10.3.3.1(2). Inleiding

Het gebruik van de stem door de mens kent een grote diversiteit. Men kan ‘rustig’ spreken (met elkaar), maar zich ook boos maken en op ‘hoge toon’ spreken. Bij het zingen en toneelspelen worden alle akoestische en artistieke mogelijkheden van de stem aangesproken. De kwaliteit van de stem kan daarentegen ook te wensen overlaten als gevolg van een verkeerd gebruik of van een aandoening. Men spreekt in deze laatste gevallen van (meer of minder omvangrijke) ‘stemstoornissen’.

De kwaliteit van de stem kan op verschillende wijzen onderzocht worden. Bij stemklachten heeft het onderzoek tot doel een diagnose te stellen en mogelijkheden voor operatie, behandeling en revalidatie aan te geven. Dergelijk onderzoek vindt plaats in een medisch kader onder verantwoordelijkheid van een KNO-arts-foniater. Onderzoek van de kwaliteit van de stem wordt ook toegepast om (de ontwikkeling van) het gebruik van de stem door zangers en sprekers te begeleiden.

Hierna wordt een aantal objectieve meetmethoden besproken waarmee de kwaliteit van de stem en het gebruik van de stem kunnen worden beoordeeld. Het gaat daarbij om meetmethoden die in het verlengde liggen van hetgeen besproken is in de voorafgaande hoofdstukken. Het eerste doel is het bespreken van de registratie van de akoestische eigenschappen van de stem en de fysische principes die aan deze methoden ten grondslag liggen. Het medische en therapeutische kader waarin de te bespreken methoden worden toegepast wordt slechts beperkt aan de orde gesteld, omdat dit het terrein van de foniatrie betreft.

De hier te bespreken meetmethoden richten zich met name op de wijze waarop de stembanden worden geopend en weer gesloten en op het bereik van de stem, zowel in hoogte (frequentie van het basisgeluid) als in sterkte. In Hfdst.10.1.2(2) werd besproken hoe het openen en sluiten van de stembanden bepalend is voor de vorm van het basisgeluid en dus voor de spectrale samenstelling van het stemgeluid (het timbre). De meting van het bereik van de stem is van belang om vast te stellen in welke mate het stemgebruik functioneel is.

De volgende meetmethoden worden besproken:

1. Elektroglottografie (EGG)
2. Fonetografie
3. Stroboscopie
4. High Speed Video
5. Kymografie

10.3.3.2(2). De verschillende meetmethoden

1. Elektroglottografie
Elektroglottografie (EGG) is een methode om de wijze van sluiting van de stembanden te meten. Daartoe worden aan weerszijden van het strottenhoofd elektroden geplaatst. Over de elektroden staat een elektrische spanning. De stroomsterkte tussen de elektroden neemt een heel klein beetje toe wanneer de stembanden elkaar raken en kan dus gebruikt worden als maat voor de glottisopening. Het periodieke signaal (het EGG) kan zichtbaar gemaakt worden op een schermpje. Het verband tussen stroomsterkte en glottisopening is te zien in Fig.1.

Fig.2 toont van het woord ‘stahoogte’ zowel het EGG (A) als het microfoonsignaal (B). Duidelijk is de afwezigheid van een signaal (onderbreking van de glottistrillingen) bij de stemloze klanken. De toppen in de EGG registratie komen overeen met de momenten waarop de stembanden elkaar raken . Elektroglottografie wordt ondermeer gebruikt om te controleren of de stembanden goed sluiten. Wanneer dit, om welke reden dan ook, niet het geval is ontstaat ‘valse lucht’ en klinkt de stem hees. Een ander gevolg van het niet goed sluiten van de stembanden is het minder helder gaan klinken van de stem (minder hogere harmonischen in het geluid).

Fig.3 laat van een gezongen toon – gedurende hetzelfde tijdsinterval – zowel het EGG (bovenste gedeelte van de figuur) als het oscillogram met de gedempte stembandtrilling zien (onderste gedeelte van de figuur).

