KN95- und FFP2-Masken beeinflussen die Sprachverständlichkeit besonders stark
Mund-Nase-Bedeckungen dienen als wichtiges Instrument, um die Covid-19-Pandemie einzudämmen – im Alltag können sie jedoch auch die Kommunikation erschweren. Ein Team des Instituts für Nachrichtentechnik der TH Köln hat nun die Akustik von Coronavirus-Schutzmasken untersucht und festgestellt, dass vor allem KN95- und FFP2-Masken die Sprachverständlichkeit mindern können.
„Bisher wurden die akustischen Auswirkungen von Mund-Nase-Bedeckungen nur in wenigen Studien thematisiert“, sagt Prof. Dr. Christoph Pörschmann vom Institut für Nachrichtentechnik der TH Köln. „Um den Einfluss von Gesichtsmasken auf die Sprachverständlichkeit weiter zu untersuchen, haben wir die Schallabstrahlung, also Dämpfung und Richtwirkung des Schalls, von sechs verschiedenen Modellen gemessen.“ Untersucht wurden ein Mikrofaserschal, eine einfache Stoffmaske und eine so genannte Community-Maske, also eine selbstgenähte Mund-Nase-Bedeckung, mit mehreren Schichten sowie eine medizinische Einwegmaske, eine KN95-Maske und eine FFP2-Maske.
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Mithilfe eines motorgesteuerten Messsystems hat das Team des Instituts die Schallabstrahlung eines Kunstkopfes mit Mundsimulator gemessen und den für die menschliche Stimme relevanten Bereich von 100 Hertz bis acht Kilohertz untersucht. „Der Kunstkopf lässt sich um zwei Achsen drehen, so dass wir die Schallabstrahlung für alle erdenklichen Kopforientierungen messen konnten“, sagt der wissenschaftliche Mitarbeiter Tim Lübeck. Diese Messung wurde einmal ohne Maske und anschließend für jedes Modell insgesamt zweimal durchgeführt.
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Untersucht wurden ein Mikrofaserschal, eine einfache Stoffmaske und eine so genannte Community-Maske, also eine selbstgenähte Mund-Nase-Bedeckung, mit mehreren Schichten (obere Reihe v.l.) sowie eine medizinische Einwegmaske, eine KN95-Maske und eine FFP2-Maske (untere Reihe v.l.). (Bild: Thilo Schmülgen/TH Köln)
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Der wissenschaftliche Mitarbeiter Tim Lübeck hat die Schallabstrahlung, also Dämpfung und Richtwirkung des Schalls, der sechs verschiedenen Modelle gemessen. (Bild: Thilo Schmülgen/TH Köln)
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Die Untersuchung wurde mithilfe eines motorgesteuerten Messsystems, das aus einem Kunstkopf mit Mundsimulator besteht, durchgeführt. (Bild: Thilo Schmülgen/TH Köln)
Ergebnisse der Untersuchung
„Alle untersuchten Masken führen zu einem grundsätzlichen Übertragungsverlust des erzeugten Sprachsignals. Während aber zum Beispiel der Mikrofaserschal kaum und die medizinische Einweg- sowie die Stoffmaske nur wenig dämpfen, beeinflussen vor allem die Community-, die KN95- und die FFP2-Maske die Schallabstrahlung“, erläutert Lübeck. So haben die Messungen ergeben, dass die Community-Maske in frontaler Richtung im Spitzenbereich zu einem Übertragungsverlust von mehr als zehn Dezibel führt. Mit der KN95- sowie der FFP2-Maske gehen im Bereich zwischen drei und fünf Kilohertz sogar bis zu 15 Dezibel verloren.
Neben dem Übertragungsverlust in frontaler Richtung wurde auch die Auswirkung der Mund-Nase-Bedeckungen auf die richtungsabhängige Abstrahlung des Schalls gemessen. „Die Analyse zeigt, dass die getesteten Modelle diese unterschiedlich beeinflussen. Die partikelfiltrierenden Halbmasken KN95 und FFP2 haben dabei den größten Effekt aufgewiesen – sie beeinflussen in bestimmten Frequenzbereichen die Richtwirkung deutlich“, so Lübeck. Daher könnten diese Masken sich auch auf die Sprachverständlichkeit in Innenräumen auswirken, da der seitlich abgestrahlte Schall über Reflexionen an den Wänden eines Raumes ebenfalls zum Hörer gelangt.
„Unsere Untersuchung trägt dazu bei, dass der Einfluss der Masken auf die Sprachverständlichkeit in realen Gesprächssituationen besser nachvollzogen wird. Da wir die Messansätze online verfügbar gemacht haben, kann die Studie zudem als Grundlage für Folgeuntersuchungen dienen, um die Auswirkungen von Mund-Nase-Bedeckungen auf die Alltagskommunikation weiter zu erforschen“, erklärt Lübeck.
Original-Publikation:
Prof. Dr. Christoph Pörschmann, Tim Lübeck, Johannes M. Arend (2020): Impact of face masks on voice radiation, The Journal of the Acoustic Society of America (JASA)
https://doi.org/10.1121/10.0002853
März 2021
