Tudomány

Zenei székek? A helyek cseréje csökkentheti a zenekari aeroszolokat.

Ha a hangszerek emberek lennének, a trombiták szuper terjesztők lennének. Amikor egy trombitás fúj a szájrészbe, apró légzőcseppek, úgynevezett aeroszolok, utaznak ki a zenész szájából, fütyülnek át a rézcsöveken és permetezik a levegőbe.

Egy halálos járvány idején, amikor egy zenész akaratlanul is kilélegezhet egy fertőző vírust, ez potenciális problémát jelent a zenekarok számára. És nem a trombita az egyetlen zenei egészségkárosító tényező.

“A fúvós hangszerek olyanok, mint a légzőcseppek aeroszolosítására szolgáló gépek” – mondta Tony Saad vegyészmérnök, a Utah-i Egyetem számítási folyadékdinamikájának szakértője.

Egy egyszerű, de radikális változás – a zenészek átrendezése – jelentősen csökkentheti az aeroszol felhalmozódását a színpadon – jelentette Dr. Saad és munkatársai egy új tanulmányban, amelyet szerdán a Science Advances publikált.

A munka tavaly nyáron kezdődött, amikor a Utah-i szimfónia azon kezdett gondolkodni, hogy visszatérhetnek-e biztonságosan és hogyan.

“Olyan embereket kerestek, akik betekintést nyújthatnak az enyhítési stratégiákba, amelyekbe az emberek hinni fognak.” – mondta James Sutherland, a Utah-i Egyetem vegyészmérnöke és a tanulmány társszerzője.

A kutatók elkészítették a szimfónia koncerttermének részletes számítógépes modelljét, feljegyezve az egyes szellőzőnyílások helyét és a HVAC rendszeren átáramló levegő sebességét.

Aztán feltérképezték az egyes zenészek jellemző helyzetét. A Utah Symphony, a legtöbb modern zenekarhoz hasonlóan, zenészeit szokásos mintázatban helyezte el, a vonós hangszerekkel a színpad elején, majd több sor fafúvós és rézfúvós hangszerrel – fuvolákkal és oboákkal, majd a fagottokkal és klarinétokkal, ill. aztán a trombiták és a francia kürtök. A harsonákat és az ütőmetszetet a színpad leghátulján helyeztük el.

Az aeroszolok koncert közbeni elterjedésének modellezéséhez beépítették őket legújabb kutatások Jiarong Hong, a Minnesotai Egyetem gépészmérnöke vezetésével. Dr. Minnesota Zenekarral együttműködve Dr. Hong és munkatársai megmérték a különféle fúvós hangszerek által kibocsátott aeroszolrészecskék koncentrációját és méretét. (Megállapításaik között: A trombita, a basszus harsona és az oboa jelentette a legnagyobb kockázatot.)

Ezen paraméterek meglétével Dr. Saad és Dr. Sutherland úgynevezett számítási folyadékdinamikai szimulációkat használtak annak modellezésére, hogy a levegő és az aeroszolok hogyan áramlanak át a utah-i koncertteremben, amikor az összes zenész játszik.

A szimuláció összetett légáramlási mintákat tárt fel. Általánosságban elmondható, hogy a levegő a mennyezetben lévő levegőellátó nyílásoktól a színpad hátsó részén lévő padlón lévő levegő-visszavezető nyílásokig áramlott lefelé. De két különálló örvény is kialakult, a színpad elején és hátulján, találtak. “Látja ezeket a nagy régiókat, amelyek nagy tornádóként keringenek” – mondta Dr. Saad.

Az aeroszolok belekerülhetnek ezekbe az örvényekbe, örvénylik a színpad körül és körül, és idővel felépülnek.

Különleges problémát jelentenek a nagy, koncentrált aeroszolfelhőket kibocsátó trombiták. Amikor a hangszerek aeroszolos csövei a színpad hátsó részén lévő szellőzőnyílások felé haladtak, közvetlenül az ütősök légzési zónáján haladtak át.

