Der Acoustic Voice Quality Index:

Transcription

11.01.2016
Subjektive & objektive Messverfahren zur Stimmdiagnostik
Theoretische und praktische Anwendung nach wissenschaftlichen und
klinischen Kriterien
Ben Barsties 1,2
1
2
Faculty of Medicine and Health Sciences, University of Antwerp, Belgium.
Medical School, Hochschule Fresenius University of Applied Sciences, Hamburg, Germany
© Ben Barsties
Inhalt
Stimmdiagnostik
nach ELSStandard
Bildgebende
Messverfahren
Vorschläge
zur
Stimmdiagnostik
Fokus
Selbstevaluation
des
Patienten
Perzeption
Akustik
Aerodynamik
© Ben Barsties
2
Stimmdiagnostik
Multizentrische Stimmuntersuchung
Nach dem European Laryngological Society Komittee
Videolaryngostroboskopie
Perzeption
(RBH)
Aerodynamica
(MPT, PQ)
Akustik
(Periodizität,
Stimmfeld)
Selbstevaluation
http://www.alpha
tron.com
http://lovelyleblan
c7.wordpress.com
http://www.udel.edu
http://biologyaweso
meness.blogspot.nl/
https://www.adi
nstruments.com
© Ben Barsties
3
1
11.01.2016
Basisprotokoll der ELS
 Bestätigung des
multidimensionalen
Charakters der Stimme
 Brauchbares Instrument
zum Messen von Effekten
verschiedener
Stimmbehandlungen
© Ben Barsties
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BILDGEBENDE MESSVERFAHREN
De Bodt et al. (2008)
© Ben Barsties
5
Stroboskopie: Standardisierung
Friedrich & Dejonckere (2005)
Parameter
Normal
Pathologisch
Randkantenverschiebung
0: Normal: (mind. ½ der
sichtbaren
Stimmlippenbreite)
1: gering vermindert
2: mittelgradig
vermindert
3: aufgehoben
(phonatorischer
Stillstand)
Symmetrie
0: Normal (symm.
Schwingungen nach Ort
und Phase)
1: gering asym.
Schwingungsmuster
2: mittelgradig asym.
Schwingungsmuster
3: hochgradig asym.
Schwingungsmuster
Regularität
0: regulärer
Schwingungsablauf
1: gering irregulärer
Schwingungsablauf
2: mittelgradig
irregulärer
Schwingungsablauf
3: hochgradig
irregulärer Schwingungsablauf
Glottisschluss
0: vollständiger
Glottisschluss
1: geringgradig
unvollständiger
Glottisschluss
2: mittelgradig
unvollständiger
Glottisschluss
3: hochgradig
unvollständiger
Glottisschluss
Normal:
Geringgradig:
Mittelgradig:
Hochgradig:
Arten des
unvollständigen
Glottisschlusses
durchgehender dorsales
Spalt
Dreieck
ovalärer
Spalt
© Ben Barsties
Sanduhrförmig
Anteriorer
Spalt
Irregulär
6
2
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Stroboskopie: Validität
Svec & Sram (2011)
Patel et al. (2008)
© Ben Barsties
7
Stroboskopie: Validität
Nachteile
Vorteile
Dejonckere
et al. (2001);
Boominathan
et al. (2012)
Mendelsohn
et al. (2013)
Cohen et al. (2012)
Minimaler Standard zur
Visualisierung der
Stimmlippenfunktion
Niedrige Interbeurteilerzuverlässigkeit: Glottisschluss,
Symmetrie & Regularität
Nawka & Konerding
(2012)
Akzeptable Interbeurteilerzuverlässigkeit bei Polypen,
Zysten, Noduli & Normale
Stimme
Bei irreguläre Stimmlippenbewegung kann nur
unzureichend der
Schwingungsablauf analysiert
werden
Doellinger (2009);
Ziethe et al. (2011);
Bonilha et al. (2012);
Kendall (2012)
Meist verwendete
laryngologische Technik
Stimmansatz/Absatz,
Stimmbrüche und
Gesangsmerkmale wie z.B.
Registerwechsel & Vibrato sind
so nicht messbar
© Ben Barsties
Doellinger (2009);
Ziethe et al. (2011)
8
http://www.iqsol.biz/
Videokymographie
• Methode zur
eindimensionale
Darstellung von
Bewegungsabläufen
• Das Prinzip: Abbildung
von schmalen
Bildstreifen aus
zeitlich
aufeinanderfolgenden
Aufnahmen
nebeneinander
abzubilden
• Videokymographie =
high-speed camera
Tigges et al. (2005)
Svec & Sram (2011)
Svec & Schutte (2012)
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9
3
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Videokymographie
Svec & Sram (2011)
Pimenta et al. (2013)
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10
Videokymographie: Interpretation
Svec et al. (2007)
© Ben Barsties
11
Videokymographie: Interpretation
Svec & Schutte (2012)
© Ben Barsties
12
4
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Videokymographie: Behauchtheit
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13
Videokymographie: Rauhigkeit
Onset phase
rough phase
change to normal phonation
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Videokymographie: Registerwechsel
© Ben Barsties
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5
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Videokymographie: harter Glottisschlag
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Videokymographie: neue Generation
Wang et al. (In Press)
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Videokymographie: Validität
Vorteile
Sehr genaue Aussage über
das Schwingungsmuster
(8000 Bilder pro Sek)
Nachteile
Momentan nach kein
Zugang für transnasale
Endoskopie
Relativ junges
Untersuchungsinstrument in
der Laryngology (seit 1996) =
wenig verbreitet/bekannt
Beurteilung nur über einen
bestimmten Punkt der
Stimmlippe bzgl. der
Stimmlippenschwingung
© Ben Barsties
18
http://www.iqsol.biz/
6
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PERZEPTION
Beurteilung von Stimmqualität;
Aber was ist das?
