2023口罩对发声影响的研究进展.docx

《2023口罩对发声影响的研究进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023口罩对发声影响的研究进展.docx（9页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、2023口罩对发声影响的研究进展一、引言新型冠状肺炎(COVID-19)是一种具有高度传染性的呼吸道疾病,近几年，对全球人民的生活及世界经济产生了严重影响。COVID-19的传播途径主要有呼吸道飞沫传播、接触传播、空气气溶胶传播，佩戴口罩可以有效阻碍病毒传播，口罩作为应对疫情的重要措施，使用日益频繁。口罩具有对中高频率段声音衰减的作用。由于口罩遮盖口部、面部,对话时人们无法获得相关视觉信息，对日常交流，特别对听障人士产生了严重影响。此外，口罩覆盖在口腔及鼻腔上,佩戴者在发音时会受到潜在影响。目前，国内对口罩对发声的影响研究关注较少。本文对口罩的声学特性、佩戴口罩后对呼吸、发声、共鸣的改变及自我

2、问卷报告进行分析，探讨佩戴口罩对发声带来的潜在影响及听障人士日常交流可能会产生的问题。二、口罩的声学特性口罩覆盖在口腔、鼻腔上，阻碍了声音的传播，起低通滤波器(1owpassfi1ter)的作用。Oren等通过记录佩戴不同类型口罩的人体模型口中微型扬声器发出的歌声，对不同类型口罩对声音的衰减作用进行评估。结果表明外科口罩衰减了35kHz频率范围的声音,N95口罩衰减了25kHz及6kHz以上频率范围的声音。对于j氐于2kHz频率范围的声音,两种口罩都起了一定放大作用，外科口罩对4.57kHz频率范围的声音起放大作用。WoIfe等以白噪声为信号进行研究发现，外科口罩对声音基本没有衰减作用，而N9

3、5口罩及布口罩对48kHz频率范围的声音造成约23dB衰减。塑料面罩对48kHz频率范围的声音造成36dB衰减。Corey等通过头形扬声器和真人说话者作为声源实验,发现外科、N95及KN95口罩对1kHz以下频率段声音没有影响，外科口罩和KN95口罩的峰值衰减约4dB,N95口罩造成的高频衰减略多造成的峰值衰减约6dB,面罩在高频处的衰减达到1014dB,在低频处也造成一定影响。从上述研究可知，口罩对声音的衰减集中在中高频，透明面罩对中高频率段声音的衰减最大，其次是N95、KN95和外科口罩。但透明塑料口罩可以让人们看到嘴唇的动作和面部表情，对于依赖视觉提示进行交流的人群是较好选择。通过口、面

4、部视觉信息，重度和极重度听障人群在噪声中语音感知可得到大幅改善。口罩的材料和编织方法是其声学性能重要的变量，高频声音易受空气和织物孔隙间摩擦影响，透气面料可传递更多声音，对中高频的抑制作用较少。低频率声音则受共振影响，在某些频率下织物可能会产生共振，从而起放大声音的作用。由于口罩不能与口腔及面部完全贴合，口罩与皮肤间的空隙会形成小共鸣腔，对某些频率段的声音起放大作用。13kHz频率段的声音对言语可懂度有重要作用，口罩影响的频率段从2kHz甚至1kHz开始，可能对语音的可懂度造成影响。目前，对口罩声学特性的研究较少，且在实验实施上各不相同。在今后的研究中可以对声源类型、给声材料、录音设备的参数及

5、其距桌面的高度、角度、与声源的距离进行规范化，以提高数据的可靠性、可重复性，更好地博实验数据运用于改良口罩的声学特性及助听器、人工耳蜗的增益补偿等相关研究中。三、佩戴口罩对发音的影响3.1 佩戴口罩对呼吸功能的影响口罩的使用会造成佩戴者在吸气时更加费力且气流摄入量减少，导致佩戴者在说话时难以协调呼吸-发声系统。常用的呼吸能力测试有声门下压(subg1otticpressurezSGP声门阻力(g1otta1resistance,GR平均气流率(meanf1owrate,MFR)、最长发声时间(maximumphonationtime,MPT)等。MPT是深吸气后持续发元音的最长时间,是衡量言语

