Published January 1, 2018 | Version v1
Publication Open

Invariant Measures Based on the U-Correlation Integral: An Application to the Study of Human Voice

Creators

  • 1. Universidad Nacional de Entre Ríos

Description

Nonlinear measures such as the correlation dimension, the correlation entropy, and the noise level were used in this article to characterize normal and pathological voices. These invariants were estimated through an automated algorithm based on the recently proposed U-correlation integral. Our results show that the voice dynamics have a low dimension. The value of correlation dimension is greater for pathological voices than for normal ones. Furthermore, its value also increases along with the type of the voice. The low correlation entropy values obtained for normal and pathological type 1 and type 2 voices suggest that their dynamics are nearly periodic. Regarding the noise level, in the context of voice signals, it can be interpreted as the power of an additive stochastic perturbation intrinsic to the voice production system. Our estimations suggest that the noise level is greater for pathological voices than for normal ones. Moreover, it increases along with the type of voice, being the highest for type 4 voices. From these results, we can conclude that the voice production dynamical system is more complex in the presence of a pathology. In addition, the presence of the inherent stochastic perturbation strengthens along with the voice type. Finally, based on our results, we propose that the noise level can be used to quantitatively differentiate between type 3 and type 4 voices.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم استخدام مقاييس غير خطية مثل بُعد الارتباط وانتروبيا الارتباط ومستوى الضوضاء في هذه المقالة لوصف الأصوات الطبيعية والمرضية. تم تقدير هذه الثوابت من خلال خوارزمية آلية بناءً على تكامل ارتباط U المقترح مؤخرًا. تظهر نتائجنا أن ديناميكيات الصوت لها بُعد منخفض. قيمة بُعد الارتباط أكبر بالنسبة للأصوات المرضية منها بالنسبة للأصوات العادية. علاوة على ذلك، تزداد قيمته أيضًا مع نوع الصوت. تشير قيم إنتروبيا الارتباط المنخفضة التي تم الحصول عليها للأصوات الطبيعية والمرضية من النوع 1 والنوع 2 إلى أن ديناميكياتها شبه دورية. فيما يتعلق بمستوى الضوضاء، في سياق الإشارات الصوتية، يمكن تفسيره على أنه قوة الاضطراب العشوائي الإضافي المتأصل في نظام إنتاج الصوت. تشير تقديراتنا إلى أن مستوى الضوضاء أكبر بالنسبة للأصوات المرضية منه بالنسبة للأصوات العادية. علاوة على ذلك، يزداد مع نوع الصوت، كونه الأعلى لأصوات النوع 4. من هذه النتائج، يمكننا أن نستنتج أن النظام الديناميكي لإنتاج الصوت أكثر تعقيدًا في وجود علم الأمراض. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود الاضطراب العشوائي المتأصل يقوي جنبًا إلى جنب مع نوع الصوت. أخيرًا، بناءً على نتائجنا، نقترح أنه يمكن استخدام مستوى الضوضاء للتمييز كميًا بين أصوات النوع 3 والنوع 4.

Translated Description (French)

Des mesures non linéaires telles que la dimension de corrélation, l'entropie de corrélation et le niveau de bruit ont été utilisées dans cet article pour caractériser les voix normales et pathologiques. Ces invariants ont été estimés à l'aide d'un algorithme automatisé basé sur l'intégrale de corrélation U récemment proposée. Nos résultats montrent que les dynamiques vocales ont une dimension faible. La valeur de la dimension de corrélation est plus grande pour les voix pathologiques que pour les voix normales. En outre, sa valeur augmente également avec le type de la voix. Les faibles valeurs d'entropie de corrélation obtenues pour les voix normales et pathologiques de type 1 et de type 2 suggèrent que leur dynamique est presque périodique. En ce qui concerne le niveau de bruit, dans le contexte des signaux vocaux, il peut être interprété comme la puissance d'une perturbation stochastique additive intrinsèque au système de production vocale. Nos estimations suggèrent que le niveau de bruit est plus élevé pour les voix pathologiques que pour les voix normales. De plus, il augmente avec le type de voix, étant le plus élevé pour les voix de type 4. De ces résultats, on peut conclure que le système dynamique de production de la voix est plus complexe en présence d'une pathologie. De plus, la présence de la perturbation stochastique inhérente se renforce avec le type de voix. Enfin, sur la base de nos résultats, nous proposons que le niveau de bruit puisse être utilisé pour différencier quantitativement les voix de type 3 et de type 4.

Translated Description (Spanish)

En este artículo se utilizaron medidas no lineales como la dimensión de correlación, la entropía de correlación y el nivel de ruido para caracterizar voces normales y patológicas. Estos invariantes se estimaron a través de un algoritmo automatizado basado en la integral de correlación U recientemente propuesta. Nuestros resultados muestran que la dinámica de la voz tiene una dimensión baja. El valor de la dimensión de correlación es mayor para las voces patológicas que para las normales. Además, su valor también aumenta con el tipo de voz. Los valores de entropía de baja correlación obtenidos para voces normales y patológicas tipo 1 y tipo 2 sugieren que su dinámica es casi periódica. En cuanto al nivel de ruido, en el contexto de las señales de voz, se puede interpretar como el poder de una perturbación estocástica aditiva intrínseca al sistema de producción de voz. Nuestras estimaciones sugieren que el nivel de ruido es mayor para las voces patológicas que para las normales. Además, aumenta junto con el tipo de voz, siendo la más alta para las voces de tipo 4. A partir de estos resultados, podemos concluir que el sistema dinámico de producción de voz es más complejo en presencia de una patología. Además, la presencia de la perturbación estocástica inherente se fortalece junto con el tipo de voz. Finalmente, a partir de nuestros resultados, proponemos que el nivel de ruido se puede utilizar para diferenciar cuantitativamente entre voces tipo 3 y tipo 4.

Files

2173640.pdf.pdf

Files (16.1 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:09b7cae4f6df4a2725fc12c6802a8c1f
16.1 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التدابير الثابتة القائمة على الترابط الشامل المتكامل: تطبيق لدراسة الصوت البشري
Translated title (French)
Mesures invariantes basées sur l'intégrale de corrélation U : une application à l'étude de la voix humaine
Translated title (Spanish)
Medidas invariantes basadas en la integral de correlación U: una aplicación al estudio de la voz humana

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2799952364
DOI
10.1155/2018/2173640

Is supplement to
https://openalex.org/W2415560053 (Other)
https://openalex.org/W2412407104 (Other)
https://openalex.org/W2290055820 (Other)
https://openalex.org/W2133093413 (Other)
https://openalex.org/W2125623328 (Other)
https://openalex.org/W2113046919 (Other)
https://openalex.org/W2089021770 (Other)
https://openalex.org/W2022186738 (Other)
https://openalex.org/W1575578862 (Other)
https://openalex.org/W1562802639 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1480354921
  • https://openalex.org/W1553042001
  • https://openalex.org/W1967433380
  • https://openalex.org/W1972777189
  • https://openalex.org/W1988562564
  • https://openalex.org/W1995544167
  • https://openalex.org/W1998727969
  • https://openalex.org/W2026686804
  • https://openalex.org/W2040591554
  • https://openalex.org/W2044406255
  • https://openalex.org/W2055326649
  • https://openalex.org/W2056651346
  • https://openalex.org/W2068771599
  • https://openalex.org/W2079240096
  • https://openalex.org/W2080909342
  • https://openalex.org/W2082225840
  • https://openalex.org/W2090814521
  • https://openalex.org/W2165889900
  • https://openalex.org/W2282467533
  • https://openalex.org/W2464860527
  • https://openalex.org/W2766328974