[연구결과] 안면 마스크의 언어 인식에 대한 부정적인 영향 - 이편한보청기

안면 마스크는 산만한 스피커(음원)가 있는 경우 음향 음성 기능의 재구성을 방해하고,
상위 수준 분할기능(세그먼트화)을 손상시킵니다. <bioRxiv 연구요약> 

 

안면 마스크는 현재 진행중인 Covid-19 팬데믹 동안 SARS-CoV 2의 전염에 대응하기 위한 보편적인 수단이 되었습니다. 하지만 안면 마스크는 매일 듣는 상황에서 문제를 일으킵니다.

안면 마스크는 여러 연구에서 음성 신호의 음향 세부 정보를 손상시키는 것으로 나타났으며, N95/FFP2 마스크는 중간 및 높은 주파수에서 상당히 강한 감쇠를 보이는 반면, 수술용 안면 마스크는 음향 음성 신호에 대해 중간 정도의 영향만 나타냅니다.

 

안면 마스크의 의도하지 않은 "부작용"은 특히 듣기 어려운 상황에서 언어 인식에 부정적인 영향을 미치는 것입니다. 지금까지 행동 연구는 이러한 청취 상황에서 음성 처리 안면 마스크의 어떤 기능이 영향을 미치는지 정확히 지적하지 않았습니다.

 

Rahne외 연구진(2021)은 수술용 안면 마스크를 착용했을 때 소음에서 마스크가 없는 것에 비해 음성 인식이 손상된 반면, 참가자들은 N95 마스크를 사용할 때 더 나쁜 결과를 보였습니다. 음향 디테일을 줄일 뿐만 아니라 시각적 입력을 통해 전송되는 정보는 완전히 누락되거나 심각하게 감소합니다. 특히 언어 대 잡음 비율이 낮은 상황에서는 입과 입술에서 발생하는 시각적 단서가 언어의 지능화를 촉진한다는 것은 이미 매우 일찍 확립되었다(Sumby& Portal, 1954).

 

이 연구는 자연주의적 음성(즉, 오디오북)을 사용하여 시청각(AV) 다중 화자 실험을 수행했습니다.실험의 절반에서 대상 화자는 (외과용 수술) 안면 마스크를 착용했고, 연구팀은 자기뇌파촬영(MEG)을 통해 정상 청각 참가자들의 뇌 활동을 측정했습니다. 명확한 AV 음성에 대한 디코딩 모델(즉, 안면 마스크를 착용하지 않은 추가 스키커 및  대상화자 없음)은 각 조건에서 중요한 언어 기능을 재구성하기 위해 훈련하는데 사용되었습니다.

 

 

[그림설명 : 실험 절차 및 음성 특징. 그림 A는 남성 대상 화자가 있는 두 개의 예제 블록을 보여줍니다. 왼쪽 블록에서 스피커는 블록당 10번의 시도를 하는 동안 마스크를 착용하지 않았다. 실험의 70%에서 대상 스피커는 단독으로 제시되었고, 30%에서는 동일한 볼륨에서 성별 오디오 전용 산만한 스피커가 추가되었다(두 번째 사운드 아이콘으로 표시). 블록당 각각 10회 시험 후, 두 개의 '참 또는 거짓' 이해 문제가 참가자에게 제시되었다(아래의 이탈리아 문자는 영어 번역을 묘사한다). 참가자는 버튼을 눌러 응답했습니다(왼쪽 또는 오른쪽 버튼). 오른쪽에는 남성 화자가 얼굴 가면을 쓴 채 10회 동안의 시도를 한 블록이 그려져 있다. 그렇지 않은 경우 절차는 안면 마스크가 없는 블록과 동일합니다. 투명한 말은 마스크가 없고 산만한 스피커가 없는 상태로 정의됩니다. 두 개의 블록은 여성 화자와 반복되었고, 총 4개의 블록이 만들어졌다. 그림 B는 조사된 음성 특징을 보여준다. 합성어(F1 - F3)가 음성 분광기에 빨간색으로 중첩되어 표시됩니다. 음소와 단어(위 행: 맞춤법 단어; 가운데 행: 음성 단어; 아래 행: 음소)의 분할은 강제 정렬을 사용하여 수행되었다. 이 분할은 스펙트로그램의 하단에 볼 수 있습니다. 연설용 봉투는 그림의 왼쪽 아래에 보인다. 그림 오른쪽 하단에 화자의 음높이나 기본 주파수(F0)가 표시되어 있습니다. 모든 묘사는 동일한 2초 길이의 연설 간격을 바탕으로 한다.]