 „that attribute of auditory sensation in terms of which a listener can
judge that two sounds similarly presented and having the same loudness
and pitch are dissimilar (ANSI 1960, p.45)
„a poorly defined term that includes all the leftover perceptions after
pitch, loudness and phonetic category have been identified. (Titze 1994,
p.252)
„a ultidi e sio al perceptual construct, in contrast to pitch, loudness
and the voiced phonemes that are monodimensional (i.e., for which there
is a single correlate: fundamental frequency, intensity and formant
frequency, respectively). In contrast to pitch, for example voice quality can
not be quantified by a single measure or rating. (Maryn 2010, p.16)
© Ben Barsties
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Messverfahren
GRBAS-Skala (Hirano 1981):
• Ordinal Skala mit 5 Parametern
(Grad, Rauigkeit, Behauchtheit,
Asthenie, Anspannung)
RBH-Skala (Nawka et al. 1994):
• Aus der GRBAS-Skala entwickelt
• Ordinal Skala mit nur
3 Parametern (Heiserkeit,
Rauigkeit, Behauchtheit)
Perzeptive Messverfahren
mit hoher Akzeptanz
(Carding et al. 2000;
Dejonckere et al. 2001;
Zraick et al. 2011)
CAPE-V (Kempster et al. 2009):
• „ The Consenus AuditoryPerceptual Evaluation of Voi e
• Analoge Skala mit mind. 6
Parametern (Grad, Rauigkeit,
Behauchtheit, Anspannung,
Tonhöhe, Lautstärke)
© Ben Barsties
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Perzeptive Schulung mittels RBH-Skala
Definition der Stimmparameter in RBH nach Hirano (1981)
Heiserkeit: „G ad de Heise keit ode Stimmabnormalität.
Allgemeine Stimmabnormalität auf Glottisebene.
Rauhigkeit (spezifischer Aspekt): „Ps ho-akustischer Eindruck von
Irregularität der Stimmlippenschwingung. Es entspricht der
irregulären Fluktuation von F0 und/oder Amplitude der
Stimmgebung auf Glottisebene.
Behauchtheit (spezifischer Aspekt): „ Ps ho-akustischer Eindruck
o Aus aß des Luft e lusts du h die Glottis „ ilde
Luft /Tu ule z .
© Ben Barsties
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7
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Besonderheiten bei der Beurteilung nach RBH (Nawka & Evans, 2006)
Weitere auditive Merkmale zu R und B:
Rauhigkeit: Knarren, Multiplophonie, Taschenfaltenstimme
(ventrikuläre Phonation), stellenweise auch gepresst
Behauchtheit: Aphonie, stellenweise auch der Grad der
Erschöpfung/Ermüdung
H von RBH kann nie niedriger bewertet werden als einer seiner
Komponenten (R oder B); kann aber höher liegen
 es sei denn: Knarren (Glottal Fry) im Vokalansatz ist regelmäßig zu
verzeichnen (ohne weitere Auffälligkeiten) dann: H0 R1 B0
Bei Aphonie keine bewertbare Rauhigkeit, also: H3 R# B3
© Ben Barsties
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Barsties & Maryn (2015)
Ordinale Beurteilung; Score: Mittelwert von Text und [a:]
Normstimme (NL):
M
Ankerstimmen:
F
Ankerstimmen:
H1+R1=
H1+B1=
H2+R2=
H2+B2=
H3+R3=
H3+B3=
© Ben Barsties
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Ordinale Beurteilung; Score: Mittelwert von Text und [a:]
 Heiserkeit: „G ad de Heise keit ode “ti
a ei hu g. Allge ei e
Stimmabweichung auf Glottisebene.
 Rauhigkeit (spezifischer Aspekt): „Ps ho-akustischer Eindruck von
Irregularität der Stimmlippenschwingung. Es entspricht der
irregulären Fluktuation von F0 und/oder Amplitude der Stimmgebung
auf Glottisebene.
 Behauchtheit (spezifischer Aspekt): „ Psycho-akustischer Eindruck vom
Aus aß des Luft e lusts du h die Glottis „ ilde Luft /Tu ule z .
Normal (0)
Geringgradig (1)
Mittelgradig(2)
Hochgradig (3)
Heiserkeit
Rauhigkeit
Behauchtheit
© Ben Barsties
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8
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© Ben Barsties
25
Weitere Parameter zum Stimmklang
Parameter zur Stimmklangbeschreibung/Stimmqualität
 Tonhöhenbrüche
 Tremor
 gepresst
 Glottal Fry
 Falsetstimme
 Diplophon
 Aphon
 Instabil
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AKUSTISCHE MESSUNGEN
Sound pressure level (dB/Hz)
http://vendjs.com
60
40
20
5000
0
Frequency (Hz)
© Ben Barsties
27
9
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Warum akustische Messungen (Teil 1)
Im Vergleich zur Perzeption:
 Keine große Variabilität in der Zuverlässigkeit (Bele 2005)
 Keine Einschränkung der Genauigkeit von auditiver Gedächtnisleistung
(Bigelow & Poremba 2014)
 Geringerer Aufwand für valide und zuverlässige Ergebnisse in der
Beurteilung
Objektive-apparative Quantifizierung von visuellerperzeptiver Darstellung
Nicht invasiv
Relativ einfach anwendbar in Bezug auf Hardware,
Software & Abnahmeprozedur
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Warum akustische Messungen (Teil 2)
Niedrige Kosten der Software, jedoch weniger
gebrauchsfreundlich
Einfache und deutliche Standardisierung
Robuste und valide Verfahren zur Quantifikation von
Heiserkeit z.B. Acoustic Voice Quality Index (AVQI)
(Maryn et al. 2010a)
Robuste und gängige Verfahrensweisen bei der
Quantifikation des Stimmstatus z.B. Dysphonia Severity
Index (DSI) (Wuyts et al. 2000)
Das häufigste verwendete Messverfahren um
Stimmstörungen zu identifizieren (Roy et al. 2013)
© Ben Barsties
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Nachteile: akustische Messungen?
