Análise acústica da voz: comparação entre dois tipos de microfones

RESUMO

Objetivo

Comparar os valores das medidas acústicas da voz, extraídas de gravações vocais realizadas com dois tipos de microfones.

Métodos

Participaram da pesquisa 103 pessoas do sexo feminino, com idades entre 18 e 54 anos. Foram coletadas amostras da vogal sustentada /e/, captadas por dois microfones, simultaneamente: Shure SM58 e Karsect HT-9. Foi realizada a análise acústica das vozes, com a extração de valores de frequência fundamental (F₀), variação da frequência (Jitter) e variação de amplitude dos segmentos fundamentais da voz (Shimmer) e proporção Glottal to Noise Excitation (GNE).

Resultados

Houve diferenças entre os microfones apenas na medida de Shimmer, com predomínio de valores mais altos captados pelo Karsect HT-9. Porém, os resultados de ambos os microfones estiveram dentro dos padrões de normalidade do software utilizado.

Conclusão

Os resultados da análise acústica extraídos a partir da gravação de voz realizada com os microfones Shure SM58 e Karsect HT-9 foram semelhantes, concluindo-se que ambos os microfones podem ser utilizados para gravação do sinal sonoro na análise acústica.

Palavras-chave:
Acústica; Acústica da fala; Avaliação em saúde; Som; Voz

ABSTRACT

Purpose

To compare acoustic measurements of voice recorded by two types of microphones.

Methods

The study counted with 103 women from 18 to 54 years old. The recorded sample was the sustained vowel /ɛ/. The acoustic signal was picked up simultaneously by two unidirectional microphones: the Shure SM58 and the Karsect HT-9. The acoustic analysis was performed on these edited vocal samples. The measured parameters were F₀, Jitter, Shimmer and Glottal to Noise Excitation (GNE) ratio.

Results

Recurrent differences between the microphones were observed only in Shimmer measurement (p=0.026); the Karsect HT-9 presented higher values. However, the acoustic measures were within the normal range for healthy voices, despite of the microphone used.

Conclusion

The acoustic analysis results extracted from the voice recording performed with the Shure SM58 and the Karsect HT-9 microphones were similar. Hence, it can be deduced that, connected to a high-quality interface, both microphones can be used in the acoustic analysis to record the sound signal.

Keywords:
Acoustics; Speech acoustics; Health evaluation; Sound; Voice

INTRODUÇÃO

A voz depende de características anatomofisiológicas, traços psicológicos, aspectos físicos, sociais e culturais do falante. Ela se constitui como uma parte muito importante no processo de comunicação interpessoal e profissional^(1,2).

A voz é um fenômeno complexo e, por isso, a avaliação vocal deve ser multidimensional. Os procedimentos básicos recomendados para a avaliação clínica da voz são: anamnese, avaliação da qualidade vocal (perceptivo-auditiva, acústica e aerodinâmica) e autoavaliação. Esses procedimentos se complementam e devem ser analisados em conjunto, a fim de fornecer uma visão global da voz, estabelecer o diagnóstico, definir a conduta e, nos casos em que for necessário terapia ou treinamento, também acompanhar a evolução clínica do caso^(1-3).

Conforme supracitado, um dos procedimentos realizados na avaliação da qualidade vocal é a análise acústica, que visa detalhar quantitativamente os atributos físicos da onda sonora no domínio do tempo⁽⁴⁾. Trata-se de um método computadorizado, objetivo, não invasivo, de baixo custo, rápido, de fácil realização e interpretação, que permite a transformação de um construto abstrato em uma realidade concreta^(1,5).

Apesar de algumas críticas em relação à análise acústica, principalmente por não haver uma correlação exata entre seus resultados e os da análise perceptivo-auditiva, sua importância na clínica é inegável⁽⁶⁾. Dentre seus pontos positivos, estão os fatos de facilitar a compreensão da produção da voz, gerar dados normativos, produzir documentação vocal, monitorar o resultado do tratamento, acompanhar o desenvolvimento da voz e detectar precocemente os problemas de voz^(1,2,6). Além disso, determinar as etiologias de certos distúrbios vocais é difícil, quando são usadas apenas ferramentas subjetivas, como a análise perceptivo-auditiva, sendo que uma avaliação multidimensional composta por dados subjetivos e objetivos torna-se mais fidedigna⁽⁶⁾.