Een langzame sluiting van de stembanden tijdens een periode leidt tot een afname van de sterkte van de hogere harmonischen in het stemgeluid. Het spectrum van de gedempte trilling in het basisgeluid (het onderste deel van Fig.3) laat dan een duidelijke helling zien, zoals geïllustreerd in Fig.4 (zelfde figuur als in Hfdst.10.1.2(2). Men kan hier spreken van een hypofunctioneel stemgebruik. Daarentegen, wanneer de stembanden snel of te snel gesloten worden zijn de hogere harmonische sterker aanwezig en is het spectrum vlakker. Het stemgebruik is dan hyperfunctioneel.

2. Fonetografie
Met fonetografie, resulterend in een ‘fonetogram’, wordt het maximale bereik van de stem, zowel in toonhoogte (frequentie) als in omvang (intensiteit), in kaart gebracht. Een individueel fonetogram wordt verkregen door in een onderzoekkamer de cliënt aangeboden tonen van een aantal frequenties zo zacht mogelijk en vervolgens zo luid mogelijk te laten nazingen. De microfoon waarmee de stem wordt opgenomen staat op 30 cm afstand van de mondopening. De gemeten frequenties en geluidsterktes worden uitgezet in een grafiek als Fig.5. . Het resultaat is een lus, het ‘fonetogram’. Normaal bedraagt de stemomvang 2 à 3 octaven en is het dynamisch bereik in het middengebied 30 à 40 dB. De meetnauwkeurigheid bedraagt ongeveer 2 dB.

Fig.6 geeft een voorbeeld van een afwijkend fonetogram. Het dynamisch bereik van de stem is over het hele

gebied van de middenfrequenties veel beperkter dan voor de normaal functionerende stem zoals in Fig.5. De betreffende cliënt zal daarom bijvoorbeeld moeite hebben gedurende langere tijd in een rumoerig klaslokaal les te geven. Een hogere spreektoonhoogte geeft weliswaar meer dynamische mogelijkheden, maar het gebruik ervan is onnatuurlijk.

In Fig.7 is een fonetogram van een getrainde vrouwenstem afgebeeld. De totale omvang van het contour is relatief groot. De gemarkeerde gebieden binnen dit fonetogram hebben betrekking op verschillen in de wijze waarop de stembanden gesloten worden (zoals die in een EGG gezien worden). In het roodgrijze linker deel in Fig.7 is die sluiting snel. Dit leidt tot een duidelijke aanwezigheid van hogere harmonischen in het stemgeluid. Het spectrum is dan relatief vlak. Zoals we zo-even aangaven is er dan sprake van een hyperfunctioneel stemgebruik.

In het groengrijze rechter deel in Fig.7 blijkt die sluiting langzaam te zijn. De helling in het spectrum (Fig.3) is dan groter dan normaal en het stemgebruik is hypofunctioneel.

In Fig.8 wordt het fonetogram van een geschoolde stem vergeleken met dat van een ongeschoolde stem. Duidelijk is de uitbreiding van het contour bij de geschoolde stem, vooral voor de midden- en hoge frequenties, naar hogere geluidniveaus.

De ligging van een individueel contour geeft dus inzicht in het al dan niet functionele stemgebruik. De besproken verschillen tussen hyperfunctioneel en hypofunctioneel stemgebruik worden samengevat in Tabel I.

3. Stroboscopie
Het principe van de stroboscopie is ontdekt door Plateau in 1838. De methode is gebaseerd op de periodiciteit van de stembandtrilling. Wanneer de stembanden regelmatig trillen, bijvoorbeeld met een frequentie van 200 Hz, en men laat er lichtflitsen op vallen met een frequentie van diezelfde 200 Hz, dan lijkt het alsof ze stilstaan. Dit komt omdat steeds hetzelfde moment (dezelfde fase) van de trilling bekeken wordt, bijvoorbeeld het moment waarop ze maximaal geopend zijn of juist gesloten. Het principe is geïllustreerd in Fig.9(1). Wanneer de flitsfrequentie iets verlaagd wordt, bijvoorbeeld tot 199 Hz, wordt telkens een volgend moment van de fase van de trilling ‘geflitst’ en lijkt het of de stembanden langzaam, in dit geval met een frequentie van 1 Hz, trillen. Dit is geïllustreerd in Fig.9(2).