 

안면 마스크가 음성 엔벨로프 및 스펙트럼 음성 특징(피치 및 포먼트 주파수)과 같은 음향 특징의 재구성에 미치는 상당한 주요 효과를 발견한 반면, 음성 분할의 상위 수준의 특징(음소 및 단어의 시작)의 재구성은 어려운 청취 상황에서 마스크를 통해 특히 손상되었습니다. 듣기 어려운 상황, 즉 주의를 산만하게 하는 화자가 제시되었을 때 마스크를 통해. 이 연구 결과는 안면 마스크가 듣기 및 언어 인식에 해로운 영향을 미치므로 이전 행동 결과를 확장한다는 것을 보여줍니다.

 

 

[그림설명 : A 음성 엔벨롭의 자극 재구성과 한 참가자의 평균 F2 및 F3(공식 2/3, F2/3)의 두 가지 예로서, 명확한 시청각 언어(즉, 마스크가 없고 산만함이 없는 자극)로 자극을 받는다. B 참가자 전체에서 명확한 시청각적 언어(즉 마스크가 없고 산만함이 없는 자극)를 위한 자극 재구성 정확도. 오류 막대는 95% 신뢰 구간을 나타낸다]

 

언어의 시각적 촉진에 대한 생각을 뒷받침하는 것은 이 연구에서 수술용 얼굴 마스크를 사용했다는 사실인데, 이것은 음성 음향에 대한 가벼운 영향만을 보여주고 있습니다.

 

언어의 시각적 촉진이라는 아이디어를 뒷받침하는 것은 이 연구에서 외과용 안면 마스크를 사용했다는 사실입니다. 이 아이디어는 시각 피질 영역이 스펙트럼 변조를 추적한다는 것을 보여주는 이 연구 그룹의 최근 연구와도 일치합니다. 청력 손상은 일반적으로 더 높은 주파수에 영향을 미치기 때문에 안면 마스크의 해로운 영향을 보상하기 위해 더 높은 주파수(예: 포먼트)에 대한 시각적 정보가 필요할 가능성이 있는 개인에게 특별한 문제가 될 수 있습니다.

 

이 연구는 안면 마스크가 음성 이해에 미치는 부작용은 행동 수준에 대한 다양한 연구에서 조사되었습니다.(Brown et al., 2021; Giovanelli et al., 2021; Rahne et al., 2021; Toscano & Toscano, 2021; Ii et al., 2021). 안면 마스크가 언어 이해애 미치는 부작용에 대한 전반적인 동의에도 불구하고, 언어 처리의 어떤 특징이 구체적으로 영향을 받는지 불분명합니다. 하지만, 이 연구의 결과는 (수술식) 안면 마스크를 통해 자연스러운 언어의 성공적인 처리를 담당하는 특징의 추적 기능이 손상되었다는 것을 보여줍니다.

 

연구결과를 정리하면,

 

1. 일반적으로 안면 마스크는 중요한 음향 음성 기능의 추적을 손상시킨다.

2. 안면 마스크는 특히 어려운 청취 상황에서 더 높은 수준의 세그먼화 기능의 추적을 방해한다.

3.  안면 마스크는 주관적인 듣기 난이도를 높이는 반면, 언어 이해는 영향을 받지 않는다.

 

이상의 연구 결과에 따라, 특히 의료 상담과 같은 중요한 환경에서, 의사소통의 부실이 의료 결과의 저하를 초래할 수 있는 투명 안면 마스크의 사용이 주로 바람직합니다. Covid-19 대유행 이전에 수집된 데이터는 청력 손실 청취자에게 투명 안면 마스크의 강력한 이점을 제시하고 있습니다(Atcherson 등,2017).

[이미지] transparent face masks

최근 한 연구는 수술용 안면 마스크가 (투명한) 안면 보호막과 영향을 비교함으로써 이를 확인시켜 줍니다.(Homans & Vroegop, 2021). 안면 보호막은 수술용 안면 마스크에 비해 음향에 미치는 영향이 크지만, 청각 장애가 있는 사람은 얼굴 보호막과 마주쳤을 때 음성 인식성이 크게 저하되지 않는 반면 수술용 안면 마스크를 착용했을 때 점수는 현저하게 악화되었습니다. 불행히도, 얼굴 보호막은 기본적으로 기침 에어로졸을 차단하지 않기 때문에 바이러스 전염과 관련하여 좋은 선택은 아닙니다. 따라서 음향 디테일이 손실되지 않도록 하는 투명 안면 마스크는 마스크 관련 음성 처리 비용을 줄이는 최선의 해결책이 될 수 있습니다.

 

 

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