Quando sua voz necessita de um descanso

Figura 1: Dispositivo vestível para fadiga vocal. Desenvolvido por engenheiros biomédicos e cantores de ópera, o dispositivo sem fio pequeno, macio e flexível é colocado na parte superior do tórax para monitorar a atividade vocal em tempo real. Quando o usuário se aproxima de seu orçamento de voz, um dispositivo háptico conectado (localizado na zona de risco) vibra um alerta.

A fadiga vocal é uma condição comum causada pelo uso excessivo.

Os sensores informam o quanto os usuários usam suas vozes, com o objetivo de prevenir a fadiga vocal e mais lesões. Desenvolvido por engenheiros biomédicos e cantores de ópera, o pequeno, macio e flexível dispositivo sem fio é usado na parte superior do tórax para monitorar a atividade vocal em tempo real. Usando o Bluetooth, os dados são transmitidos para um aplicativo, onde os algoritmos de aprendizado de máquina distinguem o canto da fala, independentemente dos sons do ambiente.

Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram o primeiro dispositivo vestível inteligente para rastrear continuamente quanto as pessoas usam suas vozes, alertando-as sobre o uso excessivo antes que ocorra fadiga vocal e possíveis lesões.

Desenvolvida por uma equipe interdisciplinar de cientistas de materiais, engenheiros biomédicos, cantores de ópera e um fonoaudiólogo, a pesquisa por trás da nova tecnologia foi publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

O dispositivo do tamanho de um selo postal se conecta confortavelmente à parte superior do tórax para sentir as vibrações sutis associadas à fala e ao canto. A partir daí, os dados capturados são transmitidos instantaneamente via Bluetooth para os smartphones ou tablets dos usuários, para que eles possam monitorar suas atividades de voz em tempo real ao longo do dia e medir o uso cumulativo total de voz. Algoritmos personalizados de aprendizado de máquina distinguem a diferença entre falar e cantar, permitindo que os cantores rastreiem cada atividade separadamente.

Com o aplicativo, os usuários podem definir seus limites vocais personalizados. Quando eles se aproximam desse limite, seu smartphone, smartwatch ou um dispositivo conectado ao pulso fornece feedback tátil em tempo real como um alerta. Então eles podem descansar suas vozes antes de ir longe demais.

"O dispositivo mede com precisão a amplitude e a frequência da fala e do canto", disse John A. Rogers, da Northwestern, um pioneiro da bioeletrônica que liderou o desenvolvimento do dispositivo. “Esses dois parâmetros são os mais importantes na determinação da carga geral que ocorre nas cordas vocais. Estar ciente desses parâmetros, tanto em um determinado momento quanto cumulativamente ao longo do tempo, é essencial para gerenciar padrões de vocalização saudáveis”.

"É fácil para as pessoas esquecerem o quanto usam a voz", disse Theresa Brancaccio, da Northwestern, uma especialista em voz que co-liderou o estudo.

“Cantores clássicos experientes tendem a estar mais conscientes de seu uso vocal porque viveram e aprenderam. Mas algumas pessoas, especialmente cantores com menos treinamento ou pessoas, como professores, políticos e treinadores esportivos, que precisam falar muito por seus empregos, geralmente não percebem o quanto estão sendo pressionados. Queremos dar-lhes mais consciência para ajudar a prevenir lesões.”

Rogers é o professor Louis Simpson e Kimberly Querrey de ciência e engenharia de materiais, engenharia biomédica e cirurgia neurológica na McCormick School of Engineering e na Northwestern University Feinberg School of Medicine. Ele também é diretor do Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. Distinta intérprete de ópera, mezzo-soprano, Brancaccio é professora titular na Northwestern's Bienen School of Music, onde ensina voz e pedagogia vocal.

> Não perceber o uso excessivo

Para milhões de pessoas nos Estados Unidos que falam ou cantam para viver, a fadiga vocal é uma ameaça constante e iminente. A condição comum ocorre quando as cordas vocais incham, fazendo com que a voz soe rouca e perca resistência. A fadiga vocal afeta negativamente os cantores, em particular, prejudicando sua capacidade de cantar com clareza ou atingir as mesmas notas de sua voz saudável. Na melhor das hipóteses, um breve período de fadiga vocal pode atrapalhar brevemente os planos de um cantor. Na pior das hipóteses, pode causar dano suficiente para atrapalhar uma corrida.

A falta de consciência é o problema subjacente. As pessoas raramente fazem a conexão entre as atividades vocais e como essas atividades afetam suas vozes. Embora um em cada 13 adultos nos EUA tenha experimentado fadiga vocal, a maioria das pessoas não percebe que está abusando de sua voz até que já tenha rouquidão.

“O que leva as pessoas a terem problemas é quando os eventos se acumulam”, disse Brancaccio. “Eles podem fazer ensaios, dar aulas, falar durante as discussões em sala de aula e depois ir para uma festa barulhenta, onde têm que gritar por cima do barulho de fundo. Em seguida, adicione um resfriado ou doença à mistura. As pessoas não têm ideia do quanto tossem ou limpam a garganta. Quando esses eventos se acumulam ao longo dos dias, isso pode colocar muita pressão na voz.”

> Conexão cruzada

Como defensora da saúde vocal, Brancaccio passou décadas explorando maneiras de manter seus alunos cientes de quanto eles usam suas vozes. Em 2009, ele desafiou seus alunos a manterem um orçamento no papel, escrevendo fisicamente toda vez que falavam, cantavam, bebiam água, entre outras coisas. Cerca de 10 anos depois, ele transformou o sistema no Singer Savvy, um aplicativo que oferece um orçamento vocal personalizado para cada usuário e ajuda os usuários a ficarem dentro desse orçamento.

