Understanding human voice disorders

Erkrankungen des menschlichen Stimmapparates stellen weitreichende Einschnitte in die Lebensqualität der betroffenen Personen dar. Als menschliches Organ der Stimmerzeugung sind die Stimmlippen von besonderem Interesse bei der Erforschung dieser Erkrankungen. Der technische Fortschritt der letzten Jahre und Jahrzehnte macht es möglich, diese Erkrankungen mit Hilfe von Computermodellen systematisch zu untersuchen. In der vorliegenden Masterarbeit werden vier verschiedene mögliche funktionell-basierte Krankheitsbilder analysiert. Dies sind: (i) vier verschiedene Varianten der initialen Glottisöffnung, (ii) symmetrische und asymmetrische Stimmlippenbewegungen gleicher Frequenz, (iii) Stimmlippenbewegungen mit ungleichen Frequenzen der beiden Stimmlippen (periodisch oder aperiodisch) und (iv) drei verschiedene subglottale Drücke. Durch Kombination dieser Krankheitsparameter werden 48 Modellkonfigurationen gebildet, für welche ein hybrides aeroakustisches Simulationsmodell verwendet wird, um den resultierenden Schalldruck zu berechnen. Der hybride aeroakustische Ansatz besteht aus einer inkompressiblen Strömungssimulation, aus welcher der Quellterm für die akustische Simulation berechnet wird. Für die Vorverarbeitung der aeroakustischen Quellterme wurde ein Filteralgorithmus entwickelt, der es erlaubt, physikalisch unplausible impulshafte Strukturen im Quelltermsignal zu dämpfen. Anhand der resultierenden akustischen Signale am Mikrofonpunkt sowie der global gemittelten Quelltermsignale werden Features aus der Sprachsignalverarbeitung ausgewertet (Harmonics-to-Noise-Ratio, Cepstral Peak Prominence, Hammarberg Index, Alpha Ratio und Spectral Slope). Es wird eine umfassende Ursache-Wirkungs-Analyse durchgeführt, bei der als Ursache die Parameter der Simulationskonfiguration und als Auswirkungen die verschiedenen bewerteten Features interpretiert werden. Die Ergebnisse zeigen sowohl allgemeine Trends als auch spezifische Abweichungen davon. Eine zukünftige Erweiterung des vorliegenden Modells auf organisch-bedingte Stimmstörungen verspricht eine verbesserte Anwendbarkeit des Modells im klinischen Bereich.