropských foniatr (Schutte et al. 1983), která doporu uje m ení nejtišší a nejhlasit jší fonace vždy na tónech C, E, G, A, v každé oktáv z rozsahu hlasu. Obm nou této metodiky je metoda zjiš ování dynamiky hlasu v každé desetin celkového tónového rozsahu, m eného v Hz (Awan 1991; Sulter et al. 1994). Nov jší metodiky, využívající programy analýzy v reálném ase, popisují všechny fonované výšky, n které používají pro zjišt ní dynamického rozsahu metodu crescenda a decrescenda na m ených tónech (Emerich et al. 2005), jiné pro m ení frekven ního (tónového) rozsahu využívají glissando (Holmberg et al. 2007). Metodika (Dejonckere et al. 2001) zjednodušuje m ení hlasového pole jenom na tzv. t í- bodového hlasového pole, p i kterém se m í jenom body hlasového pole o nejvyšší frekvenci, nejnižší frekvenci a o nejtišší hlasitosti. Z uvedeného vyplývá, že metody zjiš ování hlasového pole se neustále vyvíjejí. Konkrétní postup závisí na technickém vybavení, ale i od cíl a asové náro nosti. P vodní metodiky hlasového pole m ili jenom polohy maxim a minim hlasitostí, tedy výsledkem byla obrysová k ivka hlasového pole. Nové metody umož ují sledování zm n akustických parametr i uvnit hlasového pole, což výrazn prodlužuje asové nároky na vyšet ení. Podle autor p ísp vku je nutno metodu m ení hlasového pole p izp sobit možnostem analyza ního procesu, ale i požadavk m, které chce vyšet ující zjistit. Doporu ený postup (dle autor ) pro vyšet ení hlasového pole je proto uvád n následovn : o Metoda pro zm ení zm ny kvality hlasu v závislosti na hlasovém rejst íku. Pro toto m ení je nutné zm it vlastnosti hlasu separátn pro modální (hrudní) a separátn falzetový (hlavový) rejst ík v celém jejich frekven ním rozsahu. - Modální fonaci subjekt v tšinou užívá v komfortní poloze výšky a hlasitosti hlasu. Proto požádejte pacienta o prodlouženou fonaci vokálu a. 59

8 - Uvedenou kvalitou hlasu jej požádejte o prodlouženou fonaci vokálu a (pokud možno bez vibrata) souslední ady tón (stupnice) do co nejvyšší polohy modálního hlasu ve st ední hlasitosti (hudebn mf). - Následn z nejvyšší polohy modálního hlasu pacienta požádejte o sestupnou adu tón do co nejhlubší polohy. Aby mohl pacient fonovat skute né nejhlubší tóny svého rozsahu musí postupn s klesající výškou snižovat i hlasitost hlasu. - Délka všech m ených tónu by m la být nejmén 1s. - D ležitým diagnostickým kriteriem je schopnost pacienta tvo it hlas ve falzetovém vibra ním rejst íku. Primárn je t eba zjistit jestli pacient jenom neumí falzet tvo it (netrénovaní pacienti), nebo jej odmítá tvo it (pov tšinou profesionální operní zp váci), nebo p ípadn, zda jej tvo í, ale vyšet ující rejst íky nedokáže identifikovat. U trénovaných operních zp vák je n kdy na základ krytí hlasu t žké percep n ur it hranice rejst ík, které bývají akusticky propojeny, na druhé stran u pacient s výraznou nedomykavostí naopak hlas nenabývá charakter modálního (plného) hlasu. Pokud pacient skute n není schopen tvo it hlas ve falzetovém rejst íku, je vysoká pravd podobnost, že se jedná o organickou patologii hlasivek (nodulární a/nebo edemické patologie). - Pokud je pacient schopný tvo it falzet, instruujte jej, aby v jeho st ední hlasitosti pokra oval až do nejvyššího tónu s mírn stup ující se hlasitostí. Následn jej požádejte o sestupnou adu tón ve falzetovém rejst íku až po co nejhlubší polohu. P i sestupné stupnici jej také instruujte o postupném snižování hlasitosti. Tímto zp sobem je zdokumentován charakter hlasu, ale i rozsah p ekryvu (amfoterní tóny 2 ) základních vibra ních rejst ík. Pokud pacient ovládá i jiné vibra ní rejst íky, je možno hlas vyšet it obdobným zp sobem i pro tyto rejst íky. Extra rejst íky se ale v tšinou nachází v extrémních polohách výšky a hloubky