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    Acta Otorrinolaringol Esp. 2014;65(3):170---176

    www.elsevier.es/otorrino

    ARTCULO ORIGINAL

    Anlisis acstico de la voz mediante el progama Praat:

    estudio comparativo con el programa Dr. Speech

    Faustino Nnez Batallaa,, Roco Gonzlez Mrqueza, M. Beln Pelez Gonzlezb,Irene Gonzlez Labordab, Mara Fernndez Fernndezb y Marta Morato Galna

    a Servicio de Otorrinolaringologa, Hospital Universitario Central deAsturias, Oviedo, Espana

    b Grado de Logopedia, Facultadde Psicologa, Universidadde Oviedo, Oviedo, Espana

    Recibido el 10 de diciembre de 2013; aceptado el 18 de diciembre de 2013Disponible en Internet el 26 de marzo de 2014

    PALABRAS CLAVEEspectrograma;Anlisis acstico;Praat;Dr. Speech

    Resumen

    Introduccin yobjetivos: El protocolo de la European Laringological Society (ELS) para lavaloracin funcional de la disfona incluye 5 dimensiones: percepcin, anlisis acstico, videoes-troboscopia, aerodinmica y autovaloracin del paciente.

    El objetivo de este trabajo es correlacionar los resultados obtenidos con el programa comer-cial Dr. Speech con los obtenidos con el programa gratuito Praat en 2 mbitos:

    1. Espectrograma de banda estrecha (presencia de ruido segn Yanagihara y presencia desubarmnicos) (semicuantitativo).2. Parmetros acsticos de la voz (jitter, shimmer, relacin armnico-ruido, frecuencia fun-

    damental) (cuantitativo).Material ymtodos: Se estudiaron un total de 99 muestras de voz diagnosticadas mediantevideoestroboscopia de edema de Reinke. En este estudio un observador independiente utilizel Dr. Speech 3.0 y otro el Praat (Phonetic Sciences, University of Amsterdam).

    El anlisis espectrogrfico consisti en obtener un espectrograma de banda estrecha a partirde las anteriores voces digitalizadas por parte de los 2 observadores independientes. Despusdeterminaron la presencia de ruido en el espectrograma siguiendo los grados de Yanagihara yla presencia de subarmnicos. Por ltimo, se obtuvieron los siguientes parmetros acsticos:jitter, shimmer, relacin armnico-ruido (HNR) y el valor de la frecuencia fundamental (Fo).Resultados: Los resultados indican que el espectrograma y el parmetro de perturbacin de lafrecuencia jitter son comparables en los 2 programas. Tambin es comparable el parmetro de

    perturbacin de la amplitud shimmer, a pesar de haber analizado tanto voces de tipo 1, comode tipo 2 y de tipo 3.Conclusiones: Los programas Praat y Dr. Speech ofrecen similares resultados en el anlisisacstico de las voces patolgicas. 2013 Elsevier Espaa, S.L. Todos los derechos reservados.

    Autor para correspondencia.Correo electrnico: [email protected] (F. Nnez Batalla).

    0001-6519/$ see front matter 2013 Elsevier Espaa, S.L. Todos los derechos reservados.http://dx.doi.org/10.1016/j.otorri.2013.12.004

    men o escarga o e p: www.elsevier.es el . opia para uso personal, se pro e la ransmisi n e es e ocumen o por cualquier me io o orma o.

    http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/dx.doi.org/10.1016/j.otorri.2013.12.004http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/dx.doi.org/10.1016/j.otorri.2013.12.004http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/dx.doi.org/10.1016/j.otorri.2013.12.004http://www.elsevier.es/otorrinomailto:[email protected]://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/dx.doi.org/10.1016/j.otorri.2013.12.004http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/dx.doi.org/10.1016/j.otorri.2013.12.004mailto:[email protected]://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1016/j.otorri.2013.12.004&domain=pdfhttp://www.elsevier.es/otorrinohttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/dx.doi.org/10.1016/j.otorri.2013.12.004
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    Programa Praat: estudio comparativo con el programa Dr. Speech 171

    KEYWORDSSound spectrogram;Acoustic analysis;Praat;Dr. Speech

    Acoustic voice analysis using the Praat program: Comparative study with the Dr.

