Estimation of singing voice quality through microphone in air and contact microphone

The acoustic analysis of voice is a signal processing-based method that is used to evaluate the quality of the human voice. The voice signal can be analyzed both in the time domain and in the frequency domain and several features can be extracted from it and studied. This can be done for clinical reasons (for example the detection of voice disorders) or for a quantitative evaluation of voice quality. The goal of this thesis is to propose a system, based on acoustic analysis, to perform an effective qualitative evaluation of the voice, especially the singing voice, by means of quantitative parameters. With this purpose a collection of voice parameters was selected, estimated and analyzed, using the voice signals 25 non-professional choral singers, who were asked to perform a series of speaking and singing tasks, while they were recorded with two different microphones (a contact microphone and a microphone in air). The choice of the parameters included a set of classic speech parameters and a set of parameters that were considered particularly significant for a quantitative evaluation of voice quality. The acquisitions and the analysis were repeated two times, in two different moments, five months apart from each other. Between the first and the second acquisition the subjects underwent a period of vocal training, which consisted in a set of vocal exercises used to improve the singing voice quality. The analysis of the results was organized in three comparisons. First, each parameter was estimated on both the singing and speaking voice, to observe possible significant differences. The second comparison was made to observe the effects of the vocal training on the singing voice: each parameter was estimated before and after the period of training and the results were compared. At last, the third comparison was made between the parameters obtained from the signal acquired by means of the microphone in air and the same parameters obtained from the signal acquired with the contact microphone, in order to compare the behavior of the contact microphone with respect to the behavior of the microphone in air.

L’analisi acustica della voce è un metodo basato sull’analisi del segnale (signal processing) per valutare la qualità della voce umana. Dal segnale vocale, che può essere analizzato nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza, possono essere estratte una serie di feature che possono successivamente essere studiate, e dai risultati ottenuti si possono trarre conclusioni di carattere clinico (come la diagnosi di malattie delle corde vocali) o qualitativo (più precisamente si può effettuare una valutazione quantitativa della qualità della voce). L’obiettivo di questa tesi è quello di proporre un sistema, basato sull’analisi acustica, per effettuare un efficace valutazione qualitativa della voce, in particolare della voce cantata. Per la realizzazione di questo progetto sono stati selezionati, calcolati e analizzati una serie di parametri vocali, utilizzando i segnali vocali di 25 cantanti non professionisti facenti parte di un coro. Ai soggetti è stato chiesto di eseguire una serie di task parlati e cantati, mentre venivano registrati con due differenti microfoni (un microfono in aria e un microfono a contatto). La scelta dei parametri include un set di parametri classici della voce parlata e alcuni parametri che sono stati scelti perché considerati particolarmente significativi per una valutazione qualitativa della voce. Le registrazioni e l’analisi sono state ripetute due volte, in due momenti separati, a cinque mesi di distanza l’uno dall’altro. Nel periodo di tempo trascorso fra le due acquisizioni i soggetti hanno seguito una procedura di vocal training, che consisteva in una serie di esercizi vocali al fine di migliorare la qualità della voce. L’analisi dei risultati è stata organizzata in tre confronti. Come prima analisi, ogni parametro è stato calcolato sia sulla voce cantata sia sulla voce parlata, per osservare possibili differenze. Il secondo confronto è stato fatto per osservare gli effetti del vocal training sulla voce cantata: gli stessi parametri sono stati calcolati per ogni soggetto sia prima sia dopo il periodo di vocal training e i risultati ottenuti sono stati confrontati. Infine il terzo confronto è stato fatto fra i parametri ottenuti analizzando il segnale acquisito tramite il microfono in aria e gli stessi parametri ottenuti dal segnale acquisito con il microfono a contatto, per osservare il comportamento dei due microfoni e confrontarli fra loro.