a samotný analyza ní systém zde již m že vykazovat chyby p i detekci výšky hlasu. o Metoda zm ení obrys hlasového pole (obdoba starších metodik pro m ení maximálního - zp vního - hlasového pole). Možné jsou dv varianty: 1) Pacienta instruujte o provád ní prodloužené fonace vokálu a pro adu tón od nejhlubší polohy hlasu do co nejvyšší p i co nejtišší fonaci. Pro dosažení minimální hlasitosti pacienta instruujte o pot eb astých nádech a delším držení tónu se snahou o snižování hlasitosti na drženém tónu do minima. Následn proces opakujte pro co nejhlasit jší hlas, podobn požádejte pacienta o astý nádech a postupné zvýšení hlasitosti na daném tónu do maxima. 2) Vždy pro konkrétní výšku hlasu požadujte od pacienta co nejtišší stabilní fonaci (postupné ztišování), následn po nádechu o co nejhlasit jší (postupné zesilování). Následn p ejd te na jiný tón, nejd ív sm rem k hlubokým pak sm rem k vysokým tón m. Vyšet ení hlasového pole umož uje kvalitativní popis rozsah hlasu v podob frekven ního, resp. tónového rozsahu (vzdálenost nejvyššího a nejnižšího tónu) v [p ltónech, tónech nebo Hz], v podob absolutního dynamického rozsahu (rozdíl nejhlasit jšího od nejtiššího tónu) v [db] a relativního dynamického rozsahu (rozdíl nejhlasit jšího a nejtiššího tónu ur eného vždy pro konkrétní tón) v [db]. Zp sobem relativního dynamického rozsahu je možné hodnotit separátn dynamiku hlubokých, st edních a vysokých tón. Nejvýznamn jší metodou vyhodnocení hlasového pole, ale doposud jenom subjektivní, je popis hrani ních k ivek, kde se sledují hlavn zlomové body, charakteristické pro p echody rejst ík a zm ny kvality hlasu. 2 Oblast hlasu, kde je možné tvo it hlas ve vícero rejst ících. 60

9 Program RealVoiceLab Ve Výzkumném centru hudební akustiky Hudební fakulty Akademie múzických v Praze (MARC HAMU) byl vytvo en program RealVoiceLab. Program byl koncipován na základ požadavk, aby umož oval standardní analýzu jednotlivých hlasových úkol. Primárn program funguje jako analyzátor hlasového pole, kdy v reálném ase kvantifikuje základní frekvenci a energii signálu. Energie signálu je následn dle kalibrace mikrofonu vztažena k hladin akustického tlaku v db. Zárove s m ením hodnot F0 a SPL jsou výstupem programu též hodnoty spektra a n které parametry MDVP. P i úkolech hodnocení mluvního hlasu, program zobrazuje nam ené hodnoty a následn statisticky vyhodnotí parametry hlasového pole: pr m r, minimum, maximum a modus hodnot výšky a hlasitosti, dále jejich rozsah a hrani ní k ivky. P i každém m ení hlasového pole je možné si v t etí dimenzi zvolit libovolný parametr spektrální nebo multidimenzionální akustické analýzy. Analýza prodloužené fonace je obdobná programu jako standardní program MDVP. Po instruování pacienta je prodloužená fonace nahrána a následn jsou vyhodnoceny m itelné parametry: fona ní as, parametry MDVP a parametry spektrální analýzy. Pomocí MDVP jsou analyzovány následující parametry (jejich interpretace viz následující kapitola): perioda kmit (základní frekvence kmit ), amplituda kmit a jejích statistické zpracování (pr m r, standardní odchylka, min, max) a dále: PFR phonatory fundamental frequency range, Jita, Jitt, ShdB, Shim, MAJ - Mean Absolute Jitter, RAP Relative Average Perturbation, PPQ Pitch Period Quotient, vf0 Coefficient of fundamental frequency variation). Spektrální analýza je primárn zobrazena v podob úzkopásmového spektrogramu ( ady spekter) a následn jsou vyhodnoceny hladiny t etino-oktávového spektra a spektra jen samotných harmonických složek. Z uvedených spekter jsou vypo ítávány parametry: SPI Soft phonation index, VTI Voice turbulence index, ER energy ratio, SPR singing pover ratio, rozdíl H1-H2, alfa ratio, hladina H1, spectral tilt a frekven ní polohy formant (F1 