Oftmals nur für wissenschaftliche Zwecke entwickelt
Hohe Kosten von gebrauchsfreundlicher Software
Dutzende verschiedene Systeme (keine eindeutigen
Standards)
Limitierte Verwendung durch verschiedene
Betriebssysteme
Vielzahl von akustischen Methoden (z.B. Buder 2000), aber
el he si d die „ este ?( z.B. Maryn et al. 2009)
© Ben Barsties
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10
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Anforderungen an das Messsystem
Hardware und Software
 Technische Anforderungen an das Mikropfon (Barsties 2012)
 Sofware: Samplerate (Abtastrate-Einstellung während der Aufnahame)
(Barsties & De Bodt 2015)
Aufnahmeverhältnisse:
 Umgebungsgeräusche (Barsties 2012)
 Phonationsweise des Patienten (Barsties & De Bodt 2015)
Welche Kosten sind zu erwarten?
© Ben Barsties
31
Hardware
• Mikrofon
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
(Barsties 2012)
Kondensatormikrofon
Nierencharakteristik
Frequenzumfang 20-20.000 Hz
flacher Frequenzkurvenverlauf von 2 dB
Äquivalenzschalldruckpegel unterhalb von 25 dB (A)
Max. Lautstärke von min. 126 dB mit 3% Klirrfaktor
Hohe Empfindlichkeit
• Digitalisierungsmedium
 Noch keine eindeutigen Standards bekannt
© Ben Barsties
32
Hardware
www.wikipedia.org
Quelle: AKG
© Ben Barsties
33
11
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Software
Deliyski et al. (2005)
Einstellungen der
Samplerate:
nicht unter 26 kHz
Beispiel mit 44,1 kHz (Standard)
Beispiel mit 22,05 kHz
Beispiel mit 8 kHz
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Software
Einstellungen der Tonhöheneinstellung (bei Stimmgesunden):
70 Hz - 250 Hz für Männer und 100 Hz – 300 Hz für Frauen
Vogel & Morgan (2009)
© Ben Barsties
35
Aufnahmeverhältnisse
• Umgebungsgeräusche
(Barsties 2012)
 Allgemein unterhalb von 50 dB (C)
 Signal-Noise-Ratio (SNR) zwischen
30-42 dB (A)
BSP: Bei 75 dB gemessener
Phonationslautstärke sollten die
Umgebungsgeräusche nicht lauter sein
als max. 45 dB(A) (besser bei 33 dB (A))
© Ben Barsties
36
12
11.01.2016
Aufnahmeverhältnisse
•
“N‘ Beispiel…
Min.30 dB (A)
= 35,01dB(A)
Optimal 42 dB (A)
© Ben Barsties
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Was ist der Preis?
1. Mikrofon
http://bartus.org
2. Degitalisierungsmedium
http://www.xhtml-css-code.com
http://www.eijndhoven.net
© Ben Barsties
38
Kosten-Model-Variante 1
Bügelmikrofon (mit XLR Anschluss)
ab 109€
http://bartus.org
+ (meistens) Adapter für mini-XLR>XLR
ab 64€
+ Mischpult
www.akg.de
ab 99 €
www.behringer.com
= ca. 272€
© Ben Barsties
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13
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Bügelmikrofon (mit XLR Anschluss)
ab 109€
http://bartus.org
+ Battery power supply
ab 58€
www.akg.de
+ XLR Kabel nach stereo mini-jack
ab 8€
www.thomann.de
+ externe Soundkarte
ab 55 €
www.soundblaster.com
= ca. 230€
© Ben Barsties
40
(Empfehlung der Vlaamse Vereniging voor Logopedisten [VVL])
www.vvl.be
AKG C544l
+ AKG MPA V L
+ Focusrite iTrack Solo
= ca. 289€ (for VVL-members: 251,75€)
© Ben Barsties
41
Kalibrierung
Kalibrierung der Intensität
 Nur entscheidend für Aussagen zur habituellen Intensität oder exakter Wiedergabe für SPL-Werte
 Sorgt ebenfalls für die
korrekte Einstellung zur
Sensitivität zwischen Stimmsignal, Hardware und
Software
 Anleitung zur Kalibrierung
siehe Winholz & Titze 1997
Winholtz & Titze 1997
© Ben Barsties
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14
11.01.2016
Multiparametrische Indizes
Kombination aus verschiedenen Parametern zu einem
gewichteten Model (auf statistischer Basis!)
 Höhere Zuverlässigkeit und Validität zu wissenschaftlich
kontrollierter Perzeptionsbeurteilung als Einzelparameter
(Schönweiler et al. 2000; Wuyts et al. 2000; Schönweiler et al. 2001;
Awan et al. 2006; Linder et al. 2008; Awan et al. 2009; Awan et al. 2010;
Godino-Llorente et al. 2010; Maryn et al. 2010a)
Quantifizierung des Schweregrads einer Dysphonie
Fokus auf 2 bewerte Methoden:
1. Acoustic Voice Quality Index (AVQI) seit 2010
2. Dysphonia Severity Index (DSI) seit 2000
© Ben Barsties
43
Auditiv-perzeptives Urteil
• Beurteiler Experiment mit 3 Audiobeispielen
(Barsties & Maryn 2012)
 Beurteilen Sie die fortlaufende Sprache & angehaltene Phonation
zusammen und mitteln Sie Ihr Resultat, sodass Sie zu einem ordinalen
Urteil gelangen. Beurteilen Sie nur das H von RBH:
0=normal, 1=leicht gestört, 2= mäßig gestört, 3= schwer gestört
Hmittelwert von 5 Beurteilern=
Hmittelwert von 5 Beurteilern =
Hmittelwert von 5 Beurteilern =
© Ben Barsties
44
Perzeptive Beurteilung: Einflussfaktoren
Category
Factors affecting reliability
Reference
Listener
Panel size
Internal factors (e.g. lapses in memory, attention, fatigue, and mistakes)
Bele (2005)
Kreiman et al. (1993), Gerratt et al.
(1993),
Kreiman et al. (1990), Kreiman et al.
(1992), Pfützer & Barry (2004),
Sofranko & Prosek (2012); Misono et al.
