[논문 리뷰] The Impact of Vocalization Loudness on COVID-19 Transmission in Indoor Spaces

Santiago Barreda, Sima Asadi외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 09. 09.

Infection Control and Ventilation참고 문헌 33인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 실내 공간에서의 SARS-CoV-2 기저귀 전파를 모델링하여, 발성 음량을 6 dB 감소시키는 것이 환기 률을 두 배로 늘리는 것과 동일한 정도로 에어로졸 전파 위험을 감소시킨다는 것을 보여준다. 연구 결과는 고위험 실내 환경에서 '조용한 구역'을 조성하여 코로나19 및 기타 호흡기 질환의 전파를 완화할 것을 제안한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 실내 환경에서 발성 음량과 에어로졸 전파 위험 간의 관계를 정량화하는 것.
• 실내 환기 률의 변화가 발성 강도에 따라 질병 전파에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 비환기 조치로서 발성 음량을 줄이는 것이 공중보건에 미치는 잠재적 영향을 평가하는 것.
• 실내 공기 전파 질환의 전파를 줄이기 위해 고위험 실내 환경에서 '조용한 구역'과 같은 실행 가능한 전략을 제안하는 것.
• 소음 강도와 호흡기 병원체 전파 역학 간의 정량적 프레임워크를 제공하는 것.

제안 방법

• 말하기나 노래할 때 호흡으로 배출되는 기저귀 입자의 동역학을 기반으로 한 공기 전파 모델을 개발한 것.
• 평균 발성 음량(데시벨로 측정)과 실내 환기 률(시간당 공기 교환 수)를 변수로 포함한 것.
• 에어로졸 농도 동역학을 사용하여 밀폐된 공간에서의 감염 확률을 시간에 따라 추정한 것.
• 인간 발성에서 입자 배출 속도에 관한 기존 데이터를 사용하여 모델을 校정한 것.
• 음량 감소 효과를 동등한 환기 률 증가와 비교하여 상대적 위험 감소를 평가한 것.
• 병원, 식당, 강당과 같은 실제 실내 환경에 모델을 적용하여 실용적 함의를 평가한 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 발성 음량은 실내 공기 중 감염성 에어로졸 농도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 음량 감소와 환기 률 증가 중 어느 것이 전파 위험에 더 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 어느 정도의 발성 강도 감소가 밀폐된 공간에서 SARS-CoV-2 전파 확률을 줄일 수 있는가?
• RQ4 에어로졸 전파 완화를 위해 음량 감소가 기존의 환기 개선 조치보다 얼마나 효과적인가?
• RQ5 '조용한 구역'을 고위험 실내 환경에 도입할 경우 실용적 함의는 무엇인가?

주요 결과

• 평균 발성 강도를 6 dB 감소시키는 것은 실내 환기 률을 두 배로 늘리는 것과 동일한 정도로 에어로졸 전파 위험을 감소시킨다.
• 모델은 높은 강도의 발성으로 인해 실내 공기 중 감염성 에어로졸 농도가 상당히 증가함을 보여주며, 특히 환기가 잘 되지 않는 공간에서 더욱 두드러진다.
• 조금의 발성 음량 감소만으로도 환기 조건이 제한된 상황에서는 상당한 위험 완화 효과를 얻을 수 있다.
• 연구 결과는 발성 강도 조절이 환기 외에 저비용으로 효과적인 보완 조치가 될 수 있음을 시사한다.
• 모델은 병원과 식당 시설과 같은 고위험 실내 환경에서 '조용한 구역'의 실현 가능성과 효과성을 뒷받침한다.
• 발성 음량과 전파 위험 간의 관계는 비선형적이며, 높은 강도에서는 비례를 초월해 에어로졸 축적도 급격히 증가한다.