    Speech program

    Abstract

    Introduction andobjectives: The European Laryngological Society (ELS) basic protocol forfunctional assessment of voice pathology includes 5 different approaches: perception, videos-troboscopy, acoustics, aerodynamics and subjective rating by the patient. In this study we

    focused on acoustic voice analysis.The purpose of the present study was to correlate the results obtained by the commercialsoftware Dr. Speech and the free software Praat in 2 fields:

    1. Narrow-band spectrogram (the presence of noise according to Yanagihara, and the presenceof subharmonics) (semi-quantitative).

    2. Voice acoustic parameters (jitter, shimmer, harmonics-to-noise ratio, fundamental fre-quency) (quantitative).Material andmethods: We studied a total of 99 voice samples from individuals with Reinkesoedema diagnosed using videostroboscopy. One independent observer used Dr. Speech 3.0 anda second one used the Praat program (Phonetic Sciences, University of Amsterdam).

    The spectrographic analysis consisted of obtaining a narrow-band spectrogram from the pre-vious digitalised voice samples by the 2 independent observers. They then determined thepresence of noise in the spectrogram, using the Yanagihara grades, as well as the presence ofsubharmonics. As a final result, the acoustic parameters of jitter, shimmer, harmonics-to-noise

    ratio and fundamental frequency were obtained from the 2 acoustic analysis programs.Results: The results indicated that the sound spectrogram and the numerical values obtainedfor shimmer and jitter were similar for both computer programs, even though types 1, 2 and 3voice samples were analysed.Conclusions: The Praat and Dr. Speech programs provide similar results in the acoustic analysisof pathological voices. 2013 Elsevier Espana, S.L. All rights reserved.

    Introduccin

    El anlisis acstico de la voz basado en las medidas de la

    perturbacin ha sido objeto de largo debate, especialmenteen lo que respecta a su validez, fundamentalmente con lavalidez de criterio con la evaluacin perceptual, punto dereferencia para la valoracin de la calidad vocal. Nume-rosos estudios han demostrado la relacin que tienen losparmetros de perturbacin con los correlatos perceptualesde disfona que se califican conforme al sistema GRABS1---3,dejando tambin demostrado que estos parmetros permi-ten documentar la severidad de una disfona sin que se hayapodido demostrar una utilidad para el diagnstico etiolgicodel trastorno vocal4,5.

    A pesar de ser un tema de intensa actividad investiga-dora, no se ha logrado extender el uso de estos parmetrosde forma rutinaria en la clnica. Una de las causas sin duda ha

    sido el coste de los sistemas y programas de anlisis acsticode la voz. Sin embargo, en la actualidad estamos asistiendo ala aparicin de aplicaciones informticas gratuitas que pue-den ser utilizadas para este cometido. Uno de los programasque ms amplia difusin est teniendo es el programa Praat,disenado en principio para usos relacionados con la fonticainstrumental, pero con gran capacidad de anlisis de senalesacsticas y espectrografa. En este trabajo se presenta unacomparacin de los resultados de anlisis acstico de la per-turbacin y espectrogrficos entre un programa comercial yel Praat utilizando las mismas grabaciones de voces disfni-cas, con el objeto de conocer si existen diferencias entre losmismos y aportar evidencias que apoyen la aplicacin en la

    clnica del ltimo, con el fin de extender el anlisis acsticode la voz en la prctica diaria.

    Material y mtodos

    Muestras vocales

    Se estudiaron de forma retrospectiva un total de 99 muestrasde voz correspondientes a otros tantos pacientes, diagnos-ticados mediante videoestroboscopia de edema de Reinke.

    Grabacin

    La senal acstica se registr mediante el uso de la aplicacin

    Voice Assessment del programa Dr. Speech 3.0 para Windows95. El ordenador utilizado fue un PC compatible Pentium-100con una memoria RAM de 16 Mb. Para la digitalizacin de lasenal vocal se instal una tarjeta de sonido compatible conWindows de 16 bit de resolucin y frecuencias de registrode 44.100 (Sound Blaster 16). El micrfono es unidireccionaldinmico. La frecuencia de muestreo fue de 44.100 Hz y seutiliz un micrfono de alta resolucin frecuencial que secoloc a 10 cm de la boca del paciente mientras realizabala fonacin de una vocal /e/ a intensidad y tonos cmodosen una cmara sonoamortiguada. De la emisin el ordenadorcapta 3 seg. Se siguieron las recomendaciones del NationalCenterforVoice andSpeech6.

