Biomechanical evaluation of the singing voice

Teaching the adequate use of the singing voice conveys a lot of knowledge in musical performance as well as in objective estimation techniques involving the use of air, muscles, room and body acoustics, and the tuning of a fine instrument as the human voice. Although subjective evaluation and training is a very delicate task to be carried out only by expert singers, biomedical engineering may help contributing with well-funded methodologies developed for the study of voice pathology. The present work is a preliminary study of exploratory character describing the performance of a student singer in a regular classroom under the point of view of vocal fold biomechanics. Estimates of biomechanical parameters obtained from singing voice are given and their potential use is discussed.

Vocal fold biomechanical analysis for the singing voice

Teaching the adequate use of the singing voice conveys a lot of knowledge in musical performance as well as in objective estimation techniques involving the use of air, muscles, room and body acoustics, and the tuning of a fine instrument as the human voice. Although subjective evaluation and training is a very delicate task to be carried out only by expert singers, biomedical engineering may help contributing with well - funded methodologies developed for the study of voice pathology. The present study is a preliminary study of exploratory character describing the performance of a student singer in a regular classroom under the point of view of vocal fold biomechanics. Estimate s of biomechanical parameters obtained from singing voice are given and their use i n the classroom is discussed.

BioMet®Tools: from modeling and simulation to product design and development

BioMet®Tools is a set of software applications developed for the biometrical characterization of voice in different fields as voice quality evaluation in laryngology, speech therapy and rehabilitation, education of the singing voice, forensic voice analysis in court, emotional detection in voice, secure access to facilities and services, etc. Initially it was conceived as plain research code to estimate the glottal source from voice and obtain the biomechanical parameters of the vocal folds from the spectral density of the estimate. This code grew to what is now the Glottex®Engine package (G®E). Further demands from users in medical and forensic fields instantiated the development of different Graphic User Interfaces (GUI’s) to encapsulate user interaction with the G®E. This required the personalized design of different GUI’s handling the same G®E. In this way development costs and time could be saved. The development model is described in detail leading to commercial production and distribution. Study cases from its application to the field of laryngology and speech therapy are given and discussed.

La catedral de Ávila : evolución constructiva y análisis estructural

Esta tesis se enmarca en el ámbito de la Historia de la Construcción, se estudia la Catedral de Ávila desde un punto de vista técnico, necesario para completar la visión que de esta catedral se tenía. La interpretación de la documentación de archivo, que se encontraba dispersa e inconexa, ha permitido realizar una cronología revisada y completa de las campañas constructivas para el conjunto de la Catedral, desde el siglo XI al XXI. Mediante el análisis de los Contratos de Obra e Informes, se ha puesto de relieve conocimientos de técnicas constructivas medievales. Se plantean dos hipótesis para el orden en el proceso constructivo. En la zona del Cimorro, en relación con la supresión de la tribuna, colocación de los arbotantes y construcción de la fortificación y triple almenado. En el cuerpo de las naves, referida a la posible existencia de una tribuna, colocación del sistema de contrarresto que vemos actualmente y misión del arco entibo del coro. Se ha analizado la estabilidad estructural de la Catedral bajo el marco teórico del Análisis Límite para Estructuras de Fábrica, utilizando la restitución gráfica procedente del levantamiento topográfico realizado. Estos análisis han servido como comprobación de las hipótesis planteadas, por realizarse tanto para la situación actual como para las diferentes campañas constructivas propuestas. Se ha comprobado la validez de las reglas geométricas tradicionales para el análisis de la estructuras de fábrica en los elementos principales de la estructura gótica. Esta tesis incrementa el conocimiento de la historia mecánica del edificio interpretando el funcionamiento mecánico de sus arbotantes, proyectados de forma atípica, y la colocación de los arcos entibo y codales para conseguir la estabilidad del conjunto. La tesis cuenta con un anexo que recopila una extensa documentación gráfica: planimetría, iconografía y fotografía histórica; la trascripción inédita del Contrato de obra para la Capilla de San Segundo y un anexo de cálculo de la zona del Cimorro y del Cuerpo de Naves. This thesis aims to the field of Construction History. The Cathedral of Ávila is studied from a technical point of view, which was necessary to complete the existing knowledge about this Cathedral. The interpretation of archive documentation, which was disperse and unconnected before this work, has allowed the proposal of a revised and complete chronology of the diverse building stages of the Cathedral, dating from the XI century to the XXI century. The analysis of work contracts and of reports has revealed knowledge of medieval construction techniques. Two hypotheses are presented about the order in the construction process. The first hypothesis concerning the destruction of the tribune, the placing of the flying buttress and the building of the fortification and triple system of battlement in the area of the “Cimorro”. The second hypothesis regarding the naves: the possible existence of a tribune, the placing of the system of counterthrust, which can currently be seen, and the function of the “entibo” arch in the choir. The Structural Stability of the Cathedral has been analysed within the theoretical Framework of Limit Analysis to Masonry Structure, by using of the drawing proceeding from our lifting topographical. These analyses have proven the presented hypotheses, since they have been applied to the current situation as well as to the several building stage proposed in the chronology. The validity of the traditional geometric rules for the analysis of the masonry structure in the core elements of Gothic structures has been verified. This thesis increases the knowledge of the mechanical history of the building by interpreting the mechanical working of the flying buttress in an atypical arrangement and the placing of the “entibo” arch and “codal” arch in order to obtain the stability of the monument. The thesis incorporates supplementary material which can be categorized in three groups: 1) extensive graphic documentation (planning, iconography and history photography); 2) the hitherto unknown transcription of the “CONTRATO DE OBRA PARA LA CAPILLA DE SAN SEGUNDO”; 3) an appendix of Analysis of Calculation for the “Cimorro” and the naves.