Para realizar a análise acústica, a amostra vocal é obtida utilizando-se um microfone. Desta forma, o microfone utilizado para captar o sinal sonoro pode influenciar os resultados dos parâmetros acústicos extraídos⁽⁷⁾. Assim, para a extração de medidas acústicas fidedignas, é importante que se tenha boa captação do som.

Para fins científicos, é recomendada a captação do sinal sonoro da voz com microfones profissionais de boa qualidade, unidirecionais, com boa impedância e curva de resposta em frequência constante. Tais características garantem que o sinal não seja distorcido durante a captação e, consequentemente, não seja processado de forma equivocada pelo sistema de análise do software computadorizado. Porém, tais equipamentos têm custos financeiros consideravelmente altos. Atualmente, além desses equipamentos, a maior parte dos laboratórios realiza a captação de sinais com os microfones acoplados a interfaces (placas de som)^(8,9), que minimizam o ruído interno do computador e do ambiente, e padronizam a captação do sinal.

Pesquisas internacionais que compararam diversos microfones mostraram que o tipo de microfone influenciou a precisão das medidas de perturbação do sinal acústico^(7,10), o que interferiu na diferenciação de vozes patológicas e normais⁽⁷⁾. No entanto, estudo recente que comparou seis modelos de microfones conectados a um pré-amplificador apontou poucas diferenças entre eles, além de sugerir que um microfone de 100 dólares produziu as melhores respostas⁽¹¹⁾.

Tais pesquisas, entretanto, abordaram microfones importados, de alto custo, o que não representa a realidade da maior parte das instituições e clínicas fonoaudiológicas brasileiras. Por este motivo, torna-se relevante a realização de uma pesquisa que compare o resultado da análise acústica, a partir da captação do sinal com dois diferentes microfones utilizados no Brasil, a fim de verificar se a captação do sinal sonoro realizada por eles influencia o resultado dos parâmetros acústicos extraídos.

Sendo assim, o objetivo do presente estudo foi comparar os valores das medidas acústicas da voz, extraídas de gravações vocais realizadas com dois tipos de microfones.

MÉTODOS

Tipo de estudo

Trata-se de um estudo observacional, transversal e analítico.

Aspectos éticos

O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa (CEP) da Universidade Estadual do Centro-Oeste, sob o parecer 706.335. Todos os participantes aderiram à pesquisa e assinaram o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido.

Amostra

O recrutamento dos participantes foi realizado na comunidade local. Para selecionar os participantes, foram estabelecidos critérios de inclusão e exclusão. Foram adotados como critérios de inclusão: sexo feminino; faixa etária de 18 a 59 anos; ausência de queixa vocal; qualidade vocal adaptada (variabilidade normal – sinal sonoro do tipo 1⁽¹²⁾). Foram excluídos indivíduos que referiram tabagismo e etilismo. Para aplicação dos critérios de seleção, os participantes responderam a um questionário elaborado pelos pesquisadores, com perguntas sobre dados sociodemográficos, saúde e hábitos gerais e vocais, e passaram por uma triagem vocal perceptivo-auditiva com escala visual analógica para classificação do grau geral do desvio vocal. A triagem foi realizada por um fonoaudiólogo, especialista em voz, com mais de dez anos de experiência em avaliação perceptivoauditiva, que não participou da coleta de dados. O profissional foi orientado a ouvir a voz e avaliar o grau geral do desvio vocal em uma escala visual analógica de 100 mm. Foram consideradas como variabilidade normal as vozes com grau de desvio até 35,5 mm⁽¹³⁾. Alguns dados do questionário foram utilizados para caracterizar a amostra.