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    172 F. Nnez Batalla et al

    Anlisis espectrogrfico

    El anlisis espectrogrfico consisti en la realizacin de unespectrograma de banda estrecha con ambos programasa partir de las voces digitalizadas que fueron entrega-das a cada observador; se clasific esas voces segn laescala de Yanagihara7 y se determin la presencia o no desubarmnicos8.

    Anlisis de la perturbacin

    Para el anlisis acstico se determinaron los valores jit-ter, shimmer, relacin armnico-ruido (HNR) y el valor de lafrecuencia fundamental (F0) proporcionados por cada pro-grama. En este trabajo se considera el jitter medio relativoy el shimmer medio porcentual.

    Programas de anlisis acstico

    El Dr. Speech Sciences para Windows de Tiger ElectronicsInc. es un conjunto de programas especialmente disenadopara su uso en ordenadores compatibles, creado para elanlisis y rehabilitacin de la voz con fines clnicos, que fun-ciona en un entorno de Windows y puede instalarse en unordenador porttil que cumpla los requisitos. Comprendeuna serie de programa o mdulos: evaluacin de la voz(voice assessment); anlisis del lenguaje (speech analysis);anlisis electroglotogrfico (EGG assessment); control de laevolucin clnica (clinicalprogress tracking); entrenamientovocal (speech training); sntesis y rehabilitacin vocal (voicesynthesis and therapy); generador de ondas (wave genera-tor); fonetograma (phonetogram). En este trabajo se hanutilizado los 2 primeros mdulos: el mdulo evaluacin de lavoz (voice assessment) que permite el clculo de 5 parme-

    tros vocales ----frecuencia fundamental (F0), jitter, shimmer,ruido gltico y la desviacin estndar de la F0----. Permitela obtencin de los valores numricos y una sencilla repre-sentacin grfica del resultado de los anlisis comparadoscon un patrn grfico de normalidad, que posibilita evaluarrpidamente de forma visual el grado de disfona. El mduloanlisis del lenguaje (speech analysis), que mediante elempleo de 2 ventanas permite visualizar la forma de ondau oscilograma de una frase y analizar un espectrograma debanda ancha o estrecha de toda la frase o del segmentoseleccionado; asimismo es capaz de dibujar sobre el espec-trograma los formantes.

    El programa Praat es una herramienta para el anlisisfontico del habla desarrollada por Paul Boersma y David

    Weenink en el Instituto de Ciencias Fonticas de la Universi-dad de msterdam9. Se abre el programa y en la ventanaPraat Objects se selecciona en el men superior Open,seleccionamos Readfrom file, para escoger la voz grabadaguardada previamente en una carpeta, seleccionamos elarchivo que queremos analizar y aparecer en Objects.

    Para obtener la F0 y el anlisis de la perturbacin, eljitter y el shimmer, y el HNR en la ventana Praat objects,en la columna de la derecha se selecciona View&Edit. Seselecciona Pulses y luego Showpulses, con lo que aparecenlos pulsos glticos sobre el oscilograma. A continuacin seselecciona una parte de la voz o toda ella, y en el mensuperior se selecciona Pulses y luego Voice report. Aparece

    Tabla 1 Estadstica descriptiva de ambos programas

    Media Desviacinestndar

    Mximo Mnimo

    Jitter (DS) % 0,72 1,0 5,7 0,0Jitter (P) % 0,59 0,7 17,7 0,1Shimmer (DS) % 3,8 3,4 23,7 0,0Shimmer (P) % 3,8 3,4 21,9 0,7

    HNR (DS) 20,3 6,4 31,8 0,0HNR (P) 20,3 6,1 30,4 1,8F0 (DS) Hz 175,1 48,1 289,9 86,5F0 (P) Hz 169,9 49,2 282,6 84,4

    DS: Dr. Speech; F0: frecuencia fundamental; HNR: relacinarmnico-ruido; Hz: hercios; P: Praat.

    entonces una nueva ventana Praat Info, con los datos de laF0, el jitter, el shimmer y el HNR, entre otros parmetros.Los parmetros seleccionados para hacer la comparacincon los que maneja el programa Dr. Speech son:Median Pitch(Hz), Jitter(rap %), Shimmer(apq 5%) y Mean harmonics-to-

    noise ratio (dB).

