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Dreiländertagung D-A-CH
24. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

28. - 30.09.2007, Innsbruck, Österreich

Akustische Erfassung der Resonanzeigenschaften des Ansatzrohrs mit LPC- und Impedanzanaylsemethoden

Acoustic assessment of vocal tract resonance characteristics using LPC and impedance analysis methods

Vortrag

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  • corresponding author presenting/speaker Malte Kob - Lehr- und Forschungsgebiet für Phoniatrie und Pädaudiologie, RWTH Aachen University, Aachen, Deutschland
  • author Julia Stoffers - Klinikum Delmenhorst, Bremen, Deutschland
  • author Christiane Neuschaefer-Rube - Lehr- und Forschungsgebiet für Phoniatrie und Pädaudiologie, RWTH Aachen University, Aachen, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie. Sektion Phoniatrie der Österreichischen Gesellschaft für HNO-Heilkunde, Kopf- und Halschirugie. Schweizerische Gesellschaft für Phoniatrie. Dreiländertagung D-A-CH, 24. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e.V.. Innsbruck, Österreich, 28.-30.09.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. Doc07dgppV17

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgpp2007/07dgpp24.shtml

Veröffentlicht: 28. August 2007

© 2007 Kob et al.
Dieser Artikel ist ein Open Access-Artikel und steht unter den Creative Commons Lizenzbedingungen (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.de). Er darf vervielf&aauml;ltigt, verbreitet und &oauml;ffentlich zug&aauml;nglich gemacht werden, vorausgesetzt dass Autor und Quelle genannt werden.


Zusammenfassung

Das akustische Filterverhalten des Ansatzrohrs kann durch Parameter der Vokaltraktresonanzen charakterisiert werden und erlaubt die Unterscheidung regelrechter und pathologischer Klangformung.

Auf nicht-invasive Art werden mithilfe der LPC-Methode (engl. linear predictive coding) die aus den Filter- bzw. Resonanzeigenschaften des Vokaltrakts resultierenden Energiemaxima im Spektrum (Formanten) des Sprachsignals bestimmt. Diese Methode ist bereits im klinischen Alltag erprobt; sie wurde in mehreren klinischen Studien bei Patienten mit intraoralen Tumoren u.a. mit dem Ziel angewendet, akustische Eigenschaften und pathologische Gewebeveränderungen miteinander zu verknüpfen, z.B. [1]. Da die LPC-Methode auf ein stabiles Glottissignal angewiesen ist, ist sie nicht geeignet, bei Patienten mit Dysphonie oder bei fehlender Stimmfunktion die Filtereigenschaften des Vokaltrakts zu charakterisieren.

Bei der Impedanzmethode [2], [3], [4] wird der Vokaltrakt nicht von den Stimmlippen, sondern mittels eines synthetisierten Schallsignals vom Mund aus angeregt. Die Methode ist somit unabhängig von der Qualität des glottal erzeugten Stimmsignals.

In diesem Beitrag wird die Anwendung beider Methoden bei 35 weiblichen und 46 männlichen stimm- und sprechgesunden Probanden sowie bei 12 Patienten mit Artikulationsstörungen beschrieben.

Der Vergleich der LPC- und Impedanzanalyseverfahren zeigt eine hohe Übereinstimmung der Ergebnisse für die Gruppe der Probanden. Bei Patienten mit Artikulationsstörungen konnten signifikante Abweichungen in der Resonanzstruktur nachgewiesen werden.


Text

Einleitung

Das akustische Filterverhalten des Ansatzrohrs kann durch Parameter der Vokaltraktresonanzen charakterisiert werden und erlaubt die Unterscheidung regelrechter und pathologischer Klangformung. Mithilfe der LPC-Methode (engl. linear predictive coding) werden die aus den Filter- bzw. Resonanzeigenschaften des Vokaltrakts resultierenden Energiemaxima im Spektrum (Formanten) des Sprachsignals parametrisiert. Diese Methode ist bereits im klinischen Alltag erprobt; sie wurde in mehreren klinischen Studien bei Patienten mit intraoralen Tumoren u.a. mit dem Ziel angewendet, akustische Eigenschaften und pathologische Gewebeveränderungen miteinander zu verknüpfen [1]. Da die LPC-Methode auf ein stabiles Glottissignal angewiesen ist, ist sie nicht geeignet, bei Patienten mit Dysphonie oder bei fehlender Stimmfunktion die Filtereigenschaften des Vokaltrakts zu charakterisieren. Bei der Impedanzmethode [2], [3] [4] wird der Vokaltrakt nicht von den Stimmlippen, sondern mittels eines Schallsignals vom Mund aus angeregt. Als Besonderheit beider Verfahren ist die Möglichkeit der nicht-invasiven akustischen Analyse der Resonanzstruktur des Ansatzrohrs zu nennen. Das VTMI-Verfahren zeichnet sich durch seine Unabhängigkeit vom Stimmsignal aus, d.h. Phonationsfähigkeit ist keine Voraussetzung für diese Methode, und das Analyseergebnis ist unabhängig von der Qualität des glottal erzeugten Stimmsignals.

