Elektroglottografia (EGG) äänen laadun tutkimuksessa funktionaalisesti terveäänisillä puhujilla - Vertaileva tutkimus EGG:n sekä akustisen, perkeptuaalisen ja laryngoskopiatutkimuksen välillä lastentarhanopettajilla

Abstract

Äänen kuormittuminen sekä kuormittumisen syyt ja seuraukset ovat askarruttaneet tutkijoita ympäri maailmaa usean vuosikymmenen ajan. Runsaasti ääniongelmia raportoineet opettajat ovat olleet äänen kuormitustutkimuksen keskiössä. Opettajaryhmistä lastentarhanopettajat ovat jääneet vähemmälle huomiolle. Tässä väitöstyössä selvitettiin noninvasiivisen elektroglottografia (EGG) -menetelmän soveltuvuutta työperäisen äänenkuormituksen arviointiin lastentarhanopettajilla. Tutkimuksessa verrattiin EGG:n erilaisia parametrointitapoja äänen laadun kuuloarviointiin, laryngoskopia-tutkimuksen tuloksiin sekä subjektiiviseen arviointiin. Tutkimussarja koostuu neljästä osatutkimuksesta, joista ensimmäinen keskittyi vertailemaan lastentarhanopettajien äänenkäyttökyselyn ja foniatrin suorittaman laryngoskopia-tutkimuksen tuloksia. Toisessa osatutkimuksessa pyrittiin tuottamaan EGG:stä lasketulle kontaktiosamäärälle (CQ = äänihuulten suhteellinen kontaktiaika laskettuna koko äänihuuliperiodista) viitearvot vuotoisesti (löyhä äänihuulisulku), tavallisesti ja puristeisesti (tiukka äänihuulisulku) tuotetulla äännöllä. Kolmannessa ja neljännessä osatutkimuksessa selviteltiin lastentarhanopettajien äänentuoton taloudellisuutta ja erilaisten EGG-muuttujien käytettävyyttä äänen laadun arviointiin. Tutkimuksen osallistujina oli 93−119 naispuolista lastentarhanopettajaa (osatutkimukset I, III ja IV, ikä KA 43 vuotta, moodi 42) ja 30 naispuolista yliopiston työntekijää ja opiskelijaa (osatutkimus II, ikä KA 33 vuotta, moodi 24). Lastentarhanopettajat arvioivat äänentuottoaan ja siihen liittyviä tekijöitä kahdella kyselylomakkeella (äänenkäyttökysely opetushenkilöstölle [osatutkimus I, III] sekä Voice Activity and Participation Profile (VAPP) -kysely [osatutkimus IV]). Asiantuntijakuuntelijat arvioivat ääninäytteistä äänen laatua bi-polaarisella visuaalis-analogisella asteikolla (VAS). EGG-signaali ja akustinen äänisignaali tallennettiin pitkästä, erillisesti äännetystä [a:]-vokaalista ja luentanäytteistä. Lastentarhanopettajille tehtiin foniatrin laryngoskopia-tutkimus ja ääninäytteiden tallennus kenttätutkimuksena päiväkodeissa. Osatutkimuksen II näytteet tallennettiin äänieristetyssä äänitystilassa Tampereen yliopistossa. Näytteistä analysoitiin eri voimakkuuksilla tai äänentuottotavoilla tuotetut [a:]-vokaalit sekä IV tutkimuksessa sanan sisäinen pitkä vokaali sanasta [ka:k:o]. EGG-signaalista laskettiin kontaktiosamäärä kolmella kynnystasolla (osatutkimus II ja IV), derivaattamenetelmällä ja hybridimenetelmällä (osatutkimus IV) sekä osatutkimuksessa IV äänihuulikontaktin maksimaalista kasvunopeutta kuvaava MDEGG. Akustisesta signaalista analysoitiin perustaajuus (F0) ja äänenpainetaso (SPL). Osatutkimuksessa III käytettiin äänen taloudellisuusmuuttujaa Quasi-Output-Cost-Ratio (QOCR) lastentarhanopettajien äänentuoton arvioimiseen. Tutkimuksen tulosten mukaan 71,5 % lastentarhanopettajista koki toistuvaa äänen ylikuormitusta, 56,3 % raportoi äänen käheytymistä ilman infektiosairautta, ja 10,9 %:lla todettiin selkeä orgaaninen muutos äänihuulissa. Runsaista äänioireista huolimatta 86 % lastentarhanopettajista koki äänensä palautuvan kuormituksen jälkeen seuraavaan päivään mennessä. Taustamelua pidettiin työympäristössä pahiten ääntä kuormittavana tekijänä. Subjektiivinen äänenarviointi ei korreloinut laryngoskopia-tutkimuksen tulosten kanssa (osatutkimus I). Tässä tutkimuksessa saatujen tulosten mukaan elektroglottogrammista 25 %:n ja 35 %:n kynnystasoilla lasketut CQ-arvot korreloivat parhaiten äänestä tehdyn kuuloarvion kanssa. 25 %:n kynnystasolla laskettu CQ näytti reagoivan ainoastaan äänen laatuun, ei F0:aan eikä SPL:ään (osatutkimus II). CQ25%:n avulla laskettu äänentuoton taloudellisuusluku (QOCR) korreloi äänenlaadun kuuloarvion kanssa, mutta ei subjektiivisten oireiden kanssa (osatutkimus III). MDEGG korreloi kuullun laadun kanssa paremmin kuin CQ. Toisaalta koska MDEGG ei myöskään korreloinut negatiivisesti F0:n kanssa toisin kuin CQ, kannattaa MDEGG:ä jatkossa tutkia tarkemmin äänihuulten törmäyspaineen ja kuormituksen ilmaisijana. Kuultu laatu ja MDEGG eivät kuitenkaan korreloineet osallistujien subjektiivisen arvion kanssa eivätkä laryngoskopiatulosten kanssa (osatutkimus IV), mikä viittaa siihen, että äänen kuormittumisessa äänenlaatua keskeisempiä ovat muut tekijät (F0, SLP, äänessäoloaika, lepotaukojen pituus, toipumismekanismien tehokkuus). Jatkossa kaivataan myös EGG-analyysia pitemmistä jatkuvan puheen näytteistä, jotka mahdollisesti kuvaavat henkilön tavanomaista äänentuottotapaa paremmin kuin lyhyet vokaalinäytteet.