    Anlisis estadstico

    Las variables continuas se describen mediante media y des-viacin estndar (parmetros del anlisis acstico) y lascategricas mediante frecuencias relativas (parmetros delespectrograma).

    Para estudiar la diferencia entre las variables continuasse utiliz el ndice de correlacin intraclase (ICC), que per-mite ver el grado de concordancia entre las medidas. Dichondice se considera como buena correlacin cuando elvalor obtenido supera 0,8.

    En las variables categricas se emple el ndice kappapara descartar coincidencias por azar (si es + 1 hay totalacuerdo, si es --- 1 hay total desacuerdo, si es 0 indica totalindependencia).

    Las 2 muestras que indicaron resultados del anlisis dela perturbacin que superan el 5% fueron eliminadas delestudio estadstico por considerarse poco fiables10,11.

    El anlisis estadstico (previa elaboracin de una base dedatos) se llev a cabo mediante el programa SPSS versin15.0 para Windows (SPSS Inc., Chicago, IL).

    Resultados

    Anlisis acstico

    En todas las variables estudiadas se encuentra un elevadoICC, siendo el mnimo el obtenido para F0 (0,740) y elmximo el obtenido para el shimmer (0,903). Las diferen-cias obtenidas entre los resultados suministrados por ambosprogramas no son significativas, exceptuando el caso dela variable jitter (p = 0,005). Sin embargo, esta diferenciapodra deberse a lo elevado de la correlacin entre ambosprogramas, que hara significativas mnimas diferencias enlos resultados. Tambin podra deberse a la utilizacin dediferentes algoritmos por cada programa para calcular esteparmetro.

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    Tabla 2 Resultados estadsticos

    Dr. Speech Praat Valor p ICC (CI 95%)

    Media DS Media DS

    Jitter (%) 0,722 1,0 0,595 0,786 0,005 0,856 (,2-,7)Shimmer (%) 3,810 3,433 3,820 3,412 0,926 0,903 (,7-,9)HNR 20,35 6,430 20,39 6,152 0,911 0,784 (,7-,8)

    F0 (Hz) 175,15 48,10 169,95 49,26 0,092 0,740 (,6-,9)CI: intervalo de confianza; DS: desviacin estndar; ICC: intervalo intraclases.

    Tabla 3 Estadstica descriptiva de la espectrografa: grados de Yanagihara y subarmnicos

    Grado I Grado II Grado III Grado IV Subarmnicos

    Dr. Speech 41,1% 25,2% 24,3% 7,5% 38,3%Praat 40,2% 26,2% 23,4% 6,5% 41,7%

    Los resultados obtenidos en el anlisis acstico de las

    voces pueden verse tanto en la tablas 1 y 2 como en lasfiguras 1 y 2.

    Anlisis espectrogrfico

    En la tabla 3 se exponen la estadstica descriptiva de loshallazgos espectrogrficos de ambos programas.

    En la clasificacin de las voces en la escala de Yanagiharahubo concordancia entre ambos observadores en 94 de los99 casos (96%), con un ndice kappa de 0,940 (p = 0,03). Este

    resultado indica una correlacin casi completa entre ambas

    observaciones.Adems, el anlisis de subarmnicos mostr coincidenciaen 93 casos (94%), con un ndice kappa de 0,873 (p =0,05).

    Discusin

    En este estudio se exponen las similitudes entre un programacomercial (Dr. Speech de Tiger Electronics) y un programagratuito de anlisis acstico de la voz (Praat) mediante elanlisis de muestras vocales de 3 seg de duracin de una

    0 00

    5

    5

    10

    10

    15

    15

    Shimmer (DS)

    Shimmer(P)

    20

    5

    5

    10

    10

    15

    15

    20

    20HNR (DS)

    HNR

    (P)

    25

    25

    30

    30

    100

    100

    150

    150

    F0(P)

    F0 (DS)

    200

    200

    250

    250

    200

    1

    1

    2

    2

    3

    3

    4

    4

    5

    5

    Jitter (DS)

    Jitter(P)

    Figura 1 Correlacin de las distintas variables en el anlisis de la concordancia en el anlisis acstico.