“Láttuk ezt, és azt mondtuk:” Rendben, ez egy nagy probléma, ezt meg kell oldanunk “- mondta Dr. Sutherland. “És tekintettel arra a betekintésre, amellyel rendelkezünk az áramlás mozgásával kapcsolatban, azt mondtuk:” Nos, mozgassuk néhányat ezekből a műszerekből. “

Tudták, hogy az ötlet ellentmondásos lehet; a zenekarokat általában évtizedek óta ugyanúgy rendezték be, olyan okokból, amelyek magukban foglalják az akusztikát és a hagyományokat is. „A projekt megkezdésekor azt kérdeztük tőlük:„ Milyen korlátokkal kell dolgoznunk? Megmozgathatjuk az embereket? Dr. Sutherland mondta. “És azt mondták:” Bármit megteszel, amit csak tudsz, a kockázat csökkentése érdekében. “”

A trombitákat a színpad leghátuljára mozdították, közvetlenül a visszatérő szellőzőnyílások mellett. Aztán eltolták a többi fúvós hangszert a színpad közepéről, vagy közelebb helyezték őket a hátsó szellőzőnyílásokhoz, vagy a színpad ajtajaihoz, amelyek kinyitását javasolták.

Ezek a mozdulatok, a csapat reményei szerint, lehetővé teszik az aeroszolok közvetlen kifolyását a koncertteremből anélkül, hogy áthaladnának más zenészek légzési zónáin vagy elakadnának egy színpadi örvényben. – Azt akarja, hogy a dohányos az ablak közelében üljön – mondta Dr. Saad. – Pontosan ezt tettük itt.

Végül a színpad közepére helyezték azokat az eszközöket, amelyek egyáltalán nem generálnak aeroszolt – a zongorát és az ütős szekciót. Ezek a módosítások százszorosára csökkentették a zenészek légzési zónáinak átlagos aeroszolkoncentrációját – számolták a kutatók.

Bár a pontos légáramlási minták minden helyszínen eltérőek lesznek, az általános elveknek mindenütt érvényesnek kell lenniük – mondta a csapat. A zenekarok csökkenthetik az aeroszol terjedésének kockázatát, ha a legmagasabb kockázatú műszereket a nyitott ajtók és a visszatérő szellőzőnyílások közelében helyezik el. (Azok a zenekarok, amelyek nem tudják elvégezni a saját számítógépes modellezésüket, ködgépet állíthatnak a színpadra, és nyomon követhetik a köd áramlását – javasolták a kutatók.)

Dr. Hong, aki nem vett részt a utah-i tanulmányban, méltatta a modellező munkát. “A zenekari terem belső áramlásának szimulálása nem könnyű” – mondta. “Gyönyörű munkát végeztek az áramlás jellemzésében.”

De megkérdőjelezte, hogy a zenészek mozgatása valóban praktikus megoldás-e. “Szorosan együttműködünk zenészekkel, és nem szeretik őket átrendezni” – mondta. (Megjegyezte azonban, hogy „egy hallgatói együttes számára szerintem teljesen rendben van.”)

Ehelyett egy másik, bár ugyanolyan rendhagyó megoldást javasolt: Maszkok a hangszerekhez. Ban ben egy nemrégiben készült tanulmány, azt találta, hogy a trombita harangjának egyetlen réteg akusztikus anyaggal történő takarása körülbelül 60 százalékkal csökkentheti a részecskekibocsátást a hangminőség romlása nélkül.

A Utah-i szimfónia a maga részéről nyitottnak bizonyult az ülőhely újragondolására. És amikor tavaly ősszel színpadra lépett, akkor nyitott színpadajtókkal és hátul a fúvós hangszerekkel.

“Ez hatalmas kihívás volt a zenészek számára” – mondta Steven Brosvik, a Utah Symphony és a Utah Opera elnöke és vezérigazgatója. “De mindannyian belemerültek, és azt mondták:” Menjünk, próbáljuk ki. “

Néhány hétbe telt, mire a zenészek jól érezték magukat az új elrendezésben, és azt tervezik, hogy ősszel visszatérnek hagyományos ülőhelyeikhez – mondta Brosvik úr. De a szimulációk nyugalmat adtak a zenészeknek és lehetővé tették számukra, hogy visszatérjenek a színpadra, azt mondta: “Számunkra ez megváltoztatta az életet.”

A kutatók meg voltak elégedve azzal, hogy a zenészek mennyire hajlandóak szokatlan megoldást elfogadni, bár megállapításaik egyes hangszereseket erősebben sújthattak, mint másokat. Ahogy Dr. Sutherland mondta: „Előzetesen bocsánatot kellett kérnünk a trombitáktól.”