(2012)
professional background of the raters between e.g. otolaryngologists, speech- Sofranko & Prosek (2012), Pfützer &
Barry (2004)
language-pathologists, singing voice teacher or phonetic teacher
judgment experience of the raters
Stimulus
listener bias in the knowledge of medical diagnosis background of a voice
Eadie et al. (2011)
musical background of the raters
listener agreement/reliability improved after training of native listeners,
undergraduate speech-language-pathologists, or graduate speech-language
pathologists
Eadie et al. (2010)
restrict recognition memory in the auditory modality
Bigelow, & Poremba, 2014
Chan & Yiu (2002), Chan & Yiu (2006),
Chan et al. (2012), Iwarsson et al.
(2012), Eadie, & Baylor (2006)
more disagreement among slightly and moderate voice disorders than in normal Kreiman et al. (1993), Gerratt et al.
(1993), Kreiman & Gerratt (2000)
voices or extreme cases of voice quality
Gerratt et al. (1993), Chan & Yiu (2002),
uses or disuse of anchor voices (i.e., reference pattern)
Awan & Lawson (2009), Eadie &
Kapsner-Smith (2011)
drift in ratings caused by perceptual context (e.g. after hearing a number of slightly Kreiman et al. (1992)
severe pathological voices, the rating for a moderate severe pathological voice
become more severe through a shift of the internal standard from the listener)
Task
Wuyts et al. (1999)
visual analog- or ordinal-scale
© Ben Barsties
45
15
11.01.2016
Der Acoustic Voice Qualtiy Index (AVQI)
•
verbindet als erster
Index gehaltene
Phonation und
fortlaufende Sprache
für die allgemeine
Stimmqualität einer
Sprechstimme
= ecological validity
•
multiparametrisches
Konstrukt auf Basis
linearer
Regressionsstatistik mit
auditiv-perzeptiven
Durchschnittswerten
vom Grad der Heiserkeit
als Beurteilerkriterium
•
Freewareprodukt
•
Vollständig in Praat
© Ben Barsties
46
Entwicklung von AVQI
© Ben Barsties
47
© Ben Barsties
48
16
11.01.2016
© Ben Barsties
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Korrelation zwischen AVQI und H-RBH
Studien
Aufnahmesystem
Anzahl:
Stimmen
Anzahl:
Beurteiler
Intrarater (IaRR) – und
Interrater (IeRR) reliability
Maryn et al.
(2010a)
Kay Pentax CSL 4500 & AKGC420
250
5
außreichende IaRR & IeRR
(Kappa >0.40/0.41)
rs = 0.78
Maryn et al.
(2010b)
39
5
außreichend IeRR (ICC= 0.92/ICC=
0.698)
rs = 0.796
Spearman
Korrelation
Barsties & Maryn
(2012)
Voice Profiler 4.2 von
Alphatron
61
5
außreichende IeRR Kappa ≥ .
and ICC ≥ .7
rs = 0.79
Reynolds et al.
(2012)
H2 Zoom Corporation &
Røde electret mic
107
2
(Kappa > 0.41)
rs = 0.794
Maryn et al. (2014)
300
3
(ICC > 0.75)
rs = 0.826
Barsties & Maryn
(2015)
60
5
(Kappa > 0.41)
rs = 0.905
Maryn et al. (In
Press)
56
5
Tolerierbare IaRR &IeRR
(ICC=0.712 & ICC=0.743)
rs = 0.911
Kankare et al.
(2015)
Focusrite iTrack Solo,
AKG MPA & AKG C544l
50
5
außreichend IeRR
(Kappa > 0.41)
rs = 0.809
Uloza et al. (In
Submission)
External sound card MAudio, AKG Perception 220
185
5
(Kappa > 0.41)
rs = 0.852
Hosokawa et al. (In
Submission)
DA system of a linear PCM
recorder (H4n, Zoom), SE-50
Samson
336
5
außreichende IaRR (Kappa > 0.41)
& tolerierbare IeRR (Kappa =
0.37)
rs = 0.828
© Ben Barsties
50
Der wissenschaftliche Wert von AVQI
Meta-Analyse (Rosenfeld, 2004):
 Eine Form vom lite atu e e ie u systematisch Studien zu filter, zu
bewerten und zu kombinieren ,um Bias zu reduzieren
 Es ermöglicht die kombinierte statistische Erkennung und Bewertung der
relevanten Studien mit einer Effektstärke einzuschätzen
Meta-Analyse Programm version 5.3 (Ralf Schwarzer, Department of Psychology, Freie
wie beschrieben in Maryn et al.
(2009)
Universität Berlin, Germany) wurde verwendet,
Meta-Analyse
Outcome
AVQI vs. HMittelwert
Anzahl d.
Studien
N
10
1444
Weigthed mean r
(Effektstärke)
0.823
© Ben Barsties
Homogenität oder Heterogenität der
Effektstärke
Homogen (residual SD< 0.206)
51
17
11.01.2016
Klinische Implementierung von AVQI
•
Ursprünglich für die NL/BEL Population entwickelt:
 Seit September 2013, neue Gesundheitsreform in Belgien (Vlaanderen)
für Stimmpatienten
•
Momentan geltende klinische Richtlinien für AVQI 02.02:









Threshold in Niederländisch: < 2.95/2.91
Threshold in Deutsch: < 2.70
Threshold in Englisch: < 3.27
Threshold in Finnisch (vorläufig): < 2.35
Threshold in Englisch (pädiatrisch): < 3.46
Threshold in Französisch: < 3.07
Threshold in Litauisch: < 2.97
Threshold in Japanisch: < 3.15
Test-Retest: 0.54
© Ben Barsties
52
Wie kann ich AVQI verwenden?
