Digital signal processing techniques for application in the analysis of pathological voice and normophonic singing voice

Singing voice is one specific example of vocal sound made by human beings. If we consider the larynx apparatus as a type of singing instrument then we can further say that sung voice is perhaps the best and most stable utilisation of such an instrument. Singing remains at a stable pitch over time, and professional singers may well be the people who utilise the vocal apparatus most appropriately. If we compare a healthy sustained vowel given by a non-singer to that given by a professional singer, the difference in quality of recording can be seen in the stability of energy, pitch, jitter, shimmer and other classical perturbation parameters of Voice Quality assessment. In order to make assumptions about the health of the voice, signals produced at the vocal folds are the most interesting, as it is around this area specifically that most vocal problems are encountered. Using Digital Signal Processing techniques to extract such signals we can ascertain a number of things. Firstly, we can examine what happens to the structure of the vocal folds in intonation, and in particular, which parameters are more pertinent than others in analysis of the system. Secondly, we can attempt to use the results to make statistical studies on groups of subjects, in the hope that the pertinent parameters can pull out any abnormal samples. Results from this process have a potential medical application. The thesis will provide a description of the analysis of singing voice, paying particular attention to the changes happening due to pitch increase, and give a detailed example of statistical experimentation using parameters taken from the signals of interest. La voz cantada nos ofrece un ejemplo especifico del sonido de la voz humana. Si consideramos el aparato de la laringe como una especie de instrumento para el canto podremos suponer asimismo que la voz cantada nos muestra quizas la mejor y mas estable forma de uso de tal instrumento. El canto permanece en una frecuencia estable durante un periodo de tiempo y puede considerarse que los cantantes profesionales son aquellos sujetos que utilizan las cuerdas vocales de forma mas apropiada. Si comparamos una vocal estable y continua producida por un cantante no formado con la misma producida por un cantante profesional, la diferencia en la calidad del registro se aprecia en la estabilidad de la energia, frecuencia, jitter, shimmer y los parametros clasicos de perturbacion de uso en la evaluacion de la Calidad de la Voz. Para formular una hipotesis acerca de la salud de la voz, las senales mas interesantes son las asociadas a las variables dinamicas en las cuerdas vocales porque la mayoria de los problemas de la voz se ponen alli de manifiesto. Al utilizar las tecnicas de DSP para extraer tales senales se consigue extraer asimismo una serie de evidencias de gran interes. En primer lugar se puede examinar la dinamica que tiene lugar en la estructura de las cuerdas vocales respecto a la entonacion y, en particular, que parametros guardan relaciones mas importantes que otros en el analisis de la dinamica de dicho sistema. En segundo lugar, se puede utilizar los resultados para llevar a cabo investigaciones estadisticas con grupos de individuos para averiguar si los parametros pertinentes muestran desviaciones anomalas. Los resultados de este estudio poseen un indudable interes medico. La presente tesis tiene como objetivo proporcionar una descripcion del analisis de la voz cantada. Dirige su atencion hacia los cambios en la dinamica de la cuerda vocal producidos por las variaciones de la frecuencia y ofrece un ejemplo pormenorizado de la experimentacion a mediante la parametrizacion avanzada de las variables dinamicas de interes.