Influence of the semantic content of urban sounds in the identity of outer spaces

This paper shows the influence of the semantic content of urban sounds in the subjective evaluation of outer spaces. The study is based on the analysis conducted in three neighboring and integrated urban spaces with a different form of social ownership in the city of Cordoba, Argentina. It shows that the type of sound source present at each site influence, by its semantic content, in the user´s identification and permanence in the place. The noise present in a soundscape is able to have a high semantic content, and therefore the sound has a particular meaning for the perceiver. Every particular social group influences the production of their own sounds and how they perceive them. This allows to consider the sound as one of the factors that define the sense of "place" or "no place" of a certain urban space. Evidently the sounds, and their ability to evoke and characterize the environment, cannot be ignored in the construction and recovery of anthropological sites. This urban culture is unique and specific to every society. Thepublic spaces, with their soundscape, are part of the construction of the urban identity of a city. It is shown that for identical general sound levels present in each of the spaces, the level of annoyance or discomfort, in relation to the subjective acoustic quality, is different. This is the result of the influence of semantic content of the sounds present in each urban space. Coinciding with other similar research, the level of discomfort or annoyance decreases as the presence of natural sounds such as water, the wind in the trees or the birds singing increases, even when the objective values of noise level of natural sounds are higher.

Correlación entre señales de audio multi-microfónicas

Este proyecto pretende mostrar los desfases existentes entre señales de audio obtenidas de la misma fuente en distintos puntos distanciados entre sí. Para ello nos basamos en el análisis de la correlación de las señales de audio multi-microfónicas, para determinar los retrasos entre dichas señales. Durante las de tres partes diferentes que conforman este proyecto, explicaremos el dónde, cómo y por qué se produce este efecto en este tipo de señales. En la primera se presentan algunos de los conceptos teóricos necesarios para entender el desarrollo posterior, tales como la coherencia y correlación entre señales, los retardos de fase y la importancia del micro-tiempo. Además se explican diversas técnicas microfónicas que se utilizarán en la tercera parte. A lo largo de la segunda, se presenta el software desarrollado para determinar y corregir el retraso entre las señales que se deseen analizar. Para ello se ha escogido la herramienta de programación Matlab, ya que ha sido la más utilizada en la mayoría de las asignaturas que componen la titulación y por ello se posee el suficiente dominio de la misma. Además de presentar el propio software, al final de esta parte hay un manual de usuario del mismo, en el que se explica el manejo para posibles usos futuros por parte de otras personas interesadas. En la última parte se demuestra en varios casos reales, el estudio de la alineación de tomas multi-microfónicas en las cuales se produce en efecto que se intenta detectar y corregir. Aquí se realizan tres estudios de dicho fenómeno. En el primero se emplean señales digitales internas, concretamente ruido blanco, retrasando algunas muestras dichas señales unas de otras, para luego analizarlas con el software desarrollado y comprobar la eficacia del mismo. En el segundo se analizan la señales de audio obtenidas en el estudio de grabación de varios grupos de música moderna, mostrando los resultados del empleo del software en algunas de ellas, tales como las tomas de batería, bajo y guitarra. En el tercero se analizan las señales de audio obtenidas fuera del estudio de grabación, en donde no se dispone de las supuestas condiciones ideales que se tienen en el entorno que rodea a un estudio de grabación (acústicamente hablando). Se utilizan algunas de las técnicas microfónicas explicadas en el último apartado de la parte dedicada a los conceptos teóricos, para la grabación de una orquesta sinfónica, para luego analizar el efecto buscado mediante nuestro software, presentando los resultados obtenidos. De igual manera se realiza en el estudio con una agrupación coral de cuatro voces dentro de una Iglesia. ABSTRACT This project aims to show delays between audio signals obtained from the same source at diferent points spaced apart. To do this we rely on the analysis of the correlation of multi-microphonic audio signals, to determine the delay between these signals. During three diferent parts that make up this project, we will explain where, how and why this effect occurs in this type of signals. At the first part we present some of the theoretical concepts necessary to understand the subsequent development, such as coherence and correlation between signals, phase delays and the importance of micro-time. Also explains several microphone techniques to be used in the third part. During the second, it presents the software developed to determine and correct the delay between the signals that are desired to analyze. For this we have chosen the programming software Matlab , as it has been the most used in the majority of the subjects in the degree and therefore has suficient command of it. Besides presenting the software at the end of this part there is a user manual of it , which explains the handling for future use by other interested people. The last part is shown in several real cases, the study of aligning multi- microphonic sockets in which it is produced in effect trying to detect and correct. This includes three studies of this phenomenon. In the first internal digital signals are used, basically white noise, delaying some samples the signals from each other, then with software developed analyzing and verifying its efectiveness. In the second analyzes the audio signals obtained in the recording studio several contemporary bands, showing the results of using the software in some of them, such as the taking of drums, bass and guitar. In the third analyzes audio signals obtained outside the recording studio, where there are no ideal conditions alleged to have on the environment surrounding a recording studio (acoustically speaking). We use some of the microphone techniques explained in the last paragraph of the section on theoretical concepts, for the recording of a symphony orchestra, and then analyze the effect sought by our software, presenting the results. Similarly, in the study performed with a four-voice choir in a church.

