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编号:10286361
896例成人嗓音声学参数的计算机采集分析
http://www.100md.com 《听力学及言语疾病杂志》 2000年第1期
     作者:龚齐 沈伟 黄昭鸣 陈玉琰

    单位:龚齐(上海市宝山中心医院耳鼻咽喉科 201900);沈伟(上海市第一人民医院耳鼻咽喉科);黄昭鸣(美国华盛顿大学言语病理和听力学系);陈玉琰(上海市第六人民医院耳鼻咽喉科)

    关键词:电子计算机;嗓音检测评估;成人

    听力学及言语疾病杂志000113 【摘要】 目的 通过研究获得有关嗓音医学的数据标准及各种嗓音疾病的特征性客观指标,建立嗓音临床检测系统,为临床诊断与治疗提供有效的参考标准和方法。方法 应用Dr.Speech(DSS)软件的先进技术,按卫生部(司):“语音、语言测试和矫治行业标准”的研究要求,采集、分析上海地区成人500例正常嗓音以及396例临床常见嗓音疾病的病理性嗓音的声学样本。结果 正常人的各嗓音声学参数:基频微扰、振幅微扰、声门噪声、频率颤动、共振峰等值均在DSS软件提供的正常范围内,而病理性嗓音声学参数超出该范围,并具有各不同的特点。结论 我国成人嗓音声学参数与欧美的相似,应用Dr.Speech软件可对各种嗓音疾病进行临床客观检测和评估。
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    【中图分类号】 R767.04 【文献标识码】 A

    【文章编码】 1006-7299(2000)01-0034-03

    896 Cases of Computer Analysis on Voice Acoustic Parameters in 896 Adults

    Gong Qi Shen Wei Hang Zhaoming et al.

    (Department of Otolaryngolgy,Shanghai Baoshan Central Hospital,Shanghai, 201900)

    【Abstract】 Objective To obtain standard datum in Chinese vocal nedicine,establish clinical examining system of voice in China, and provide helpful reference samples and methods for clinical diagnosis and therapy.Methods This research utilized the advanced technology of Dr.Speech(DSS) Software ,and in compliance with the principles of the Professional Standard on Examination and Rectification for Voice and Speech of Health Department ,and locals' normal voices and 396 cases of pathological voices were collected and analysed.Results All of the normal voice parameters: jitter,shimmer,normalized noise energy(NNE),mean F1 F2 FO Tremor are within normal range limited by DSS software ,and much lower than the original target while pathological voice-acoustic parameters lie beyond the limited normal range and have different characters of their own.Conclusions The voice-science paramaters of our country adult's are quite similar to the European's and the American's.In view of that,we can make a full use of the Dr.Speech software in order to faciliate an objective evaluation on various voice diseases efficiently and quantitatively.
, 百拇医药
    【Key Words】 Voice assessment Adult Computer

    为了解我国嗓音医学的标准及各种嗓音疾病的特征性客观指标,建立我国嗓音临床检测系统,为临床诊断与治疗提供有效的参考标准和方法;应用Dr.Speech(DSS)的软件技术,按卫生部司(局)文件:“语音、语言测试和矫治行业标准”[卫科教标发(1996)52号文件]的研究要求,采集、分析上海地区成人500例正常嗓音以及896例临床常见嗓音疾病的病理性嗓音的声学样本,其研究结果如下:

    1 对象和方法

    1.1 测试对象

    随机选择无疾病史和发音障碍的正常成人500例,年龄17~60岁,平均年龄41岁;男女各250例,分别按年龄分为A、B、C、D、E组,分组情况见表1。

, 百拇医药     表1 测试对象分组情况 组 别

    年龄(岁)

    人 数

    男

    女

    A

    17~

    50

    50

    B

    21~

    50

    50

, 百拇医药     C

    31~

    50

    50

    D

    41~

    50

    50

    E

    51~60

    50

    50

    常见的嗓音疾患者396例作为对照组,年龄24~68岁,平均年龄47岁;男性158例,女性238例。经临床间接喉镜检查及纤维喉镜检查,其中声带息肉80例,声带小结80例,单侧声带麻痹14例,慢性喉炎212例,喉部分切除术后10例。
, 百拇医药
    1.2 检测方法

    嗓音采集:采用Dr.Speech Science for Windows 应用软件(上海 Tiger Electronics Inc.)。基频分析频率下限设置为80 Hz,上限设置为400 Hz。受测试者在隔音室里(环境噪声<30 dB),口距麦克凤5~10 cm,发国际音标元音/æ/,持续3秒以上,采用12 kHz的抽样频率及16 bit的精度,记录连续发声的嗓音声学变化,取中间较平稳的>50周期的声波段进行储存、分析。嗓音声学分析参数包括:基频微扰(jitter,正常参考值<0.5%),振幅微扰(shimmer,正常参考值<-3 dB),声门噪声(normalized noise energy NNE,正常参考值<-10 dB),谐噪比(harmonics-noise ratio HNR,正常参考值<3.0 dB),平均基频(mean FO),共振峰:第一共振峰F1、第二共振峰F2、第三共振峰F3,频率颤动(FO tremor,FO.T.),(以上测试指标为“行标”要求),基频标准差(S.D FO)。
, 百拇医药
    2 结果