In de praktijk wordt de cliënt gevraagd te foneren op een constante toonhoogte. De stembanden worden bekeken met behulp van een laryngoscoop (keelspiegel) waarbij de (continue) lichtbron vervangen is door een bron die lichtflitsen produceert. De flitsfrequentie wordt gestuurd door de grondfrequentie van het stemgeluid. Via deze opstelling kan ook een videoregistratie gemaakt worden. Door de flitsfrequentie enigszins bij te sturen (‘Df principe’) kan men én een continue registratie maken én het beeld van de stembanden tijdens een bepaalde fase van de trilling bestuderen.

De informatie die met stroboscopie verkregen wordt betreft ondermeer de mate van symmetrie van de trillingspatronen, de regulariteit van de opeenvolgende trillingspatronen en de mate van sluiting van de glottis. De informatie wordt gebruikt om een verband te leggen met hoorbare of anderszins geregistreerde afwijkingen in het stemgeluid.

4. High Speed Video (opzet paragraaf en figuren ontleend aan Dejonckere, 2003)
High Speed Video is een geavanceerde methode om het bewegingspatroon van de stembanden te bestuderen. Men maakt daarbij gebruik van een endoscoop die aan een digitale camera gekoppeld is. Men selecteert in het totale beeld van de endoscoop een rechthoekig kader (‘frame’) en en maakt een video opname van de stembanden in dit frame tijdens foneren of zingen. Een gebruikelijke opname bevat 2000 frames gedurende 1 s, met 160×140 pixels in een frame. Bij een trillingsfrequentie van de stembanden van 200 Hz zijn er dus 10 frames per periode.

Fig.10  laat – als voorbeeld – zien hoe dit weergegeven wordt. De opeenvolgende frames (21 in dit geval) zijn in drie rijen onder elkaar geplakt. Linksboven op rij 1 zijn de stembanden open. Naar rechts sluiten ze zich. Dat blijft zo tot halverwege rij 2. Daarna gaan ze weer open. Dat blijft zo tot halverwege rij 3. Rechts onder in rij 2 zijn de stembanden weer gesloten. Het betreft een opname van het borstregister. Het valt op dat de stembanden een groot deel van een cyclus gesloten zijn. De geregistreerde beweging kan natuurlijk vertraagd afgespeeld en vervolgens bekeken worden.

5. Mogelijkheden van High Speed Video – Kymografie (opzet paragraaf en afbeeldingen ontleend aan Dejonckere en Versnel)
Kymografie is is een methode om de geregistreerde videobeelden te analyseren en het bewegingspatroon van de stembanden in detail zichtbaar te maken. Uit het beeldmateriaal van een videoregistratie (2000 frames) wordt een tijdvenster geselecteerd, bijvoorbeeld van 338 ms tot 406 ms. Bij een opnamesnelheid van twee beelden per ms levert dit 136 frames. Eén zo’n frame is afgebeeld in Fig.11.

In deze frames worden van dorsaal tot ventraal vier lijnen geselecteerd (geel aangegeven), respectievelijk Ln 28, Ln 56, Ln 84 en Ln 112. De opeenvolgende ‘opnames’ (sweeps) van elk van deze lijnen (in de opeenvolgende frames) zijn onder elkaar weergegeven in de vier kolommen van Fig.12. Een bepaalde kolom heeft dus betrekking op wat er gebeurt op een scherp bepaalde plaats op de stembanden weer (van dorsaal tot ventraal) en de variatie van boven naar beneden geeft weer hoe de stembanden daar bewegen.

Fig.13 geeft een tweede voorbeeld van een kymografische analyse van high speed video registratie. Afgebeeld is een registratie van de aanzet tot de borststem. Duidelijk is te zien dat tijdens het foneren de stembanden een groot deel van een cyclus gesloten zijn. De grondfrequentie van de trilling bedraagt 130 Hz.

Wanneer in Fig.13 in elk van de registraties 1 tot en met 4 de tijdschaal 90⁰ naar links wordt gedraaid krijgt men de ‘gewone’ registratie van de uitwijking van de stembanden als functie van de tijd (horizontaal). Het resultaat van deze draaiing is te zien in Fig.14, op elk van de ‘plaatsen’ 1 tot en met 4.