Codificador de voz MIDI

El presente proyecto tiene el objetivo de facilitar la composición de canciones mediante la creación de las distintas pistas MIDI que la forman. Se implementan dos controladores. El primero, con objeto de transcribir la parte melódica, convierte la voz cantada o tarareada a eventos MIDI. Para ello, y tras el estudio de las distintas técnicas del cálculo del tono (pitch), se implementará una técnica con ciertas variaciones basada en la autocorrelación. También se profundiza en el segmentado de eventos, en particular, una técnica basada en el análisis de la derivada de la envolvente. El segundo, dedicado a la base rítmica de la canción, permite la creación de la percusión mediante el golpe rítmico de objetos que disponga el usuario, que serán asignados a los distintos elementos de percusión elegidos. Los resultados de la grabación de estos impactos serán señales de corta duración, no lineales y no armónicas, dificultando su discriminación. La herramienta elegida para la clasificación de los distintos patrones serán las redes neuronales artificiales (RNA). Se realizara un estudio de la metodología de diseño de redes neuronales especifico para este tipo de señales, evaluando la importancia de las variables de diseño como son el número de capas ocultas y neuronas en cada una de ellas, algoritmo de entrenamiento y funciones de activación. El estudio concluirá con la implementación de dos redes de diferente naturaleza. Una red de Elman, cuyas propiedades de memoria permiten la clasificación de patrones temporales, procesará las cualidades temporales analizando el ataque de su forma de onda. Una red de propagación hacia adelante feed-forward, que necesitará de robustas características espectrales y temporales para su clasificación. Se proponen 26 descriptores como los derivados de los momentos del espectro: centroide, curtosis y simetría, los coeficientes cepstrales de la escala de Mel (MFCCs), y algunos temporales como son la tasa de cruces por cero y el centroide de la envolvente temporal. Las capacidades de discriminación inter e intra clase de estas características serán evaluadas mediante un algoritmo de selección, habiéndose elegido RELIEF, un método basado en el algoritmo de los k vecinos mas próximos (KNN). Ambos controladores tendrán función de trabajar en tiempo real y offline, permitiendo tanto la composición de canciones, como su utilización como un instrumento más junto con mas músicos. ABSTRACT. The aim of this project is to make song composition easier by creating each MIDI track that builds it. Two controllers are implemented. In order to transcribe the melody, the first controler converts singing voice or humming into MIDI files. To do this a technique based on autocorrelation is implemented after having studied different pitch detection methods. Event segmentation has also been dealt with, to be more precise a technique based on the analysis of the signal's envelope and it's derivative have been used. The second one, can be used to make the song's rhythm . It allows the user, to create percussive patterns by hitting different objects of his environment. These recordings results in short duration, non-linear and non-harmonic signals. Which makes the classification process more complicated in the traditional way. The tools to used are the artificial neural networks (ANN). We will study the neural network design to deal with this kind of signals. The goal is to get a design methodology, paying attention to