    2.1 500例正常男、女性嗓音声学测试结果见表2。

    表2 500例正常男女性嗓音声学测试结果(±s) 性

    别

    例

    数

    jitter**

    (%)

    shimmer

    (%)

    HNR
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    (dB)

    NNE*

    (dB)

    mean Fo***

    (Hz)

    男

    250

    0.170±0.062

    1.615±0.692

    26.456±3.151

    -15.406±4.203
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    174.710±41.216

    女

    250

    0.207±0.114

    1.592±0.054

    25.976±3.315

    -14.329±4.216

    269.143±42.102

    性

    别

    例

    数
, 百拇医药
    Fo.T.*(Hz)

    F1(Hz)**

    F2(Hz)

    F3(Hz)***

    男

    250

    2.594±2.412

    483.461±117.515

    1867.021±353.929

    2617.415±295.414
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    女

    250

    2.290±1.025

    439.022±154.080

    1942.130±715.641

    2852.705±4071.194

    注:男、女性各参数值比较*P<0.05 ** P<0.01 ***P<0.001

    2.2 不同年龄及不同性别的正常嗓音声学测试结果比较见表3。

    表3 各年龄组男女性嗓音声学测试结果(±s) 组 别
, 百拇医药
    jitter (%)

    shimmer (%)

    NNE (dB)

    HNR (dB)

    men Fo (Hz)

    A

    男

    0.159±0.032

    1.791±0.501

    -15.585±2.912

    25.187±2.491

    187.085±33.500
, 百拇医药
    女

    0.229±0.127

    1.823±0.587

    -14.754±4.082

    28.638±3.264

    176.725±50.342

    B

    男

    0.173±0.071

    1.256±0.218

    -15.412±40.82

    28.638±3.264
, 百拇医药
    176.725±50.342

    女

    0.192±0.079

    1.340±0.331

    -15.445±3.541

    26.646±2.595

    268.278±42.146

    C

    男

    0.157±0.054

    1.465±0.513

    -16.372±4.243
, 百拇医药
    26.592±2.970

    178.739±54.125

    女

    0.201±0.140

    1.577±0.966

    -14.909±4.808

    26.654±3.994

    258.27±137.598

    D

    男

    0.178±0.091

    1.684±0.945
, 百拇医药
    -16.184±4.285

    26.590±2.912

    162.643±27.021

    女

    0.187±0.082

    1.554±0.569

    -15.150±3.356

    26.319±3.171

    263.337±41.830

    E

    男

    0.174±0.066
, 百拇医药
    1.644±0.732

    -15.112±3.876

    26.445±2.956

    172.412±44.228

    女

    0.195±0.088

    1.490±0.524

    -15.861±3.948

    26.670±2.716

    241.081±50.202

    组 别
, 百拇医药
    Fo.T. (Hz)

    F1 (Hz)

    F2 (Hz)

    F3 (Hz)

    A

    男

    2.545±3.062

    430.673±149.195

    1716.921±405.878

    2504.475±227.312

    女
, 百拇医药
    3.062±3.105

    478.895±155.190

    1932.851±697.744

    2900.301±413.189

    B

    男

    2.218±0.665

    400.521±125.192

    2161.392±331.323

    2657.242±341.621

    女
, http://www.100md.com
    2.027±1.053

    409.121±183.960

    2014.132±813.043

    2829.208±337.452

    C

    男

    2.716±3.125

    484.456±108.300

    1911.080±211.400

    2627.040±267.621

    女
, 百拇医药
    2.227±1.355

    414.104±183.967

    1736.238±853.345

    2759.688±437.414

    D

    男

    3.077±3.071

    465.245±502.000

    1796.292±314.568

    2507.425±216.742

    女
, 百拇医药
    2.525±1.752

    446.316±145.542

    1954.444±667.980

    2884.083±407.348

    E

    男

    3.814±8.433

    502.424±97.674

    1842.264±345.319

    2681.212±381.790

    女
, 百拇医药
    2.013±0.970

    430.664±156.808

    2031.286±596.870

    2827.171±380.171

    2.3 临床常见疾病与正常嗓音声学测试结果比较见表4。

    3 讨论

    由于声带的生理结构、性激素水平等方面的差别,导致不同性别、年龄段正常人的嗓音各有其声学特点[1],研究结果示:常用的正常人声学测试指标均在DSS软件提供的正常参考范围内。500例成人正常嗓音的FO值的范围:其男性为174.70±41.213(Hz)、女性为269.14±42.102(Hz),女性较男性明显高,(P<0.001),这与王双乐等所作的结果较为一致[2];对判断男女声调有一定意义;另外,女性基频均值随着年龄的增加而下降;这可能与女性中、老年人性激素关系结果较为一致[3];但成人男性的基频均值并不随年龄的变化而变化。病理性嗓音的基频均值均较正常人的值低,特别是喉癌手术后,喉的解剖形态改变明显,其FO与正常嗓音有极显著性差异,个别患者甚至在短期内不能进行声学检测,随着时间增加,发声功能的锻炼,FO值有所提高。这为判断、评估手术后患者发声功能提供了一个较为客观的定量指标。
, 百拇医药
    表4 病理性嗓音与正常嗓音声学测试结果比较(±s) 分类