Material

Es wurde die Anwendung der LPC- und VTMI-Methode bei 35 weiblichen und 46 männlichen stimm- und sprechgesunden Probanden sowie bei 12 Patienten mit Artikulationsstörungen erprobt. Exemplarisch werden im vorliegenden Beitrag Vergleiche zwischen LPC- und VTMI-Messungen bei der Gruppe der weiblichen Probanden sowie kasuistisch Vergleichsbefunde einer prä- und postoperativen VTMI-Messung eines Patienten mit Zungenkarzinom beschrieben. Beim untersuchten Patient (männlich, 60 Jahre) wurde die Diagnose Zungenkarzinom rechts mit Ausdehnung auf den Mundboden gestellt. Der Patient fiel durch Dysglossie mit kloßigem Stimmklang und Speichelansammlung im Mundraum auf. Die postoperative Messung erfolgte nach ausgedehnter Tumorresektion mit nachfolgender plastischer Deckung mittels Radialislappen.

Methode

Als nicht-invasive Methode zur Analyse der Resonanzstruktur des Ansatzrohrs ist die Anwendung der LPC-Analyse aus dem Stimmsignal bereits beschrieben [1]. Auch die bereits seit 1996 [2], [3] eingesetzte Methode der Resonanzanalyse mit dem Impedanzverfahren wurde bereits u.a. auf der DGPP 2002 als VTMI-Methode vorgestellt [4]. Als auswertbare Parameter der Resonanzen R wurden die Resonanzfrequenz, die relative Amplitude sowie die Resonanzgüte untersucht.

Ergebnisse

Ein Vergleich der mit den oben beschriebenen Methoden bei den weiblichen Probanden ermittelten Resonanzfrequenzen ist in Abbildung 1 [Abb. 1] dargestellt.

Es fällt eine hohe Übereinstimmung sowohl der Mittelwerte als auch der Standardabweichungen auf. Die Messung der beiden konsonantischen Klänge demonstriert die Anwendbarkeit der Methode auch für nicht vokalische Artikulation.

Die Ergebnisse von jeweils bis zu drei Wiederholungen einer Impedanzanalyse der Ansatzrohr-Resonanzstruktur des oben beschriebenen Patienten jeweils vor und nach OP sind im Vergleich zu den Probandenmessungen in Abbildung 2 [Abb. 2] dargestellt.

Bei diesem Patient ist bei den Lauten /ε/, /i/ und /o/ ein starker Unterschied der Resonanzstruktur vor und nach der OP oberhalb 1500 Hz zu beobachten. Während einige Resonanzfrequenzen sinken (R2 von /ε/ und R4 von /o/), steigen andere Resonanzfrequenzen an (R3 von /o/). In einigen Fällen findet ein Angleich an die Probandengruppe statt (R4 bei /o/, R3 von /i/). R1 ist bei /i/ nicht dargestellt.

Diskussion

Der Vergleich der LPC- und Impedanzanalyseverfahren zeigt eine hohe Übereinstimmung der Ergebnisse für die Gruppe der Probanden. Bei Patienten mit Artikulationsstörungen konnten in einigen Fällen signifikante Abweichungen in der Resonanzstruktur sowohl prä-/post-OP als auch bezogen auf die Probandengruppe nachgewiesen werden. Der Einfluss des individuellen Zustands der Patienten auf die Durchführbarkeit und Zuverlässigkeit artikulatorischer Messungen ist jedoch insbesondere unmittelbar vor und nach der OP schwer abzuschätzen, da zum einen die Artikulationsfähigkeit präoperativ oft stark eingeschränkt ist und zum anderen OP-bedingte Schwellungen andere Resonanzstrukturen hervorrufen als die einige Wochen später beobachtbaren dauerhaften Änderungen. Die Anwendung der Impedanzmessmethode zur Analyse von Sprache ist das Ziel laufender Forschung.


Literatur

1.
Koppetsch S, Dahlmeier K. Funktionelle Störungen der Artikulation bei intra-oralen Tumoren - eine prä- und postoperative Langzeitstudie. Sprache-Stimme-Gehör. 2003;155-60.
2.
Dowd A, Smith J, Wolfe J. Real Time, Non-Invasive Measurement of Vocal Tract Resonances: Application to Speech Training. Acoustics Australia. 1996;24:53-60.
3.
Kob M, Neuschaefer-Rube C. A method for measurement of the vocal tract impedance at the mouth. Medical Engineering & Physics. 2002;24:467-71.
4.
Kob M, Stoffers J, Massinger C, Neuschaefer-Rube Ch. Einsatz akustischer Impedanzmessungen bei Artikulationsstörungen. Aktuelle phoniatrisch-pädaudiologische Aspekte 2002/2003;377-81.