F6). Maximální (nebo také zp vní) hlasové pole, obdobn hodnotí výšku, hlasitost a v t etí dimenzi m že zobrazit libovolný parametr z t ch uvedených v analýze prodloužené fonace, vypo ítávaných z analyzovaných asových mikrosegment. Výsledkem vyšet ení hlasového pole m že být též mapa hlasu poz stávající z obvodových k ivek. Protože však autor m doposud není znám algoritmus, který by interpretaci t chto k ivek umož oval, je na vyšet ujícím, jak si je propojí se svým subjektivním hodnocením vlastností hlasového pole. Obr. 4 Grafické zobrazení výsledk vyšet ení mluvního a maximálního (zp vního) hlasového pole operního zp váka po ízené pomocí programu RealVoiceLab (MARC HAMU). A) zobrazení všech nam ených bod hlasového pole zp vu. Vodorovná ára ozna uje tónový rozsah hlasu (E2 D5#), svislá plná ára ozna uje absolutní dynamický rozsah hlasu (54 98 db), svislá te kovaná ára ozna uje relativní dynamický rozsah na tónu F3 (55 84 db). B) Výskyt (histogram) rozložení hladiny RMS (intenzity) [db]; sv tle šedá p i zp vu, tmav -šedá p i konverza ním habituálním hlase. C) Zobrazení hranic hlasových polí ty hlasových úkon (tmavší šedé oblasti konverza ní hlas, hlasitá e a volání haló, sv tle šedá (obrys z obr A.) zp v. D) Histogram rozložení základní frekvence (v p ltónech). E) Statistická hodnocení hlasových polí - mluvního (norm. speech) a zp vního (singing). Primární interpretace parametr 61

10 V následující kapitole jsou jenom stru n popsány akustické parametry analyzované pomocí programu RealVoiceLab a jejich možné psychoakustické interpretace, vycházející z p edchozích prací autor a vokologické literatury. Ze spektrální analýzy je nejvhodn jší sledovat její zm ny v pr b hu trvání nahrávky. P i tom je vhodné si hlavn všímat celkového množství harmonických, které nejlépe koreluje s vlastností zn lost. P ítomnost vyšších harmonických složek a postupné zvyšování jejich amplitudy ve vyšších spektrálních pásmech zas souvisí s nar stáním hlasitosti nebo hyperkinezí i klesající dyšností. Fri, M Interharmonický šum dob e predikuje druh a stupe poruchy hlasu typu zvýšené dyšnosti nebo r zných druh chraptivosti. Zastoupení širokospektrálního šumu v oblasti 1 4 khz p edpovídá dyšné poškození hlasu. Struktura interharmonického šumu hlavn v oblasti do 1 khz (hlavn mezi 1. a 2. harmonickou) dob e koreluje se stupn m hlasové drsnosti. Zastoupení sub a interharmonických p edpovídá pulsní rejst ík nebo diplofonii nebo creaky voice. Ze spektrogramu lze vy íst i multilifonickou nebo bifonickou fonaci (podrobnosti lze najít v: Fri, M. 2004; Fri et al. 2006). Multidimenzionální analýza (MDVP) hlavn hodnotí parametry jako jitter, shimmer a od nich odvozené parametry. Tyto parametry jsou prediktorem nepravidelného kmitání a p ítomnosti turbulentního šumu v hlase (KayPENTAX 2008; Titze 1994). Z uvedených veli in ale není možno jednozna n ur it, o který druh poruchy hlasu se jedná. V literatu e uvedené (Collyer et al. 2007; Munoz et al. 2003; Sundberg et al. 2006; Ternstrom 1989; Traunmüller et al 2000) interpretace spektrálních parametr lze shrnout následovn : - LTAS - dlouhodobé pr m rované spektrum, prezentuje pr m rné rozložení akustické energie v analyzovaných spektrálních pásmech. Je podkladem pro výpo et jiných akustických parametr (sklon spektra, gain factor). Používá se pro hodnocení spektrálních pásem specifických rezonancí hlasu jako nap. p vecký formant. - Akustická hladina první harmonické (v tšinou ozna ováno jako H1) dává tónu základ, vysoké hladiny první harmonické jsou vnímány jako plný tón. - Rozdíl akustických hladin první a druhé harmonické [db] (ozna ováno jako H1 - H2). Rozdíl hladin prvních dvou harmonických zdrojového spektra souvisí s hlasitostí a parametry popisující fáze otev ení a zav