Freeware Programm: Praat download (min. Version: 5.3.57):
http://www.fon.hum.uva.nl/praat/
Download Praat Skript (kostenlos):
http://www.vvl.be/documenten-en-paginas/praat-script-avqi-v0202
Implementieren des Praat-Skripts via:
 Praat > Open Praat s ipt > File > Add to d a i e u… >
In Command box: Namensgebung, z.B. Acoustic Voice Quality Index
> OK
© Ben Barsties
53
© Ben Barsties
54
18
11.01.2016
Kurzzusammenfassung der AVQI-Analyse
1. Praat öffnen und Aufnahme starten (New > record mono sound), beginnend mit
fortlaufender Sprache (Namensgebung: cs . Te t: Einst stritten sich Nordwind
und Sonne, er on ihnen beiden ohl der Stärkere äre‘
2. Aufnahme in Praat speichern: “a e to list
3. Namensänderung im Aufnahmefeld, z.B. aa
4. Aufnahme der angehaltenen Phonation für ca. 4-5 seconds (wenn möglich).
Beachten Sie, dass Stimmansatz und Absatz nicht auf der Aufnahme sind!
Ausnahme wenn die Phonation <3 Sek.
5. Aufnahme in Praat speichern: “a e to list a d lose
6. Erste Aufnahme öffnen (View & Edit) und wenn nötig Stille Momente oder
Rauschen etc. am Anfang und Ende des Textes löschen (markieren und STRG+X)
7. Öffnen Sie die Zweite Aufnahme und klicken Sie relativ nah am Anfang > Select >
Select > Addieren +3 und Ergebniss i e d of sele tio übernehmen> OK > File >
Extract selected sound (time from 0)
8. Das neue Praat file in Praat Objects, neuer Na e: sv
9. AVQI Button klicken und fertig!
© Ben Barsties
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Dysphonia Severity Index (DSI)
Maßstab für Stimmeffizienz durch sensibler Paramater für die
Bewertung einer Dysphonie
Messwerte zur Berechnung
 Setzt sich aus einer gewichteten Kombination folgender vier Messwerte
zusammen:
1.
2.
3.
4.
Maximaler Phonationszeit/Tonhaltedauer (MPT)
Höchster Ton (F0-hoch)
Niedrigste Lautstärke/Intensität (I-min)
Jitter%
Formel basiert auf Kay Pentax Produkten und ist nicht
allgemein kompartibel für andere Softwareprodukte, da es zu
größeren Abweichungen kommt (Aichinger et al. 2012)
© Ben Barsties
56
Dysphonia Severity Index (DSI)
Formel mit Kay Pentax (Wuyts et al. 2000):
 DSI = 0.13*MPT + 0.0053*F0-hoch – 0.26*I-min – 1.18*Jitter% + 12.4
Formel mit Praat:
 DSI2 = ((9.476 + (0.14*MPT) - (0.0329*I-min) + (0.0045*F0-hoch) (4.53*Jitter-ppq5))*1.17) - 9.96
Korrelation zwischen beiden Verfahren: r=0.86
Normwerte (Barsties 2012):
© Ben Barsties
57
19
11.01.2016
Wie kann ich den DSI verwenden?
Freeware Programm: Praat download:
http://www.fon.hum.uva.nl/praat/
Download Praat Skript (kostenlos):
http://www.vvl.be/documenten-en-paginas/praat-script-dsi-v0201
Implementieren des Praat Skripts via:
 Praat > Open Praat s ipt > File > Add to d a i e u… >
In Command box: Give a name, e.g. Dysphonia Severity Index
> OK
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58
Script: Youri Maryn, PhD
DYSPHONIA SEVERITY INDEX (DSI) IN PRAAT, v.02.01
Maximum phonation time: 24.00 s
DSI: 4.32
Softest intensity of voiced speech: 71.69 dB
-5 -4 -3 -2 -1 0
1
2
3
4
5
Maximum fundamental frequency: 591.64 Hz
Jitter ppq5: 0.21 %
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59
Kurzzusammenfassung der DSI-Analyse
1. Praat öffnen und neue Aufnahme (New > record mono sound)
a. Angehaltenen Phonation [a:] von 4-5 Sek. ohne Stimmansatz und
Stimmabsatz aufnehmen, Name z.B: AA; “a e to list
b. So leise [a:] wie möglich phonieren lassen, (wichtig Kalibrierung
ea hte , Na e: „il ; “a e to list
c. Ma i ale Pho atio szeit [a:] auf eh e ; “a e to list
d. “o ho h ie ögli h [a:], Na e: „fh ; “a e to list & close
2. AA Datei öffnen und 3 sec selektieren wie in Schritt 7 bei AVQI erklärt
a. Die neue Datei in Praat O je ts u e e e i „ppq
3. MPT bestimmen: Sek. Dauer der Stimmaufnahme über Oszilogramm
bestimmen
4. DSI Skript öffnen (falls nötig Kalibrierungsformel auswählen), Sek. Dauer
de MPT ei füge u d „OK aus ähle u d fe tig!
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60
20
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Habituelle Tonhöhe (Fo-hab)
Synonyme:
 mittlere-, modale Sprechstimmlage oder fundamentale Frequenz (Fo) sowie im engl.
der Beg iff „speaking fundamental frequency SFF/SFo)
Definition:
 Der Frequenzbereich in der Sprachmelodie, der während des Sprechens am meisten
vorkommt und somit die individuelle Tonhöhe auszeichnet
Indifferenzlage:
 statistisch definierter Normbereich der mittleren Sprechstimmlage:
 M: zwischen F/G und c (87/98–131 Hz); F: zwischen f/g und c1 (175/196–262 Hz)
Mehrere Methoden möglich:
 Text Lesen, Spontansprache, Vokale, Reihensprechen
Berechnungsform:
 Modus oder Median
Aufnahmedauer:
 ca. 60 Sek.