A fim de estimar o número de participantes, foi realizado um cálculo amostral a partir de um estudo piloto. Considerou-se, como estimativa de variabilidade, o maior desvio padrão da diferença entre as médias dos parâmetros acústicos, que foi de 3,44 Hz para a frequência fundamental (F₀). Adotou-se nível de significância de 5% e poder do teste de 80% para detectar a diferença mínima entre os microfones de 1 Hz. O tamanho mínimo estimado para a amostra foi de 95 participantes. Dessa forma, foram selecionados para participar da presente pesquisa 103 indivíduos do sexo feminino, idades entre 18 e 54 anos (média de 21 anos), sem queixas vocais e com vozes adaptadas.

Coleta de dados

Todos os procedimentos foram realizados por um mesmo fonoaudiólogo, em uma sala com vedamento acústico. A coleta de dados foi realizada individualmente. A duração foi entre dez e 20 minutos por sujeito.

Para a coleta de dados, os participantes foram orientados a sentar de forma confortável em uma cadeira, com as pernas flexionadas em um ângulo de 90º e os pés inteiramente no chão. Os indivíduos foram orientados a manter o pescoço relaxado, sem anteriorização ou posteriorização, com o queixo paralelo ao chão.

Os participantes foram instruídos a realizar a emissão da vogal /ɛ/, de forma sustentada, em tempo máximo de fonação, após inspiração profunda, em pitch e loudness habituais. Dois tipos de microfones unidirecionais foram utilizados para captação do sinal: microfone do tipo cardioide, de uso profissional, da marca Shure, modelo SM58, posicionado a 3 cm da boca do paciente; microfone de cabeça, do tipo eletreto, da marca Karsect, modelo HT-9, posicionado a 45° e a 3 cm da boca do paciente. A coleta de dados foi realizada com os dois microfones simultaneamente.

As amostras foram gravadas diretamente em um computador, através da interface de gravação M-Audio Fast Track C400. A gravação foi feita no software Audacity (GNU GPL™), em modo estéreo, a fim de separar os sinais – uma captação de cada microfone – para a mesma voz, uma vez que a coleta foi simultânea. A calibração dos volumes dos dois microfones foi feita pela entrada de áudio do programa Audacity (GNU GPL™). Assim, a captação feita pelos dois microfones teve intensidade semelhante. As amostras em que, eventualmente, ocorreu saturação do sinal, que é específico da interface, foram excluídas. Nestes casos, uma nova amostra foi coletada em seguida. Posteriormente, as amostras foram editadas, excluindo-se o segundo inicial e final da emissão, a fim de eliminar o período de instabilidade fonatória.

A partir das amostras vocais editadas, foi realizada a análise acústica. Os parâmetros acústicos extraídos foram: F₀, Jitter, Shimmer e proporção Glottal to Noise Excitation (GNE). Para extração das medidas, foi utilizado o software Voxmetria (CTS Informática™).

Análise de dados

Foram realizadas análises estatísticas descritivas e inferenciais das medidas acústicas obtidas com os dois microfones. A normalidade das variáveis foi calculada com o teste Shapiro Wilks e apenas a F₀ obteve distribuição normal. A análise inferencial da variável normal foi realizada utilizando-se o teste paramétrico Teste t pareado e a das variáveis não normais com o Teste de Wilcoxon. Para todas as análises, adotou-se nível de significância de 5%. Utilizou-se o software Statistics, versão 17.0 (Stat Soft Inc.™).

RESULTADOS

Houve diferença entre os microfones apenas para o Shimmer (p=0,026), com valores maiores para os sinais acústicos captados com o microfone Karsect HT-9. Para as medidas de F₀, Jitter e proporção GNE, não houve diferença entre os microfones Karsect HT-9 e Shure SM58 (Tabela 1).