    例数

    jitter

    (%)

    shimmer

    (%)

    NNE

    (dB)

    HNE

    (dB)

    menFo
, 百拇医药
    (Hz)

    FoT

    (Hz)

    正常人

    500

    0.1995±0.046

    1.624±0.696

    -14.742±4.078

    26.197±3.257

    232.953±62.82

    2.457±1.877

    声带小结
, 百拇医药
    80

    0.48±0.463*

    3.068±2.153**

    -7.271±5.14**

    20.598±8.84*

    251.439±71.155

    3.361±2.169*

    声带息肉

    80

    0.405±0.41**
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    2.639±1.59**

    -6.595±4.98**

    22.718±6.14**

    241.568±47.9

    3.292±2.092*

    单侧声带麻痹

    14

    0.383±0.18**

    3.245±1.63***

    -4.66±2.6***
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    23.341±4.6*

    222.14±73

    3.582±2.16**

    慢性喉炎

    212

    0.353±0.29**

    2.488±1.494**

    -6.58±4.809***

    23.919±4.89**

    227.89±54.8*
, 百拇医药
    2.895±1.428*

    喉癌术后

    10

    1.018±0.89***

    6.025±3.42***

    -1.713±0.59***

    13.988±8.785***

    201.885±119.339*

    5.043±2.3***

, 百拇医药     注:各病理嗓音正常嗓音比较,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001

    共振峰频率和声道的形成与大小有关,每种形状都有一套共振峰频率作为其特征[4]。文中不同年龄各组间F1、F2、F3的均值均无明显差别,不同性别确差异很大,女性比男性具有较高的共振峰频率。

    据声学信号特征,声学参数可归为二类,一类称为非周期性特征,用来描述声哑程度或声带振动的周期特点,常用指标有jitter和 shimmer,它们分别表示相邻周期之间声波基本频率振幅的变化,可反映声带病变积蓄,jitter及shimmer主要反映粗糙的程度,其次是嘶哑声程度[5]。一般认为声嘶程度越重,jitter、shimmer值越大。另一类声学参数称为噪声特征,常用指标有HNR、NNE等用来描述相对噪声成分或气息声。声嘶程度越重,HNE值越小、NNE值越大。文中结果显示男女间jitter差异有显著意义,女性的值高于男性,这与女性声带结构特点有关,其声带男较男性短,声带振动频率较男性高,瞬间基频的变化也较大,故jitter值也较大[6],这与Horii[7]报告的男女jitter无差异的结论不一致。
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    临床常见喉疾病的嗓音检测结果,超出DSS软件提供的正常参考范围,对比正常嗓音的声学指标有非常明显差异,声带息肉、单侧声带麻痹、及喉癌手术后的NNE值由于喉的解剖形态学的改变与正常嗓音有非常显著差异。且病变程度越重,NNE值越高;而有的喉癌患者手术后,NNE值很高,甚至不能测之,随着时间的延长,发声的锻炼,新喉的NNE值有所下降。病理性嗓音的NNE和HNR值差异不显著,但NNE较HNR更敏感些。

    因收集资料有限,缺少我国高龄、变声前期正常嗓音的人群,今后应进一步扩大收集研究样本量,为制定国人的“语音、语言测试和矫治行业标准”工作提供参考。

    作者简介:龚齐(1958-),女,四川人,副主任医师,从事耳鼻咽喉科临床工作

    4 参考文献

    1,姜泗长,阎承先.现代耳鼻咽喉科学[M].天津:天津科学出版社,1994.302~310.
, 百拇医药
    2,王双乐,周涛,杨强.正常人嗓音频谱分析[J].听力学与言语疾病杂志,1998,6:84.

    3,杨强,李焦兰.国人嗓音与性激素的关系[J].听力学及言语疾病杂志,1994,2:1.

    4,王正敏.耳鼻喉科新理论新技术[M].上海:上海科技教育出版社,1997.152~153.

    5,Childers DG.Assesssment of the acoustics of voice production[J].NIDCE Monograph,1991,63~83.

    6,Ward P H,Hanson DG,Gerratt BR,et al. Current and future horizons in laryngeal and voice research[J].Ann Otol Rhinol Laryngol,1989,98:145.

    7,Horii Y.Jitter and shimmer in sustained vocal fry phonation[J].Folia Phoniat,1983,37:81.

    收稿1999-02-22

    修回1999-06-01, 百拇医药