Separadamente, Rogers, em colaboração com pesquisadores do Shirley Ryan AbilityLab, desenvolveu um dispositivo portátil sem fio para rastrear a deglutição e a fala em pacientes com AVC. O sensor semelhante a uma bandagem mede a capacidade de deglutição e os padrões de fala para monitorar os processos de recuperação de pacientes com AVC. Nas primeiras semanas da pandemia da COVID-19, a equipe de Rogers modificou a tecnologia para monitorar a tosse, um dos principais sintomas da doença.

“Eu queria coletar mais dados e tornar nosso sistema de rastreamento mais preciso”, disse Brancaccio. "Então, entrei em contato com John para ver se seus sensores poderiam nos ajudar a coletar mais informações."

“Achei que era uma grande oportunidade para estendermos nossas tecnologias além de nossos usos muito importantes, mas limitados, na área da saúde, para algo que pudesse atrair uma população mais ampla de usuários”, disse Rogers. "Qualquer pessoa que use sua voz extensivamente pode se beneficiar."

A dupla também se uniu ao fonoaudiólogo e especialista em voz Aaron M. Johnson para explorar como os dispositivos poderiam ser usados ​​para avaliar e monitorar o tratamento de pacientes com distúrbios vocais. Johnson, que co-dirige o NYU Langone Voice Center, disse que o pequeno dispositivo sem fio pode ajudar a rastrear as vozes dos pacientes no mundo real, fora de um ambiente clínico.

"Uma parte fundamental da terapia de voz é ajudar as pessoas a mudar como e quanto usam a voz", disse Johnson, coautor do estudo e professor associado do departamento de otorrinolaringologia da NYU Grossman School of Medicine. “Este dispositivo permite que os pacientes e seus médicos entendam os padrões de uso da voz e façam ajustes na demanda de voz para reduzir sua a fadiga e acelerar a sua recuperação. Generalizar técnicas vocais e exercícios de sessões de terapia para a vida diária é um dos aspectos mais desafiadores da terapia de voz, e este dispositivo pode melhorar muito esse processo."

> Algoritmos treinados por cantores

A equipe modificou os dispositivos Rogers existentes para medir com precisão a carga vocal ao longo do tempo. Isso inclui frequência, volume, amplitude, duração e hora do dia. Como os dispositivos Rogers anteriores para pacientes com COVID-19 e AVC, o novo dispositivo também detecta vibrações em vez de gravar áudio. Isso permite que o dispositivo detecte com precisão a atividade vocal do usuário, em vez do ruído ambiente ao redor.

O maior desafio foi desenvolver algoritmos capazes de distinguir a fala do canto. Para superar esse desafio, Brancaccio recrutou alunos de voz e ópera para realizar uma variedade de exercícios de canto para treinar os algoritmos de aprendizado de máquina. Uma equipe de cantores clássicos com diferentes extensões vocais, do baixo ao soprano, usou os dispositivos enquanto cantarolava, cantava escalas e canções sussurradas, lia e muito mais. Cada cantor gerou 2.500 janelas de canto de um segundo e 2.500 janelas de fala de um segundo.

O algoritmo resultante pode separar o canto da fala com mais de 95% de precisão. E, quando usado em um coral, o aparelho capta apenas os dados do usuário e não o ruído dos cantores próximos.

“Falar por muito tempo é uma das atividades mais desgastantes para quem está se preparando para se tornar um cantor profissional”, disse Brancaccio. “Ao separar o canto da fala, você pode ajudar as pessoas a desenvolverem mais consciência do quanto falam. Há evidências de que mesmo breves períodos de 15 a 20 minutos de silêncio total intercalados ao longo do dia podem ajudar os tecidos das cordas vocais a se recuperarem e se repararem”.

> Como usar o dispositivo

Para usar o dispositivo, o usuário simplesmente o conecta ao esterno, abaixo do pescoço, e sincroniza o dispositivo com o aplicativo que o acompanha. A equipe de Rogers está trabalhando atualmente em um método para personalizar orçamentos de voz para cada usuário. Aqui, os usuários irão pressionar um botão no aplicativo se sentirem desconforto vocal a qualquer hora do dia, capturando efetivamente a carga vocal cumulativa e instantânea naquele momento. Esses dados podem servir como um limite personalizado para fadiga vocal. Quando o usuário se aproxima ou excede seu limite personalizado, um dispositivo móvel vibrará como um alerta.

Semelhante em tamanho e forma a um relógio de pulso, este dispositivo inclui vários motores que podem ser ativados em diferentes padrões e em diferentes níveis de intensidade para transmitir diferentes mensagens. Os usuários também podem monitorar uma exibição gráfica dentro do aplicativo, que divide as informações em categorias de fala e canto.

“Ele usa Bluetooth, então pode se comunicar com qualquer dispositivo que tenha um mecanismo háptico integrado”, disse Rogers. “Então, você não precisa usar nossa pulseira. Você poderia apenas tirar proveito de um smartwatch padrão para feedback tátil."

“Eles não funcionam para monitoramento contínuo em um ambiente real”, disse Brancaccio. “Em vez de usar equipamentos pesados ​​e com fio, posso ficar com este dispositivo portátil e suave. Uma vez ligado, nem percebo. É superleve e fácil.”