Výpočtové modelování vlivu extrakce mandlí na hlasový projev člověka

Computational modeling of effect of tonsillectomy on voice production

conference paper

en

The aim of this study is to develop mathematical 3D finite element (FE) models for numerical simulations of vibroacoustic properties of the human vocal tract after a tonsillectomy. The FE models of the acoustic spaces corresponding to the human vocal tract for the Czech vowels /A/ and /I/ and the acoustic space around the human head were used in numerical simulations of phonation. The acoustic resonant characteristics of the FE models were studied using modal and transient analyses (excitation by a short pulse). Transient analysis was also used for numerical simulations of vowel production. Calculated results show that a tonsillectomy causes a frequency shift of the 3rd (~180Hz) and 4th (~120Hz) formants down to the lower frequencies for the vowel /A/ and similarly for the 2nd, 4th and 5th formants for the vowel /I/ (all ~100Hz). The verification of the model was performed on the recordings of patients before and after the tonsillectomy operation. Multi-Dimensional Voice Program (MDVP Advanced, KAY Elemetrics) was used for the comparing of the formant center frequencies. Very small differences in the results of subjective evaluation of the voice before and after tonsillectomy were found.

Cílem této studie je vytvořit konečněprvkový (MKP) výpočtový model pro numerické simulace vibroakustických vlastností vokálního člověka po odebrání mandlí. Pomocí magnetické rezonance byly vytvořeny MKP modely vokálních traktů pro české samohlásky /a/ a /i/, které byly následně doplněny o síť ve tvaru duté koule s nekonečnými prvky na povrchu, představující akustický prostor okolo hlavy. Vlastní frekvence vytvořených MKP modelů byly analyzovány pomocí modální analýzy a přechodové analýzy v časové oblasti (buzení krátkým pulsem). Přechodová analýza byla také použita pro numerickou simulaci vyslovování samohlásek. Z vypočtených výsledků vyplývá, že odebrání manldí způsobilo posun třetího (~180Hz) a čtvrtého (~120Hz) formantu směrem k nižším frekvencím pro samohlásku /a/. A pro samohlásku /i/ posun druhého, čtvrtého a pátého formantu (všechny ~100Hz) opět směrem k nižším frekvencím. Ověření modelu bylo provedeno na záznamech z měření pacientů před a po operaci odebrání mandlí. K porovnání frekvencí formantů byl požit Multi-Dimensional Voice Program (MDVP Advanced, KAY Elemetrics). Při subjektivním hodnocení hlasu byly konstatovány jenom velmi malé změny hlasu po operaci.

The aim of this study is to develop mathematical 3D finite element (FE) models for numerical simulations of vibroacoustic properties of the human vocal tract after a tonsillectomy. The FE models of the acoustic spaces corresponding to the human vocal tract for the Czech vowels /A/ and /I/ and the acoustic space around the human head were used in numerical simulations of phonation. The acoustic resonant characteristics of the FE models were studied using modal and transient analyses (excitation by a short pulse). Transient analysis was also used for numerical simulations of vowel production. Calculated results show that a tonsillectomy causes a frequency shift of the 3rd (~180Hz) and 4th (~120Hz) formants down to the lower frequencies for the vowel /A/ and similarly for the 2nd, 4th and 5th formants for the vowel /I/ (all ~100Hz). The verification of the model was performed on the recordings of patients before and after the tonsillectomy operation. Multi-Dimensional Voice Program (MDVP Advanced, KAY Elemetrics) was used for the comparing of the formant center frequencies. Very small differences in the results of subjective evaluation of the voice before and after tonsillectomy were found.

biomechanic of voice,finite element modeling,acoustics of human vocal tract

2005

31.08.2005

The Royal Academy of Music

London,UK

1-905351-01-1

The 6th Pan European Voice Conference : PEVOC6 2005

144–145

2