6、呼吸支持能力的简单易行指标。呼吸方式不当、气流动力支持较弱、发声与呼气运动不协调、声门闭合能力差等问题常造成MPT小于正常值。佩戴外科口罩后受试者MPT无显著差异，提示佩戴外科口罩后并未对言语呼吸产生影响，这可能由于口罩设计较为宽松，未影响正常呼吸。45岁人群佩戴外科口罩后MPT下降，45岁人群佩戴外科口罩后MPT升高，且两组间有统计学意义。推测外科口罩起物理屏障作用，在一定程度上降低了受试者的肺活量。老年人弥补肺活量损失更为困难，使得45岁人群佩戴外科口罩后MPT出现显著下降。s/z比反映发声时声门调节情况，是言语呼吸疾病的诊断依据之一。与不戴口罩相比，佩戴外科口罩及FFP3口罩后s/z比并

7、无显著变化。目前，在佩戴口罩对呼吸功能影响的研究较少，且评估手段较为单一，主要通过MPT进行分析。因此,未来可以对佩戴口罩后平均气流率、声门下压、声门阻力等进行测量，进一步研究佩戴口罩对呼吸的影响。3.2 佩戴口罩对发声功能的影响3.2.1 佩戴口罩对响度的影响把扬声器作为声源，有学者证实口罩作为低频滤波器对中高频率段声音起衰减作用，一个人发音需要呼吸、发声、共鸣多因素协调，相较于扬声器给声存在较多变量。响度反映了声带振动的幅度，听觉感知上反映声音的大小。与未佩戴口罩相比，受试者在佩戴外科口罩后，发声响度无显著差异，但佩戴外科口罩后发声响度降低的人数(65%)略高于响度提高的人数(35%X与不

8、戴口罩相比，受试者在佩戴口罩后声音响度有显著增加。学者把佩戴口罩后声音响度提升的原因归结于听觉反馈，当受试者佩戴口罩后说话清晰度下降，驱使人们提高响度使其声音更清晰。若长期佩戴口罩，以不适宜的方式补偿响度可能会造成发声费力、不适、疲劳，增加嗓音障碍的风险。3.2.2 佩戴口罩对音调的影响基频(fundamenta1frequency,FO)是声带振动的固有频率，听觉感知上反映音调的高低。佩戴外科口罩后，FO有上升趋势，但与未戴口罩相比无显著差异，推测为听觉反馈的结果。在佩戴外科口罩后，FO无显著变化，这可能由于口罩对声音的衰减作用集中在中高频，对1kHz以下频段的声音影响较小。相对基频(re1

9、ativefundamenta1frequency,RFF)是在紧邻清辅音的元音中测得的基频变化，反映发声功能亢进状况，并用作可能受瞬时情绪状态影响的量度。在佩戴口罩,尤其是KN95口罩后,RFF偏移显著降低,推测是由于佩戴口罩后喉部肌肉紧张造成。3.2.3 佩戴口罩对音质的影响基频微扰(jitter)为基频的变化率,用于度量指定的一个周期与它相邻几个周期的差异，主要反映粗糙声程度；幅度微扰(Shimmer)为相邻周期间声波幅度的变化,主要反映嘶哑声程度。佩戴不同类型口罩Jitter.Shimmer均未出现显著变化。佩戴外科口罩，jitter及Shimmer有显著降低。这两个参数越小表示声带振

10、动越稳定。随着响度的增加Jtter和Shimmer会随之减少，两个参数的降低并不表示佩戴口罩后声带振动趋于稳定，可能由于响度和基频的提升造成。谐噪比(harmonic-to-noiseratiozHNR)为长时平均谱(1ong-termaveragespectrum,1TAS)中1.54.5kHz频率范围的非谐波能量与704500HZ范围的谐波总能量之比。用于确定信号中的噪声量，HNR是声音嘶哑的量化指标。与未戴口罩相比，佩戴(外科、布和N95)口罩后HNR并无显著变化，佩戴外科口罩后HNR无显著变化，但佩戴FFP3口罩后HNR显著提高。在佩戴外科口罩及N95口罩后HNR均有显著提升。推测导致

11、HNR提升的原因有以下3方面：(1)语音中的声门噪声成分处于高频范围，口罩对中高频率段声音起衰减作用,从而提高HNRo（2）佩戴口罩时，张嘴的阻力增大，发音时鼻腔共振增强，当元音转变为鼻音时HNR会提升。（3）佩戴口罩类似于将双手捂住嘴巴，会减少声音的衰减，增加口腔共振，从而促使人们更有效的发声。3.3 佩戴口罩对共鸣能力的影响第一共振峰（F1）的频率反映咽腔的共鸣状态，F1频率同舌位高低成负相关，舌位越高F1频率越低；第二共振峰（F2）的频率反应口腔的共鸣状态，F2频率同舌的前后伸缩呈正相关，舌位越向前，F2频率越高；而第三共振峰（F3）的频率同软腭升降呈正相关,F3频率与唇形有关,唇外展时