Barsties (2013)
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61
© Ben Barsties
62
Habituelle Intensität/Lautstärke (I-hab)
Synonyme:
 mittlere-, modale Sprechlautstärke, im engl. Sound Pressure Level (SPL)
Definition:
 Der Lautstärkenbereich in der Sprachmelodie, der während des
Sprechens am meisten vorkommt und somit die individuelle Lautstärke
auszeichnet
Indifferenzlage:
 statistisch definierter Normbereich der I-hab:
 M/F: 65-75 dB (wobei von dB(C) ausgegangen wird) bei einen
(kalibrierten) Abstand von 30 cm
Mehrere Methoden möglich:
 Text Lesen, Spontansprache, Vokale, Reihensprechen
Nawka & Wirth (2008)
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21
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© Ben Barsties
64
Allgemeine Tipps und Spielregeln
Nie das Gehör ausschalten, sondern immer die
Repräsentativität überprüfen!!!
Lautstärke und Tonhöhe: HABITUELL!!! (wenn nicht anders gefordert)
Während der Aufzeichnung: frei beweglicher Pegel im grünen
Be ei h oh e „Clippi g
Umgebungslärm beachten (siehe z.B. Barsties, 2012)
Kein Stimmansatz oder Stimmabsatz in der Aufzeichnung bei
gehaltener Phonation für Stimmqualitätsanalysen (z.B. AVQI,
DSI)
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Breit- und Schmalbandspektrographie
Behrman (2007)
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66
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Breit- und Schmallbandspektrographie
Behrman (2007)
© Ben Barsties
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Quiz: glottale Stimmklangbeschreibung
Barsties et al. (In Press)
© Ben Barsties
68
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69
23
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70
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71
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72
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© Ben Barsties
73
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74
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75
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Stimmtypenklassifizierung nach Sprecher et al. (2010)
© Ben Barsties
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Stimmtypklassifizierung nach Sprecher et al. (2010)
•
•
•
•
•
•
Software: Praat
Einstellungen: window length= 0.05s, time step=0.002s, frequency step= 5 Hz, dynamic range=
40 dB, Hamming window
Type 1: Dieser Typ ist periodisch ohne größere Veränderungen oder Subharmonische. Es zeigen
sich viele klar definierte Harmonische, bei der die Anzahl oder der Abstand der Harmonischen
variieren kann. Die Harmonischen-Strukturen sind nahezu gerade. Eine geringe Menge von
Rauschen zwischen den Harmonischen ist erlaubt, sofern ihre Deutlichkeit sich in reduzierter
Form im Vergleich zu der Energie/Intensität der Harmonischen deutlich abgrenzt.
Type 2: Dieser Typ beinhaltet stärkere Veränderungen, Bifurkation (wellenförmig, ungerade
Bewegungsstruktur der Harmonischen mit vorübergehenden Perioden von Chaos/Turbulenz),
oder Subharmonische bei dem jedoch das Signal im Großen und Ganzen periodischer Art ist.
Ebenfalls weißt dieser Spektrogrammtyp viele Harmonische auf und das Inter-HarmonischeRauschen formt deutlich definierte Subharmonische mit vergleichbarer Energie/Intensität wie die
Grundfrequenz. Diese Subharmonischen treten oftmals mit Unterbrechungen auf.
Type 3: Dieser Typ definiert sich durch chaotische Signale mit begrenzter Dimension, bei der die
“ig ale ei „Ve s h ie e de E e gie z is he de Ha o is he auf eist. Die
Grundtonfrequenz und mindestens 1 bis 2 Harmonische sind aber noch deutlich zu definieren.
Höhere Frequenzstrukturen sind verschleiert mit verstreuter Energie. Die Bandstruktur ist
limitiert und die Energie ist konzentriert auf die niedrigen Frequenzen (meistens bis 1500 Hz).
Type 4: Dieser Typ kann noch eine Grundfrequenz aufweisen, obwohl die meisten
Spektrogramme dieser Art keine haben (Aphonie). Im Vergleich zu Type 3 beinhaltet Type 4 einen
g öße e U fa g o „Ve s h ie u g de E e gie o F e ue ze , e glei h a ie ei
weißen Rauschen im Breitband.
© Ben Barsties
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26
11.01.2016
Stimmtypenklassifizierung nach Sprecher et al. (2010)
spektrographischen
Stimmtypenklassifizierung
H von RBH
rs 2
rs
unerfahrener Beurteiler
0,705
0,50
erfahrener Beurteiler
0,688
0,47
Mittelwert der 2 Beurteiler
0,746
0,56
spektrographischen
R von RBH
rs 2
rs
0,375
0,14
0,296
0,09
0,370
0,14
spektrographischen
B von RBH
rs 2
rs
0,683
0,47
0,721
0,52
0,741
0,55
Alle Korrelationswerte sind hoch
signifikant (p < 0,01), bei n= 300
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Realtime Biofeedback für MAC – Freeware
http://www.unc.edu/~rhwiley/wildspectra/
http://www.arizona-software.ch/audioxplorer/
© Ben Barsties
80
Realtime Biofeedback für Win – Freeware
https://www.phon.ucl.ac.uk/resource/sfs/rtgram/
© Ben Barsties
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27
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Realtime Biofeedback für MAC/Win - Shareware
https://www.estillvoice.com/products/
© Ben Barsties
82
Stimmfeld/Voice Range Profile
vom dynamischen Umfang der
relatiert an der Funktion des Grundtons
Ein Stimmfeld ist die graphische Wiedergabe
Stimme,
Pabon (1991)
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83
Manuell vs. automatisch
Manuelle Stmmfeld sind meist kleiner als
die Computerunterstützenden Verfahren
Schutte (1986)
Computerunterstützde Stimmfelder
z.B. der Voice Profiler von Alphatron
oder hier an der HS Fresenius:
Lingwaves von Wevosys
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84
28
11.01.2016
Einflussfaktoren: interne Faktoren
Persönlichkeit
Übung
Motvation bei
der
Testabnahme
Laryngeale
Konstitution
Alter
Geschlecht
Medikation
Stimmpathologie
Proband/Patient
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85
Einflussfaktoren: externe Faktoren
Coleman (1993)
Testmaterial
Wahl der Vokale
Dauer der
angehaltenen
Phonation
Stimmqualitätsfaktoren
Aufwärmen der
Stimme vor
Testabnahme
Tageszeitpunkt
Instrumentent & Umgebung
Akustik des
Untersuchungsraums
Abstand des
Mikrofons
Abbrechkriterien
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Parameter des Stimmfeldes
Lautstärke/Intensität, dB
Tonhöhe/Frequenz, Hz
Form & Oberfläche
© Ben Barsties
87
29
11.01.2016
Register im Stimmfeld
Modalregister/Bruststimme
Glottal Fry/Pulsationsregister
Pfeifregister
Falsetregister/Kopfstimme
© Ben Barsties
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Norm-Stimmfelder 1
Heylen (1997)
Frauen
und
Männer
© Ben Barsties
89
Norm-Stimmfelder 2
Mädchen
und
Jungen
Heylen (1997)
© Ben Barsties
90
30
11.01.2016
Pathologische Stimmfelder 1
Mittelgroßes Stimmfeld:
 Geringer melodischer
Umfang
 Dynamischer Umfang
akzeptabel
Schutte (1986)
Schutte (1986)
Kleines Stimmfeld:
 Geringer melodischer
Umfang
 Geringer dynamischer
Umfang
© Ben Barsties
91
Pathologische Stimmfelder 2
Schutte (1986)
Dyscongruentes Stimmfeld:
 Schmal, aufsteigendes Stimmfeld
 Einschränkungen in der Lautstärke bei hohen+leisen Tönen
und lauten+tiefen Tönen
 Großer melodischer Umfang
© Ben Barsties
92
Normwerte nach ELS
Friedrich & Dejonckere (2005)
© Ben Barsties
93
31
11.01.2016
© Ben Barsties
94
Abnahme: Stimmfeld
Bewährtes klinische Verfahren auf [a:]:
1.