the variables involved, as the number of hidden layers and neurons in each, transfer functions and training algorithm. The study will end implementing two neural networks with different nature. Elman network, which has memory properties, is capable to recognize sequences of data and analyse the impact's waveform, precisely, the attack portion. A feed-forward network, needs strong spectral and temporal features extracted from the hit. Some descriptors are proposed as the derivates from the spectrum moment as centroid, kurtosis and skewness, the Mel-frequency cepstral coefficients, and some temporal features as the zero crossing rate (zcr) and the temporal envelope's centroid. Intra and inter class discrimination abilities of those descriptors will be weighted using the selection algorithm RELIEF, a Knn (K-nearest neighbor) based algorithm. Both MIDI controllers can be used to compose, or play with other musicians as it works on real-time and offline.

Descripción del horizonte acústico mediante métodos de evaluación subjetiva en la catedral de Toledo

Se tiene evidencia de que en el pasado, en las catedrales, se realizaban simultáneamente diferentes actividades. El proyecto trata de definir las áreas de la Catedral de Toledo en las cuales se considera escucha aceptable, cuando se están produciendo varias actividades simultáneamente a partir de un test de escucha de evaluación subjetiva. Para ello, se ha planteado una situación con tres fuentes sonoras situadas en el trascoro y en dos capillas. A partir de un modelo acústico diseñado en Odeon se han obtenido varias auralizaciones, con las señales procedentes de las tres fuentes, que han sido sometidas al test. Con el fin de crear un entorno que facilite la realización del mismo, tanto a los sujetos que lo realicen, como el tratamiento posterior de los datos obtenidos, se ha creado una herramienta desarrollada en Matlab. Se trata de una interfaz gráfica que permite escuchar las distintas auralizaciones, así como los sonidos procedentes de las distintas fuentes y recoge los juicios de los sujetos sometidos al test en un archivo Excel. Una vez recogidos los datos de los participantes se ha realizado un tratamiento estadístico de los mismos a fin de obtener resultados a cerca del horizonte acústico en la Catedral de Toledo, para la situación planteada. ABSTRACT. We have evidence from the old times that cathedrals were used to host different activities at the same time. This project aims to define the areas of the Cathedral of Toledo that have an acceptable listening level while several activities are carried out simultaneously, by performing subjective listening evaluation test. To achieve the objective, three sound sources are located inside the Cathedral, one behind the choir and two in the chapels. Several auralizations have been obtained, with the signals from the three test sources, by using an acoustic model designed with Odeon. In order to create an environment that facilitates the realization of the listening tests and the post-processing of the data obtained, a tool has been developed in Matlab. It has a graphical interface that allows the subject to listen to different auralizations, as well as the sounds from the different sources, and then collect the results of each test in an excel file. Once the data from the participants is collected, a statistical processing is performed in order to get the results for the acoustic horizon of the Cathedral of Toledo for the aforementioned setup.