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    2

    20

    20

    5 10 100 150 200 25015 20 25 30

    1010

    0 0

    1010

    20

    20

    4

    2

    0 1 0 5 10 15 202 3 4

    Means

    Means Means

    HNR F0

    Means

    Jitter Shimmer

    Differences

    Differences

    Differences

    Differences

    5

    1

    0 0

    2

    4

    1

    2

    Figura 2 Grficos de Bland-Altman para las variables acsticas, que muestran la concordancia entre los datos obtenidos medianteambos programas.

    vocal sostenida /e/ obtenidas de 99 pacientes diagnostica-dos de edema de Reinke.

    Existen antecedentes de estudios que han analizado las

    diferencias en los resultados de las medidas de perturbacinentre programas de anlisis acstico12---14. En este trabajose aborda adicionalmente la espectrografa, analizando losresultados de la clasificacin del ruido y de la presencia desubarmnicos entre ambos programas.

    En nuestro trabajo se observa que el jitter presenta unamenor correlacin entre ambos programas, hallazgo que seha comprobado tambin en otros estudios, donde se observaque aunque se encuentran fuertes similitudes en los resul-tados de la frecuencia fundamental entre los programas,las medidas de perturbacin presentan unas correlacionesmenos significativas, especialmente en las de la frecuen-cia. El hecho de que las perturbaciones de amplitud tenganmejores correlaciones que las de frecuencia se explica

    porque el jitter es mucho ms dependiente del exactoemplazamiento de los lmites de las ondas que en el casodel shimmer. Mientras que errores mnimos en la localiza-cin de los lmites de la onda anaden de forma intensa ruidoa las medidas de la perturbacin de frecuencia, el efecto detales errores supone menos detrimento en las medidas deperturbacin de amplitud, dado que generalmente no sonde tanta magnitud como para eliminar de forma completael pico de un ciclo12,14. De esta forma se explica que los estu-dios que comparan los resultados entre distintos programas,entre los que se incluye el presente, encuentren correlacio-nes dbiles o moderadas en la perturbacin de frecuencia ymoderadas o fuertes en la perturbacin de amplitud. Este

    hecho hace necesario que se estudien series de personassanas con el objeto de establecer los valores normativos parael programa Praat, tarea que no ha sido hasta el momento

    llevada a cabo15

    .Tras estudiar las medidas de perturbacin este trabajoinvestig las similitudes y diferencias entre ambos progra-mas en la espectrografa. Los trazados espectrogrficos debanda estrecha se analizaron de acuerdo a la clasificacin deYanagihara y observando la presencia de subarmnicos. Sepone de manifiesto una elevada concordancia entre obser-vadores en el anlisis espectrogrfico con ambos programas,tanto en la escala de Yanagihara, con una correlacin casicompleta, como en los subarmnicos. Los resultados mos-traron una coincidencia casi absoluta, con lo que se puedeconcluir que el anlisis espectrogrfico es absolutamentecomparable entre los distintos programas. Este hallazgoera esperado porque los programas producen una imagen o

    espectrograma que para su interpretacin exige la califica-cin por parte del examinador, y no un algoritmo matemticoque resulte en un resultado numrico.

    El contar con esta ventaja en la espectrografa permitecomparaciones entre los resultados de distintos programas,siempre que los criterios de calificacin de las grficas seancomunes. Hay que tener en cuenta que el anlisis acsticode la voz debe contar necesariamente con esta tcnica parael estudio de las voces que excedan el 5% de perturbacinen frecuencia o amplitud, voces que corresponderan al tipoii de Titze. Segn este autor6 es til clasificar, en primerlugar, las voces en 3 tipos: las voces tipo 1 son prctica-mente peridicas; las voces tipo 2 contienen aperiodicidad,

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    subarmnicos o roturas de la voz; las voces tipo 3 son cati-cas. Por tanto, recomienda comenzar la evaluacin de la vozpatolgica con la realizacin de un anlisis espectrogrficocon el fin de determinar los mtodos de estudio ms id-neos para cada caso en particular, y tanto el espectrogramahallado con el Dr. Speech como con el Praat sirven para estefin.