Habituelle Stimme [Gewöhnung an die Visualisierung;
Biofeedback]
2.
So tief wie möglich phonieren (gleitend, z.B. Seufzen)
3.
So leise wie möglich (rundum der MSSL)
4.
Unterste Kontur (so leise wie möglich Gleitton steigend in
Tonhöhe bis Maximum)
5.
Tiefe+laute Töne (Maximum), aber nur im Modalregister
6.
Gleitton mit maximaler Leistung (laut+hoch steigend)
7.
Gedachte oberste Kontur grob vervollständigen
 Einzelne Frequenzen vorgeben, wenn nötig um die Kontur zu
vervollständigen
© Ben Barsties
95
Aussagekraft: Stimmfeld
Informiert über(Airainer & Klingholz 1991; Riedmüller et al. 2010):
 Stimmfunktion (Leistungsmerkmale)
 Möglichkeit für eine Bestätigung einer Stimmstörung, durch z.B.
sensible Parameter wie F0-hoch und I-min
 Stimmstatus
 Objektive intra-individuelle Vergleiche zum Stimmstatus durch
einer Test-Retest Situation
Erweiterung auf Sprechstimmfeld (Speech-Range-Profile)
und Rufstimme
© Ben Barsties
96
32
11.01.2016
AERODYNAMIK
Bedeutsamkeit für laryngeale Effizienz (Bless, 1991)
Luftstrom
Luftdruck
Luftvolumen
Veränderungen in diesen Parametern können die Funktion der
Stimmlippenschwingung beeinflussen
© Ben Barsties
97
Max. Tonhaltedauer/Phonationszeit
Prozedur
 Auf dem Vokal [a:] so lange wie möglich phonieren
 Mind. 2x wiederholen
 Messung mit einer Stoppuhr oder via akustischer Aufnahme
(z.B. Oszillogramm) die Länge in Sek. messen
 MPT-Wert = max. Wert oder Durchschnittswert aus der
Messreihe
 Normwerte (nach ELS):
© Ben Barsties
98
Während der Messung berücksichtigen




Phonation auf MSST und MSL
Mit Glottisschlag beginnen
Atemtypus irrelevant
Motivieren um so lang wie möglich zu phonieren (verbal oder
non-verbal)
© Ben Barsties
99
33
11.01.2016
© Ben Barsties
100
Phonationsquotient (PQ)
Prozedur
 Vital Kapazität (VK) messen in ml oder L
 Abnahme der VK z.B. mit einem Spirometer
 Max. Tonhaltedauer als 2. Parameter
 PQ = VC(ml oder l) / MPT(Sek.)
Schneider & Biegenzahn (2007)
Normwert (nach ELS):
© Ben Barsties
101
SELBSTEVALUATION
Selbstbewertung der Stimme durch den Patienten anhand
von standardisierten Fragebögen
Voice Handicap Index (VHI) überprüft den Einfluss der
Stimmstörung auf das alltägliche Leben und gilt als
psychosoziales Evaluationsmittel (Jacobson et al. 1997):
 VHI-30 (sowie VHI-12,VHI-10, etc.) ist Gradmesser einer Dysphonie
 singingVHI [sVHI] (nach Cohen et al. 2007 und Morsomme et al. 2007) ist
Gradmesser für eine Dysodie
 pediatricVHI [pVHI] (nach Zur et al. 2007) ist Gradmesser für eine
pädiatrische Dysphonie
 ebenso für Transgender Stimmen und NEU für Stimmermüdung
© Ben Barsties
102
34
11.01.2016
Voice Handicap Index-30
30 Fragen-/Problemstellungen, die der Patient bewertet
Unterteilung in 3 Subskalen
 P= Ph sis h z.B. „De Kla g ei e “ti
e ä de t si h i Laufe des
Tages.
 F= Fu ktio ell z.B. „I h e utze das Telefo selte e als i h ö hte.
 E= E otio al z.B. „Mei “ti
p o le ä ge t i h.
