Měření hladin akustického tlaku nejtišších a nejhlasitějších fonací člověka: Metodologie a normativní hodnoty

Mgr. Hana ŠRÁMKOVÁ

Advanced ('rigorózní') thesis

Measurement of sound pressure level of the softest and the loudest phonations: Methodology and normative data

Abstract:

Znalost dynamického rozsahu lidského hlasu je velmi důležitá například pro stanovení diagnózy při léčbě hlasových poruch nebo také pro vědecké účely. Mnoho autorů publikuje studie zaměřené na dynamický rozsah lidského hlasu, ovšem jejich metodologie bývá rozdílná a přesné hodnoty extrémních dynamických limitů jsou často nejasné. Z tohoto důvodu byl vytvořen experiment s pečlivě zdokumentovaným a jednoduše opakovatelným postupem měření extrémních limitů normálního (zdravého) lidského hlasu. V první publikaci z roku 2011 jsou uvedeny naměřené hodnoty pro prvních 37 subjektů 23 žen a 14 mužů. Při měření byly použity dva typy mikrofonů - hlavový mikrofon pro měření nejtišších fonací ve vzdálenosti cca 5-10 cm od úst a standardní mikrofon zvukoměru pro měření nejhlasitějších fonací ve vzdálenosti 30 cm od úst. Oba mikrofony byly metodou dvoustupňové kalibrace zkalibrovány na standardní vzdálenost 30 cm od úst. Nejhlasitější fonace byla zjištěna ze záznamu zvolání slov Hej! Hou! Haló! jako špičková hladina akustického tlaku. Nejtišší fonace byla zjištěna z fonace samohlásky [a:] jako minimální hodnota časově vážené hladiny akustického tlaku se standardní rychlou časovou konstantou (při analýze byla použita individuální manuální úprava záznamu). Hladina špičkového akustického tlaku nejhlasitější fonace byla zjištěna 127 dB ve vzdálenosti 30 cm od úst a hladina nejtišší fonace 31 dB (s A-váhovým filtrem) v téže vzdálenosti. V další fázi experimentu bylo pro získání přesnějších výsledků postupně měřeno dalších 43 subjektů 17 žen a 26 mužů (tedy celkem 80 subjektů 40 žen a 40 mužů). Postup měření byl zachován. Při prvních analýzách záznamů se jako problematická jevila především analýza záznamů nejtišších fonací, konkrétně detekce znělých částí fonací, neboť výsledky z první publikace byly získány pomocí manuálních úprav nahrávek. Pro přesnější a především automatickou analýzu dat byl nově použit program Praat a všechny již získané záznamy nejtišších fonací byly znovu analyzovány. Nově byla zjištěna nejextrémnější ekvivalentní hladina nejtišší fonace 32 dB (a A-váhovým filtrem) ve vzdálenosti 30 cm od úst a také zde byla detailně popsána metodologie plně automatické analýzy. Přestože druhá publikace je zaměřena pouze na nejtišší fonace, během měření byla dále zjišťována také nejhlasitější fonace lidského hlasu. Celková nejextrémnější špičková hladina akustického tlaku byla zjištěna 139 dB ve vzdálenosti 30 cm od úst. Dalším významným výsledkem celého experimentu je stanovení požadavků na hladinu šumu pozadí v měřící místnosti při měření lidského hlasu. Pro snížení okolního šumu byla měření prováděna v akusticky utlumených místnostech a také bylo použito filtrace signálu (standardní váhové filtry A, C a Z a také speciální hornopropustný filtr). Hladiny 25 dB (A-filtrace) a 38 dB (bez filtrace) byly stanoveny jako hladiny šumu zajišťující přesné měření nejtišších fonací ve 30 cm od úst u 95 % normální populace. Takový požadavek je o 15 dB nižší než dřívější doporučení UEP pro měření lidského hlasu.

Abstract:

The knowledge of the dynamic extremes of the human voice is important for voice diagnostics and for scientific purposes. Numerous authors have published on the dynamic range of human voice but the methodology has been quite heterogeneous and the exact values of the dynamic extremes are often unclear. The purpose was therefore to set together carefully documented study about measuring dynamic limits of normal (healthy) human voice with easily reproducible methodology. Results for first 37 healthy subjects (23 women and 14 men) were published in the first publication from 2011. Whole experiment was done with using two types of microphones: a head-mounted microphone was used for measuring of the softest phonations (at the distance of 5-10 cm) and a stand-mounted microphone for the loudest phonations (at 30 cm). Both microphones were calibrated by a two-step calibration for standard distance 30 cm. The loudest level was determined from calling Czech words Hej!,Hou!, Haló! as a peak sound pressure level. The softest level was determined from the softest sustained phonations on vowel [a:] as a minimal fast-time-weighed sound pressure level (individual manual editing was used). The level of the loudest phonation was found to be 127 dB at 30 cm from the mouth and the softest phonation was found to be 31 dB (A-weighted) at 30 cm from mouth. Additional 43 healthy subjects (17 women and 26 men, which mean 80 subjects together 40 women and 40 men) were measured at the next phase of this experiment to get better and more precise results. The measurement procedure was kept the same. Analysis of the softest phonations appeared to be the most problematic part in the first phase of our experiment. Results in the first publication from 2011 were obtained using individual manual editing of recordings to define voiced parts. Program Praat was newly used for automatic analysis of the softest phonations and all recordings (also from the first phase of experiment) were analyzed this way. The second publication presents the most extreme soft phonation equivalent level of 32 dB (A-weighted) at 30 cm from mouth and also detailed procedure of fully automatic analysis. The loudest phonations of human voice were also recorded in the second part of the experiment even if they were not published. The loudest measured phonation had the peak sound pressure level of 139 dB at 30 cm from the mouth. Another important result of this experiment was determination of requirements on background noise level in rooms for voice measurements. An acoustically damped room and filtration (standard A, C or Z filters or custom high-pass filter) were used to eliminate the influence of the noise. To assure accurate measurements of the softest phonations at 30 cm from the mouth for more than 95% of vocally healthy subjects, the background noise levels should be at least 25 dB (A-weighted) and 38 dB (without filtration). Such background noise levels are 15 dB lower than the background noise level (40 dB A-weighted) previously recommended by UEP.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 6. 2017

Thesis defence

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Physics / Biophysics