Acústica de las iglesias jesuíticas como parte del patrimonio integral en Córdoba y San Ignacio Miní

En esta investigación se aborda el tema del comportamiento acústico de las Iglesias Jesuíticas de la ciudad de Córdoba (Argentina) y San Ignacio Mini ubicada en la localidad de San Ignacio, provincia de Misiones (Argentina), construidas hace dos siglos atrás y declaradas Patrimonio de la Humanidad, con el objetivo de evaluar los parámetros que determinan la comprensión de la palabra y la aptitud de cada una de las iglesias para el canto y la música religiosa. En una primera etapa la investigación se orientó a profundizar en las características constructivas interiores de cada templo y a proponer una metodología de análisis para comparar los resultados de las mediciones objetivas, realizadas mediante la implementación de mediciones in situ, con los resultados de las apreciaciones subjetivas resultantes de la elaboración de encuestas, a los fines de caracterizar acústicamente cada espacio sonoro. Se seleccionaron, para la caracterización objetiva de cada templo, aquellos parámetros que permiten sintetizar las propiedades acústicas relacionadas con la música y la palabra, y aquellos que posibilitan medir la proporción efectiva de las primeras reflexiones, consideradas como índices subjetivos de la capacidad de distinción del sonido por parte del oyente. Se comparan los valores alcanzados con las preferencias subjetivas obtenidas en las encuestas de opinión. Se relevaron tiempos de reverberación altos en todas iglesias, fuera de los considerados óptimos para cada recinto. Se analizaron los índices de calidad y se comprobó cómo influyen los diferentes materiales en el comportamiento acústico de cada recinto. Para la evaluación subjetiva se implementó una encuesta ya validada en la que se privilegió la fácil asociación entre parámetros acústicos y psicoacústicos, esto posibilitó encontrar aquellos parámetros objetivos, simulados con público, que estuviesen fuertemente relacionados con el juicio subjetivo, así como aquellos con menor correlación. La búsqueda y relevamiento de material grafico, fotográfico y otros documentos históricos posibilitó la reconstrucción de cada iglesia para su modelización y la evaluación del comportamiento de todos los templos con la presencia de feligreses, no habiéndose podido realizar mediciones bajo esta condición. El interés por obtener datos acústicos más precisos de la Iglesia San Ignacio Mini, que actualmente se encuentra en ruinas, llevó a utilizar herramientas más poderosas de cálculo como el método de las fuentes de imagen “Ray Tracing Impact” por medio del cual se logró la auralización. Para ello se trabajó con un archivo de audio que representó la voz masculina de un sacerdote en el idioma jesuítico-guaraní, recuperando así el patrimonio cultural intangible. ABSTRACT This research addresses the acoustic behavior of the Jesuit Churches in Cordoba City (Argentina) and San Ignacio Mini (located in the town of San Ignacio, Misiones, Argentina), built two centuries ago and declared World Heritage Sites, with the objective to evaluate the parameters that determine the speech comprehension and the ability of each of the churches for singing of religious music. The first step of the work was aimed to further investigate the internal structural characteristics of each temple and to propose an analysis methodology to compare the objective results of in situ measurements with the subjective results of surveys, in order to characterize acoustically each sound-space. For the subjective characterization of each temple, those parameters that allow synthesizing the acoustic properties related to music & speech and measuring the subjective indices for the recognition of sounds, were selected. Also, the values were compared with the ones obtained from the surveys. High reverberation times were found in all churches, which is not considered optimal for the enclosed areas of the temples. The quality indices were analyzed and it was found how the different materials influence in the acoustic behavior of each enclosure. For subjective evaluation, a survey was implemented (that was previously validated) where the association between acoustic and psychoacoustic parameters was privileged; this allowed to find those objective parameters who were strongly related to the subjective ones, as well as those with lower correlation. Photographic and graphic material and other historical documents allowed the reconstruction of each church for its modeling, and also the evaluation of the performance of all the temples in the presence of their congregation. The interest in obtaining more accurate acoustic data of the San Ignacio Mini Church, which is now in ruins, led to the use of most powerful methods, as for example the image-sources "Ray Tracing Impact" method. For this, an audio archive was used, representing a male voice of a priest in the Jesuit-Guaraní language; recovering in this way intangible cultural heritage.