5 Punkte-Skala:
(0=nie, 1=fast nie, 2=manchmal, 3=fast immer, 4=immer),
Pro Themenkategorie können max. 40 Punkte angegeben
werden
Der Gesamtwert (VHI-T) beträgt max. 120 Punkte
© Ben Barsties
103
VHI Normierung
Gesundheitsbezogene Lebensqualität (Außenkriterium gemessen mit SF-36
Health Survey) in Abgrenzung von stimmgesunden Personen
VHI-T Werte
Grad
0-11
Sicher unauffällig
12-28
Eher unauffällig
29-56
Eher auffällig
57-120
Sicher auffällig
Gräßel et al. (2008)
Barsties (2012)
© Ben Barsties
104
Digital VHI
Gratis verfügbar: in 20 Sprachen, die wissenschaftlich evaluiert wurden!
PLUS 2 Sprachen: Serbisch und Japanisch folgen in kürze
http://homepage.univie.ac.at/christian.herbst//DigitalVHI/index.php?lang=EN
&page=home
© Ben Barsties
105
35
11.01.2016
Singing Voice Handicap Index
Autor
Publikationsjahr
Sprache
Stichprobe
Testgruppe
Population
Skala
Subskalen
Totalwert
Morsomme et al.
2007
Französisch
192 Sänger:
54 mit Stimm-störungen,
138
ohne
Stimmstörungen
27 nicht-Sänger
ohne
Stimmstörungen
Klassik
Gesang
5-Punkte
Likertskala
3
0-120
VHI
adapted to
Swedisch singers
(RHI-s)
Lamarche et al.
2010
Schwedisch
96
Sänger
Stimmstörungen
ohne
30 Sänger mit
Stimmstörungen
Diverse
Gesangsstile
5-Punkte
Likertskala
3
0-120
VHI aangepast aan
de zangstem
D haeselee et al.
2011
Niederländisch
85
Sänger
Stimmstörungen
ohne
5 Sänger
mit
Stimmstörungen
Klassik
Gesang
5-Punkte
Likertskala
3
0-120
VHI angepasst an
die Gesangstimme
Barsties et al.
2015
Deutsch
20
Sänger
Stimmstörung
mit
93 Sänger ohne
Stimmstörungen
Diverse
Gesangsstile
5-Punkte
Likertskala
3
0-120
SVHI
Cohen et al.
2007
Englisch
2009
Englisch
Diverse
Gesangsstile
Diverse
Gesangsstile
5-Punkte
Likertskala
5-Punkte
Likertskala
0-100
Cohen et al.
129 Sänger ohne
Stimmstörungen
99 Sänger ohne
Stimmstörungen
0
SVHI-10
112
Sänger
mit
Stimmstörungen
1. Gruppe: 297 Sänger
mit Stimmstörungen
2. Gruppe: 91 Sänger mit
Stimmstörungen
0
0-100
SVHI
Garcia-López et al.
2010
Spanisch
2013
Deutsch
2014
Italienisch
5-Punkte
Likertskala
5-Punkte
Likertskala
5-Punkte
Likertskala
0-100
Baracca et al.
Klassik
Gesang
Diverse
Gesangsstile
Diverse
Gesangsstile
0
SVHI
81 Sänger ohne
Stimmstörungen
130 Sänger ohne
Stimmstörungen
97 Sänger mit
Stimmstörungen
0-100
Lorenz et al.
29
Sänger
Stimmstörungen
54
Sänger
Stimmstörungen
117
Sänger
Stimmstörung
0
SVHI
0
0-100
VHI adapté
chanteurs
aux
Kontrollgruppe
mit
mit
ohne
© Ben Barsties
106
Pediatric Voice Handicap Index
Autor
Publikationsjahr
Sprache
Skala
Testgruppe
Kontrollgruppe
Subskalen
Totalwert
Zur et al.
2006
Englisch
33 Eltern von Kindern mit subglottaler
Stenosis und zw. 4-21 Jahre waren
Stichprobe
45 Eltern von Kindern ohne Dysphonie,
wovon 21J & 24M und zw. 3-12 Jahre waren
5Punkte
3
0-92
Bylund &
Eriksson
2010(Masterthesis)
Schwedisch
13 Eltern von Kindern mit Dysphonie, die
zw. 3-11 Jahre waren
29 Eltern von Kindern ohne Dysphonie, die
zw. 3-11 Jahre waren
5Punkte
3
0-92
Ceuppens
2011
Niederländisch
36 Eltern von Kindern mit Dysphonie,
wovon 20J & 16M, zw. 5-12 Jahre waren
wovon 39J & 44M, die zw. 5-12 Jahre waren
5Punkte
3
0-92
Schindler
et al.
2011
Italienisch
5Punkte
3
0-92
Shoeib et
al.
2012
Arabisch
5Punkte
3
0-92
Park et al.
2013
0-92
Hebräisch
3
0-92
Sanz et al.
2015
Spanisch
3
0-92
Devadas et
al.
2015
Malayalam
5Punkte
5Punkte
5Punkte
5Punkte
5Punkte
3
2015
83 Eltern von Kindern ohne Dysphonie, die
<14 Jahre waren
44 Eltern von Kindern mit Dysphonie, wovon
26J & 18M, die zw.4-12 Jahre waren
79 Eltern von Kindern mit Dysphonie, wovon
50J & 29M, die zw. 4-12 Jahre waren
0-92
2015
58 Eltern von Kindern mit Dysphonie, die
<14 Jahre waren
3
Özkan et
al.
Amir et al.
Koreanisch
Türkisch
3
0-92
© Ben Barsties
107
Voice Fatigue Handicap Questionnaire
Paolillo &Pantaleo (2015)
© Ben Barsties
108
36
11.01.2016
Vocal Fatigue Index
Nanjundeswaran et al. (2015)
© Ben Barsties
109
Vocal Fatigue Index (deutsch)
Auner M. (2015), Masterstudiengang Sprachtherapie, Ludwig-Maximilian- Universität München
© Ben Barsties
110
Transsexual Voice Questionnaire for male-to-female
Dacakis et al. (2013)
© Ben Barsties
111
37
11.01.2016
Transsexual Voice Questionnaire for male-to-female
© Ben Barsties
112
Kontakt
Ben Barsties:
ben.barsties@t-online.de
© Ben Barsties
113
38

Der Acoustic Voice Quality Index:

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