ení hlasivek (OQ, CQ a SQ), ímž jsou rozlišovány i vibra ní rejst íky. Vysoké hodnoty H1 - H2 jsou typické pro dyšný hlas, nízké pro spastický, tla ený a creaky voice. - Spectral tilt sklon obálky spektra sm rem k vyšším frekvencím, zna n strmý pro tiché a dyšné hlasy, st ední pro modál a málo strmý pro creaky a pulzní rejst ík. - SPR (singing power ratio) rozdíl maximální hladin akustického tlaku spektrálních pásem pod 2 khz a 2 4 khz, vysoké hodnoty zna í vysokou energii v oblasti p veckého formantu. - ER (energy ratio) pom r energií spektrálních pásem pod 2 khz a 2 4 khz, nízké hodnoty ER znamenají velké posílení energie v pásmu nad 2 khz, tedy souvisí i se zvýšenou hyperkinezí, ale také s výraznou rezonancí vyšších formant. - faktor podobná veli ina SPR a ER, zvýšené hodnoty sv d í pro zn lou fonaci, naopak snížené pro patologický hlas. - High-frequency power ratio pom r energie vysokých složek spektra (nad 4 khz) k celkové energii spektra, proto jsou zvýšené hodnoty projevem t žkého poškození. 62

11 - SE (spectral emphasis) rozdíl hladiny SPL a hladiny SPL pásma do 1,5 násobku F0, výrazn souvisí s hlasitostí a plností hlasu. - SPI (soft phonation index) tento parametr popisuje rozložení energie harmonických ve spektru, ímž je v souvztažnosti v kladném sm ru se zn lostí, zvýšenou hlasitostí a tla enou fonací, v záporném s dyšností, hlasovou slabostí, laxní fonací. - VTI (voice turbulence index) je možno interpretovat v první ad jako následek vyšší dyšnosti. V praxi však snížení tohoto parametru souvisí i se snížením hlasitosti a zn losti hlasu. Z rozložení maximálního hlasové pole je vhodné si všímat tónového rozsahu, a celkové plochy hlasového pole jelikož jsou nejvhodn jším prediktorem celkového stavu hlasu (Fri, M. 2004). Snížení tónového rozsahu o falzetový rejst ík p edznamenává vážn jší organické poškození hlasu. Snížení maximální hlasitosti je projevem celkové hlasové slabosti, zvýšení minimální hlasitosti zas znamená neschopnost hlasivek kmitat p i nižším subglotickém tlaku, tedy znamenají vyšší rigiditu hlasivek (Holmberg et al. 2007). Relativní dynamický rozsah v jednotlivých polohách hlasu dob e popisuje rozvoj hlasových rejst ík a hlasovou trénovanost, zlomy obrysových k ivek hlasového pole ozna ují zm ny hlasových rejst ík. Nejvýznamn jší zlom v k ivce maximální hlasitosti ukazuje na p echod modál falzet, ozna uje nejvyšší a nejhlasit jší bod plného hlasu. Zlom v k ivce minimální hlasitosti (zm na rychlosti nár stu minimální hlasitosti) ukazuje na nejtišší a nejhlubší polohu falzetového rejst íku. Projekt Analýza hlasových signál pro klinické ú ely Pro interpretaci výsledk akustické analýzy již bylo publikováno n kolik studií, ale vzhledem k jejich omezenému rozsahu doposud není možné jejich zobecn ní (Bhuta et al. 2004; Dejonckere et al. 1996; Preciado et al. 2005). Studie v tšinou zanedbávají základní požadavky psychoakustického výzkumu na samostatné hodnocení barvotvorných vlastností hlasu v návaznosti na konstantnost výšky a hlasitosti, a obdobn zanedbávají jejich interpretaci vzhledem k dalším základním psychoakustickým dimenzím (tmavost, drsnost, plnost, ). Vzhledem k uvedenému se MARC HAMU pokouší o spušt ní projektu, ve kterém by byly percep ní vlastnosti hlasu zkoumány v souladu s pravidly psychoakustického výzkumu. Pro uvedený zám r však Výzkumné centrum pot ebuje dostatek nahrávek hlas z co nejširší škály patologických, ale i normálních vlastností. P edpokládaným výstupem tohoto projektu bude nejen možnost stanovení normativ základních akustických parametr hlasu pro eskou populaci, ale také specifický psychoakustický výzkum patologických vlastností hlasu. Základem projektu je shromaž ování pot ebných nahrávek hlasu spolu se subjektivním popisem, nap. z