Vocal loading and its causes, reasons and consequences have been puzzled researchers all over the world for several decades. Teachers who have reported considerable voice problems have been at the centre of the vocal loading research. However, from the teaching profession kindergarten teachers’ voices have received less attention over the years. The present dissertation examined the suitability of noninvasive electroglottography (EGG), for estimating work related vocal loading in kindergarten teachers. Different EGG parameterizations were compared with the results of perceived voice quality, laryngoscopic examination and subjective estimation of the voice. The dissertation includes four separate studies, the first of which focused on comparing the results of a survey of kindergarten teachers’ voices, and the results of laryngoscopic examination made by a phoniatrician. The purpose of the second study was to find normative values for the contact quotient (CQ = the ratio of the duration of vocal fold contact of the total vibratory cycle) calculated from EGG in breathy (hypoadducted vocal folds), normal and pressed (hyperadducted vocal folds) voice quality. In the third and fourth studies the economy of voice production and the suitability of different EGG-parameters for estimating voice quality were examined. The participants in the studies were 93−119 female kindergarten teachers (Studies I, III and IV, average age 43 years, mode 42) and 30 female workers and students of a university (Study II, average age 33 years, mode 24). The kindergarten teachers made a self-assessment of their voices and the factors related to the voice with two questionnaires (voice survey for teachers [Studies I, III] and the Voice Activity and Participation Profile questionnaire [Study IV]). Expert listeners estimated voice quality from the voice samples with a bipolar visual analogue scale (VAS). EGG signal and acoustic signal were recorded from [a:] vowels and reading samples. The laryngoscopic examination and the recordings of the kindergarten teachers were made in day care centres. The voice samples in the second study were recorded in a sound-proofed studio at the University of Tampere. From the voice samples [a:] vowel in different sound pressure levels and in different phonation types and in the fourth study a long vowel from one stressed word [ka:k:o] were analysed. CQ was calculated at three threshold levels (Studies II and IV), derivative and hybrid methods (Study IV) and in the fourth study maximum velocity of increase in contact area, MDEGG, was examined. Fundamental frequency (F0) and sound pressure level (SPL) were analysed from the acoustic signal. In the third study the voice economy parameter Quasi-Output-Cost-Ratio was used to estimate the economy of voice production in kindergarten teachers. According to the results 71.5% of the kindergarten teachers experienced frequent strain on the voice, 56.3% reported hoarseness without infection and clear organic findings were observed in 10.9% of the cases. Although the kindergarten teachers reported heavy voice symptoms, 86% of them reported that when their voice got tired during the working day they recovered well by the following day. Noise in the working environment was considered to be the most detrimental factor for the voice. Subjective voice evaluation did not correlate with the results of the laryngoscopic examination (Study I). According to the results CQ values calculated at the 25% and 35% threshold levels correlated best with the perceived evaluation of the voice quality. CQ values calculated at the threshold level 25% seemed to react only for the voice quality, but not to F0 or to SPL (Study II). The economy parameter QOCR calculated with CQ25% correlated with perceived voice quality but not with the results of subjective evaluation of voice symptoms (Study III). MDEGG correlated better with perceived voice quality than CQ (Study IV). MDEGG, unlike CQ, did not have a negative correlation with F0, which supports the idea of testing MDEGG more as a non-invasive tool for an indicator of impact stress and vocal loading. Perceived voice quality and MDEGG did not correlate with subjective evaluation or laryngoscopic results (Study IV), which indicates that factors other than voice quality are more important in vocal loading (F0, SPL, speaking time during day, length of vocal rest, the individual effectiveness of tissue healing processes). Further EGG studies are needed to investigate longer connected speech samples which may reveal the subjects’ most frequently used voice quality better than short vowel samples.