    Las medidas de perturbacin a corto plazo no son fiables

    si las voces contienen intermitencias, fuertes subarmnicoso modulaciones16, por lo que las voces tipo 2 y tipo 3 solopueden ser estudiadas a travs de un mtodo de clasifica-cin perceptual (GRBAS), y por un mtodo visual como elespectrograma. Por muy patolgica que sea la voz siemprese dispondr de un grfico en el que veremos representadoel ruido, los armnicos, los subarmnicos y los segmentos devacos de senal8.

    En cambio, las voces tipo 1 son las que s pueden anali-zarse por medio de los parmetros de perturbacin a cortoplazo (jitter, shimmer, HNR) de manera fiable16.

    Con este estudio de la correlacin de los resultados obte-nidos por 2 programas de anlisis acstico, uno comercial(Dr. Speech) y otro gratuito (Praat), pretendemos apoyarcon evidencias el uso de este ltimo, lo que supondra dis-frutar de algunas de las siguientes ventajas: el programaDr. Speech est disenado para el sistema operativo Windows95/NT/98/2000/XP y no se puede utilizar con otros sistemasoperativos. En cambio, el Praat se puede utilizar tanto paraWindows como para Macintosh, el sistema operativo libreLinux y otros sistemas como FreeBSD, SGI, Solaris, HPUX,lo cual facilita su instalacin en cualquier equipo, sin tenerque disponer de un sistema operativo concreto. El ProgramaPraat es un software de cdigo abierto (en ingls open sourcesoftware u OSS), es decir, est licenciado de tal manera quelos autores exponen de forma abierta el cdigo fuente, losalgoritmos utilizados en el programa para cada parmetro

    son de dominio pblico, no tienen derechos de autor, y estoles permite a los usuarios utilizar, cambiar y mejorar el soft-ware. De este modo, gracias a la colaboracin entre autoresy usuarios el programa se desarrolla ms rpidamente queun programa comercial. El programa Praat es gratuito, porlo que se encuentra disponible para todos los profesionalesde la voz, ya se encuentren en instituciones o en gabinetesparticulares.

    Segn el estudio de Rodrguez-Parra et al.17 el 62% delos servicios de ORL espanoles no disponen de laboratoriode voz, a pesar de que actualmente puede considerarseesencial en la evaluacin y tratamiento de pacientes conalteraciones vocales y para la investigacin clnica de esostrastornos18.

    La funcin vocal es multidimensional3 y por tanto su eva-luacin tambin tiene que ser multidimensional, incluyendo:percepcin, anlisis acstico, videoestroboscopia, aerodin-mica y autovaloracin del paciente19. As pues, el hecho dedisponer de programas gratuitos fiables debera favorecer suextensin tanto en instituciones pblicas como en consultasprivadas con bajo presupuesto.

    Esto es importante sobre todo para los profesionales quetrabajan de manera autnoma. El nmero de pacientes contrastornos de la voz que suele acudir a una consulta privadade logopedia en relacin con otras afecciones, no suele jus-tificar la inversin econmica en un programa comercial,pero la existencia de programas gratuitos vlidos, fiables,

    con mnimos requisitos de equipamiento y fcilmente mane-jables contribuye a la mejora de la calidad de la asistenciaal paciente.

    Derivado de este trabajo, y para poder emplear en elmbito clnico el programa Praat, es necesario que se estu-dien series de personas sanas con el objeto de establecer losvalores normativos del mismo, tarea que no ha sido hasta elmomento llevada a cabo.

    Conclusiones

    El espectrograma obtenido con el programa Praat es compa-rable al hallado con el programa Dr. Speech.

    Se encuentran correlaciones dbiles o moderadas en laperturbacin de frecuencia, y moderadas o fuertes en laperturbacin de amplitud.

    Conflicto de intereses

    Los autores declaran no tener ningn conflicto de intereses.

    Bibliografa

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