ambulancí foniatr, ORL léka, fonochirurg, p ípadn též hlasových terapeut. Soub žn s jejich sb rem by probíhala jejich spektrální analýza a statistické hodnocení vztah mezi nam enými veli inami a údaji ze slovních popis. Ú ast na projektu by m la být oboustrann výhodná, protože už v jeho pr b hu by uvedení odborníci k po ízeným nahrávkám získali v reálném ase všechny výše popsané parametry z fyzikální analýzy akustických vlastností hlasu a po skon ení projektu by získali doposud neexistující normativy a znalosti pot ebné pro interpretaci objektivn m itelných veli in. Výzkumné centrum by tímto zp sobem zas mohlo získat posta ující množství dat pro statistická hodnocení. HW, SW podpora a zabezpe ení Pro standardizaci a hlavn kalibraci nahrávek je vyvíjeno nahrávací za ízení (hardware HW, tj.: programovatelná zvuková karta p ipojitelná k libovolnému po íta i p es USB port, 2 kalibrované mikrofony a speciální stojan na mikrofony zaru ující standardní umístn ní mikrofon vzhledem k úst m vyšet ovaného). Toto za ízení bude nutnou podmínkou pro zapojení do projektu a jeho návrh je koncipován tak, aby v žádném p ípad jeho cena nep esahovala cenu b žn dostupných zvukových za ízení používaných jako p íslušenství k po íta i. 63

12 Nevyhnutnou sou ástí prezentovaného projektu budou i konzultace se zapojenými odborníky, zvlášt s ohledem na standardizaci nahrávání a p ípadné zacvi ení v postupech percep ního hodnocení vlastností hlasu. Další nevyhnutnou sou ástí bude praktické zaškolení uživatel do ovládání analyza ního programu (RealVoiceLab) a používání výsledk v n m provád ných objektivních analýz. Informace o pr b hu a možnosti zapojení se do navrhovaného projektu, stejn jako i informace o p ípadných workshopech a seminá ích budou uvedeny na stránkách Záv r Akustická analýza, ale i standardizace popisu vlastností lidského hlasu, jsou jedním ze základních cíl práce psychoakustik ve Výzkumném centru hudební akustiky (MARC) HAMU. Oba uvedené úkoly vyžadují diskuzi s r znými odborníky v oblasti diagnostiky a terapie poruch hlasu, ale i odborníky z oblasti hlasové pedagogiky a edukace. Výzkumné centrum proto p ipravuje v deckovýzkumné projekty, které usnadní komunikaci uvedených odborník a budou schopny jim zabezpe it nutné technické vybavení, ale i odborná školení v oblasti akustické a psychoakustické analýzy hlasu. Výsledkem bude standardizace postup jak v oblasti popisu vlastností hlasu, tak v oblasti akustických m ení, pravd podobn i v oblasti ustálení eské vokologické terminologie. Na základ vytvo ené databáze hlasových nahrávek bude možno provád t psychoakustický výzkum, který by m l odpov d t na konkrétní otázky spojené z interpretací a využitím akustické analýzy hlasu v diagnostice a terapii. Pod kování Tento p ísp vek byl realizován za podpory Ministerstva školství, mládeže a t lovýchovy eské republiky v rámci ešení projektu 1M0531 Výzkumné centrum hudební akustiky. Literatura [1] Awan, S. N.(1991): Phonetographic Profiles and Fo-SPL Characteristics Untrained Versus Trained Vocal Groups, J.Voice, 5, (1), [2] Bhuta, T., Patrick, L., Garnett, J. D.(2004): Perceptual evaluation of voice quality and its correlation with acoustic measurements, J.Voice, 18, (3), [3] Collyer, S., Davis, P. J., Thorpe, C. W., Callaghan, J.(2007): Sound pressure level and spectral balance linearity and symmetry in the messa di voce of female classical singers, The Journal of the Acoustical Society of America, 121, (3), [4] Dejonckere, P. H., Bradley, P., Clemente, P., Cornut, G., Crevier-Buchman, L., Friedrich, G., van de Heyning, P., Remancle, M., Woisard, V.