Tabela 1
Comparação das medidas acústicas de frequência fundamental, Jitter, Shimmer e proporção Glottal to Noise Excitation nas emissões captadas com os microfones Shure SM58 e Karsect HT-9

Medida	Microfone	Média	DP	Mediana	Q25	Q75	Valor de p
F0	Shure SM58	221,900	17,700	221,500	210,570	231,840	0,705
	Karsect HT-9	222,000	17,900	221,500	210,570	231,850
Jitter	Shure SM58	0,300	0,193	0,200	0,100	0,400	0,181
	Karsect HT-9	0,268	0,188	0,200	0,130	0,350
Shimmer	Shure SM58	2,595	1,096	2,300	1,790	3,360	0,026*
	Karsect HT-9	2,771	1,274	2,500	1,790	3,530
Proporção GNE	Shure SM58	0,839	0,136	0,900	0,780	0,940	0,112
	Karsect HT-9	0,843	0,132	0,900	0,790	0,940

• Teste-t pareado e Teste de Wilcoxon
• ^*
  Valores estatisticamente significantes (p<0,05)
• Legenda: DP = desvio padrão; Q25 = primeiro quartil; Q75 = terceiro quartil; F₀ = frequência fundamental; GNE = Glottal to Noise Excitation

DISCUSSÃO

Um dos fatores que interferem na análise acústica da voz é o microfone utilizado na captação do sinal sonoro do qual, posteriormente, serão extraídos os valores dos parâmetros pretendidos. Isso ocorre porque ainda não há uma recomendação em relação às especificações necessárias dos microfones para uso clínico ou científico na gravação do sinal sonoro. Este fato pode comprometer a fidedignidade dos achados, dificultando a comparação entre os diversos estudos presentes na literatura⁽¹⁴⁾. Há estudos internacionais que buscaram comparar diferentes microfones, porém, a maioria importados e de alto custo, o que não representa a realidade dos microfones utilizados hoje no Brasil. Desta forma, torna-se importante obter evidências científicas para respaldar o uso de diferentes tipos de microfones, como o Karsect HT-9, muito utilizado clinicamente pelos profissionais brasileiros que atuam na área da voz por acompanhar a interface Andrea PureAudio™ USB-SA (Andrea Electronics)^(15-18) e o Shure SM58, bastante utilizado em pesquisas científicas internacionais^(19-22), acoplados a interfaces de gravação de qualidade, na análise acústica da voz.

Os valores da F₀ obtidos nesta pesquisa pelos microfones Shure SM58 e Karsect HT-9 demonstraram não haver diferença entre eles. A partir deste resultado e, conforme já relatado anteriormente pela literatura^(1,23-25), afirma-se que a F₀ é um dos parâmetros acústicos mais consistentes e robustos, em relação às condições de registro. Tal resultado também foi encontrado para as medidas de Jitter e proporção GNE, que se referem, respectivamente, a uma medida de perturbação e uma de ruído.

Esses resultados concordam com os achados de um estudo que analisou amostras de vogais sintetizadas, com propriedades acústicas geradas eletronicamente, e possibilitou a definição de quais microfones podem ser considerados confiáveis na extração de medidas vocais. Usando este sinal acústico, os autores compararam seis microfones, incluindo o Shure SM58, e todos eles apresentaram valores muito próximos do valor real⁽¹¹⁾.

Por outro lado, no que se refere à medida de perturbação Shimmer, os resultados obtidos na análise estatística apontaram diferença entre os microfones, com valores superiores nas medidas extraídas de vozes captadas com o microfone Karsect HT-9, em relação ao microfone Shure SM58. O Shimmer, perturbação da amplitude no curto prazo, indica a variabilidade involuntária da amplitude da onda sonora, ou seja, representa as irregularidades na amplitude dos ciclos glóticos, de um ciclo a outro⁽²⁾. Diferentemente da F0, o Shimmer não é tão robusto⁽¹⁾, mas tem confiabilidade aceitável⁽⁶⁾. Além disso, autores inferiram que as medidas de perturbação são as mais sensíveis às diferentes condições de registro⁽²⁶⁾.