12、F3频率升高。佩戴口罩后，a音的F3频率显著下降，F1和F2频率呈上升趋势，但无显著差异。推测其原因，一方面受试者通过听觉反馈改变说话习惯，发音时自动调整舌、软腭等发音器官的相对位置，从而改变声道，影响共振峰频率；另一方面，口罩覆盖在口腔、鼻腔外，阻碍了声音的传播，起低通滤波器的作用，会对中高频频率段的声音起衰减作用，/”音F3频率处于衰减范围内。对于男性受试者，在同时佩戴外科口罩和KN95口罩（外科口罩在内,KN95口罩在外）时，a音F2频率显著降低；而对于女性受试者，相较于不佩戴口罩，在佩戴布口罩后a音F2频率显著下降，佩戴外科口罩后，a音F2频率显著上升。目前，学者对于佩戴口罩对发声影响

13、的研究均通过受试者佩戴口罩前后发声变化进行对比，探究佩戴口罩对发声的即时影响。佩戴口罩后发声变化的原因大致归于:(1)口罩声学特性的作用；(2)听觉反馈的作用。在新型冠状肺炎(C0VID-19)疫情背景下，佩戴口罩已成为人们日常生活的一部分。长期佩戴口罩，人们发声是否会因长时间的听觉反馈而产生变化,目前尚无研究。四、自我问卷报告噪音障碍指数(voicehandicapindex,VHI)由Jacobson于1997年提出，由功能(function,F生理(physica1zP)和情感(emotion,E)3个范畴组成，每一范畴包括10个条目,共30个条目。由于30个条目较为费时,R。Sen等选

14、出其中的10个条目组成VH1-IO简化版。Heider等通过对COVID-19高风险医院的医护人员进行问卷调查发现，26.24%的人在VHI-10问卷中得分异常，佩戴口罩48小时和8-12小时人群的VHI评分高于14小时人群。在长期佩戴口罩者VHI提高主要源自生理范畴，而短期佩戴口罩者VHI提高源自情感及功能范畴。人们普遍反应在佩戴口罩后出现呼吸协调困难，发声费力及沟通困难。佩戴口罩时间较长人群噪音疲劳指数voicefatigueindex,VFI既声道不适症指数voca1tractdiscomfort,VTD)(程度及频率)均高于戴口罩时间较短人群。综上，自我问卷报告佩戴口罩后语音清晰度有所

15、降低，由于要维持对话时的可懂度，发声时需要更加费力，并且戴口罩后会对呼吸协调造成一定影响，在长时间、高频次的佩戴下可能引发嗓音障碍。五、佩戴口罩对听障人士的影响5.1 佩戴口罩对于听障人士言语识别的影响口罩阻碍了人们对话时从嘴唇和面部动作中获取信息。口部动作提供了有关辅音信息，对噪声中的言语识别有积极影响,尤其对于听障人士。通过口部及面部信息，噪声中的言语识别率可提高40%。口罩使中高频率段的声音衰减，因此，语言信号与有轻微高频听力损失人群感知的语音相似。对于所有受试者在无佩戴口罩、外科口罩和N95口罩条件下，单词识别分数逐步下降。与听力正常的参与者相比，听力损失参与者在所有类型口罩条件下的表

16、现更差，在佩戴N95口罩条件下，单词识别率降至50%。在此研究中，受试者不是通过听力测试结果进行分组，其自述听力损失具有较大主观性。Poon等通过问卷调查发现,超过80%的自述听力损失受访者表示戴口罩对言语理解产生影响。Jacobson等对正常听力、中度及重度听损人群不戴口罩（仅听觉不戴口罩（听觉和视觉戴透明口罩（仅限听觉戴透明口罩（听觉和视觉戴纸口罩（仅限听觉）在5种不同条件下进行连接语音测试（connectedspeechtest,CST）,设置输出大小为65dBH1,背景噪声为four-ta1kerbabb1e（+10dBSNR研究发现，对于正常听力、中度听损人群无论是否有视觉提示、口罩，言语识别均无显著影响。重度听损人群言语识别则出现较大困难，通过视觉提示，噪声中言语识别有显著改善。该研究没有统计中度听损及重度听损人群助听后听阈，两组受试者的助听效果可能存在差异。噪声下言语测试仅在+10dBSNR条件下进行，SNR