(2001): A basic protocol for functional assessment of voice pathology, especially for investigating the efficacy of (phonosurgical) treatments and evaluating new assessment techniques. Guideline elaborated by the Committee on Phoniatrics of the European Laryngological Society (ELS), Eur.Arch.Otorhinolaryngol., 258, (2), [5] Dejonckere, P. H., Remancle, M., Fresnel-Elbaz, E., Woisard, V., Crevier-Buchman, L., Millet, B.(1996): Differentiated perceptual evaluation of pathological voice quality: reliability and correlations with acoustic measurements, Rev.Laryngol.Otol.Rhinol.(Bord.), 117, (3), (Abs.) [6] Emerich, K. A., Titze, I. R., Svec, J. G., Popolo, P. S., Logan, G.(2005): Vocal range and intensity in actors: a studio versus stage comparison, J.Voice, 19, (1), [7] Fant, G. M. (1960): Acoustics theory of speech production, s-gravenhage: Mouton and Co. [8] Fri, M.(2004): Biofyzikálne aspekty tvorby udského hlasu a metódy hodnotenia kvality hlasu, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave 64

13 [9] Fri, M.(2010a): P ehled metodických postup subjektivního popisu vlastností hlasových projev, voblasti poruch, patologie a terapie hlasu, Otorinolaryng.a Foniat., v tisku. [10] Fri, M.(2010b): Subjektivní (percep ní) popis vlastností um leckého hlasu a popisované parametry, Disk, v tisku. [11] Fri, M., Šram, F., Švec, J. G. (2006): Diplofónia komplexné kmitanie hlasivek prezentované vo videokymografii a vysokofrekven nej laryngoskopii. Proceedings of the 2nd International Symposium Materiál -Acoustics - Place 2006, [12] Frohlich, M., Michaelis, D., Strube, H. W., Kruise, E.(2000): Acoustic voice analysis by means of the hoarseness diagram, J.Speech Lang Hear.Res., 43, (3), [13] Holmberg, E. B., Ihre, E., Sodersten, M.(2007): Phonetograms as a tool in the voice clinic: changes across voice therapy for patients with vocal fatigue, Logoped.Phoniatr.Vocol., 32, (3), [14] KAYPENTAX(2008): Multi-Dimensional Voice Program (MDVP), Model 5105, [15] Melka, A. (2005): Základy experimentální psychoakustiky, Akademie múzických um ní v Praze [16] Munoz, J., Mendoza, E., Fresneda, M. D., Carballo, G., Lopez, P.(2003): Acoustic and perceptual indicators of normal and pathological voice, Folia Phoniatr.Logop., 55, (2), [17] Nordenberg, M and Sundberg, J.(2004): Effect on LTAS of vocal loudness variation, Logopedics Phoniatrics Vocology, 29, (4), [18] Novák, A. (1996): Foniatrie, Avicenum Praha [19] Pabon, P. (2007): Manual Voice Profiler. [20] Preciado, J., Perez, C., Calzada, M., Preciado, P.(2005): [Function vocal examination and acoustic analysis of 905 teaching staff of La Rioja, Spain], Acta Otorrinolaringol.Esp., 56, (6), (Abs.) [21] Schutte, H. K., Seidner, W.(1983): Recommendation by the Union of European Phoniatricians (UEP): standardizing voice area measurement/phonetography, Folia Phoniatr.(Basel), 35, (6), [22] Sulter, A. M., Wit, H. P., Schutte, H. K., Miller, D. G.(1994): A structured approach to voice range profile (phonetogram) analysis, J.Speech Hear.Res., 37, (5), [23] Sundberg, J.(1994): Perceptual aspects of singing, J.Voice, 8, (2), [24] Sundberg, J., Nordenberg, M.(2006): Effects of vocal loudness variation on spectrum balance as reflected by the alpha measure of long-term-average spectra of speech, The Journal of the Acoustical Society of America, 120, (1), [25] Ternstrom, S.(1989): Long-time average spectrum characteristics of different choirs in different rooms, Speech, Music and HearingQuarterly Progress and Status Report, 30, (3), [26] Titze, I. R. (1994) Workshop on Acoustic Voice Analysis. [27] Traunmüller, H. and Eriksson, A.(2000): Acoustic effects of variation in vocal effort by men, women, and children, The Journal of the Acoustical Society of America, 107, (6), [28] WEVOSYS (2007): lingwaves Voice Diagnostic Center (VDC). ingwaves_voice_diagnostic_center_vdc/lingwaves_voice_diagnostic_center_vdc.htm 65