É importante ressaltar, também, que, no presente estudo, os valores da mediana e dos quartis estiveram dentro do recomendado para vozes saudáveis, na extração do Shimmer das amostras de ambos os microfones. Dessa forma, a interpretação dos valores quanto a normalidade da medida, segundo padrões do software VOXMETRIA, seria semelhante.

Estudo que comparou quatro tipos diferentes de microfones mostrou que não houve diferença entre eles para a medida de perturbação Jitter, porém, houve diferença para Shimmer. Essa diferença foi atribuída a uma combinação de resposta de frequência do microfone e as características internas de ruído. As medidas de perturbação de amplitude dependem da variação ciclo a ciclo do valor do pico do pulso glótico, que é suscetível a ruído e modelagem de frequência do microfone. Para que isso não afete a classificação da normalidade da voz no parâmetro, os autores sugeriram o uso de um filtro de equalização para nivelar a resposta de frequência dos microfones e, assim, melhorar a precisão da classificação. Além disso, indicaram o uso de uma combinação de medidas acústicas para alcançar um bom desempenho quando a finalidade é a discriminação de vozes normais e patológicas, caso em que são usados microfones não profissionais ​​para coleta do sinal sonoro, com o objetivo de extração de dados acústicos⁽⁷⁾.

O microfone utilizado para captação sonora pode oferecer condições que contribuem para um sinal eficiente. No Shure SM58, há dois tipos de filtros inerentes, que se encontram abaixo da parte metálica: o filtro rolloff, que isola a fonte principal de som e minimiza ruídos de fundo e o filtro esférico embutido, de alta frequência, que minimiza o ruído do vento e o pop da respiração. Já o Karsect HT-9, contém um filtro de espuma. Sendo assim, acredita-se que a diferença entre os filtros dos microfones possa ter influenciado na captação do sinal sonoro e, consequentemente, na extração de medidas de Shimmer diferentes.

Apesar da diferença estatística, considera-se necessário refletir a respeito da relevância desses resultados na prática clínica. Acredita-se que, por haver diferença em apenas um parâmetro, tais resultados não sejam relevante clinicamente e não interfiram na utilização do microfone Karsect HT-9, visto que a análise acústica constitui uma série de procedimentos considerados em conjunto, para determinação do diagnóstico⁽²⁷⁾. Além disso, a literatura recomenda a análise dos parâmetros de perturbação em conjunto, a fim de melhorar a confiabilidade dos resultados e, mesmo assim, sua interpretação deve ser cautelosa^(7,27).

Outra questão referente ao uso clínico é que, para fins de acompanhamento de resultados terapêuticos, o nível de ruído adicional seria o mesmo em todas as reavaliações. Porém, ressalta-se a importância da utilização de uma interface de qualidade (M-Audio Fast Track C400), em conjunto com os microfones, conforme metodologia proposta no presente estudo.

Nesta pesquisa, foram coletadas vozes adaptadas e, portanto, há necessidade de estudos futuros, para comparar diferentes tipos de sinais vocais, a fim de investigar se há influência do microfone no uso de parâmetros clínicos, com a finalidade de diferenciar vozes normais e patológicas. Além disso, uma das limitações do presente estudo foi a inclusão apenas de participantes do sexo feminino. Em vista disso, faz-se necessário replicar a pesquisa com participantes adultos do sexo masculino, com o intuito de verificar se os achados são semelhantes, independentemente do sexo do participante.

CONCLUSÃO

A maior parte dos parâmetros acústicos extraídos a partir da gravação de voz realizada com os microfones Shure SM58 e Karsect HT-9 foram semelhantes. Infere-se, portanto que, quando acoplados a uma interface de qualidade, ambos os microfones podem ser utilizados para gravação do sinal sonoro na análise acústica.

• Trabalho realizado no Curso de Fonoaudiologia, Universidade Estadual do Centro-Oeste – UNICENTRO – Irati (PR), Brasil.
• Financiamento: Nada a declarar.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  23 Maio 2019
• Data do Fascículo
  2019

Histórico

• Recebido
  30 Nov 2018
• Aceito
  04 Mar 2019