[論文レビュー] The Impact of Vocalization Loudness on COVID-19 Transmission in Indoor Spaces

Santiago Barreda, Sima Asadi+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2020

Infection Control and Ventilation参考文献 33被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、屋内空間におけるSARS-CoV-2の飛沫感染をモデル化し、発声の音量を6 dB低減することで、換気量を2倍にしたのと同等の飛沫感染リスク低減が得られることを示している。研究結果は、COVID-19やその他の呼吸器疾患の感染を軽減するため、高リスクの屋内環境に『静けさの区域』を設けることを提言する。

ABSTRACT

There have been several documented outbreaks of COVID-19 associated with vocalization, either by speech or by singing, in indoor confined spaces. Here, we model the risk of in-room airborne disease transmission via expiratory particle emission versus the average loudness of vocalization and for variable room ventilation rates. The model indicates that a 6-decibel reduction in average vocalization intensity yields a reduction in aerosol transmission probability equivalent to doubling the room ventilation rate. The results suggest that public health authorities should consider implementing "quiet zones" in high-risk indoor environments, such as hospital waiting rooms or dining facilities, to mitigate transmission of COVID-19 and other airborne respiratory diseases.

研究の動機と目的

• 発声の音量と屋内環境における飛まつ感染リスクの関係を定量化すること。
• 部屋の換気量の変化が発声の強度に与える影響が、病原体の拡散にどのように作用するかを評価すること。
• 換気以外の対策として発声の音量を低減することによる公衆衛生的影響を評価すること。
• 高リスクの屋内空間における飛まつ感染を低減するための実行可能な戦略、たとえば『静けさの区域』の提言。
• 音響的強度と呼吸器病原体の感染ダイナミクスを結びつける定量的フレームワークの提供。

提案手法

• 発声や歌い声の過程における呼出粒子の放出に基づく飛まつ感染の数学的モデルを開発した。
• 発声の平均音量（デシベル単位）と部屋の換気量（時間当たりの空気置換回数）を変数として組み込んだ。
• 飛まつ濃度の動態を用いて、密閉空間内での感染確率を時間経過とともに推定した。
• 人間の発声に伴う粒子放出レートに関する既存データを用いて、モデルをキャリブレーションした。
• 音量低減の効果と換気量の同等の増加を比較し、相対的なリスク低減を特定した。
• 病院、食堂、講堂などの実際の屋内環境にモデルを適用し、実用的意義を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 発声の音量は、屋内空気中の感染性飛まつの濃度にどのように影響するか？
• RQ2 音量の低減と換気量の増加の両者が、感染リスクに与える相対的影響は何か？
• RQ3 中程度の発声強度の低減は、密閉空間内でのSARS-CoV-2感染確率をどの程度低減できるか？
• RQ4 換気の改善と比較して、音量低減の有効性は、飛まつ感染の緩和においてどの程度高いか？
• RQ5 高リスクの屋内環境に『静けさの区域』を導入する実用的意義は何か？

主な発見

• 平均発声強度を6デシベル低減することで、部屋の換気量を2倍にしたのと同等の飛まつ感染リスク低減が得られる。
• モデルは、特に換気の悪い部屋では、発声の強度が感染性飛まつの濃度を著しく上昇させることを示している。
• 発声の音量をわずかに低減するだけでも、換気量が限られている状況では顕著なリスク低減が得られる。
• 音声強度の制御は、換気の代替手段として実現可能で低コストな選択肢であると示唆されている。
• モデルは、病院や飲食施設のような高リスクの屋内環境において『静けさの区域』の実施が実行可能で効果的であることを支持している。
• 発声の音量と感染リスクの関係は非線形であり、高強度の発声では飛まつの蓄積が顕著に増加する。