Музыкальные стулья? Почему смена мест может уменьшить бесполезность оркестра.

Если бы музыкальными инструментами были люди, то трубы были бы ультрасовременными. Когда трубач дует в сопло, крошечные респираторные капельки, известные как аэрозоль, выходят изо рта музыканта, проходят через медные трубки и разбрызгиваются в воздух.

Во время смертельной пандемии, когда музыкант непреднамеренно извергает инфекционный вирус, это создает потенциальную проблему для оркестра. Труба — не единственная опасность для здоровья от музыки.

«Духовые инструменты подобны дыхательным распылителям капель», — сказал Тони Саад, инженер-химик и эксперт в области вычислительной гидродинамики из Университета Юты.

Доктор Саад и его коллеги сообщают, что простое, но радикальное изменение — перестановка музыкантов — может значительно уменьшить скопление аэрозолей на сцене. В новом исследовании, опубликовано в журнале Science Advances в среду.

Выступление началось прошлым летом, когда Utah Symphony начали задаваться вопросом, смогут ли они и как безопасно вернуться к выступлениям.

«Они искали людей, которые могли бы дать представление о стратегиях смягчения последствий, в которые люди поверили бы», — сказал он. сказал Джеймс Сазерленд, инженер-химик из Университета Юты и один из авторов исследования.

Исследователи создали подробную компьютерную модель концертного зала Симфонического оркестра, отметив расположение каждого вентиляционного отверстия и скорость потока воздуха через систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Затем каждому музыканту назначили типичное место. Симфонический оркестр Юты, как и большинство современных оркестров, настроил своих музыкантов в стандартном стиле, со струнными инструментами в передней части сцены, за которыми следовали несколько рядов деревянных духовых и медных инструментов — флейты и гобои, затем фаготы и кларнеты, а затем французские трубы и трубы. Тромбон и ударная секция располагались в задней части сцены.

Чтобы смоделировать распространение аэрозолей во время концерта, они объединили их Недавние исследования Под руководством Цзян Хун, инженера-механика из Университета Миннесоты. Работая с Миннесотским оркестром, доктор Хонг и его коллеги измерили концентрацию и размер аэрозольных частиц, испускаемых множеством различных духовых инструментов. (Среди их выводов: труба, бас-тромбон и гобой представляют наибольший риск.)

С этими параметрами доктор Саад и доктор Сазерленд использовали так называемое компьютерное моделирование гидродинамики, чтобы смоделировать, как воздух и аэрозоли проходят через концертный зал Юты, когда играют все музыканты.

Моделирование выявило сложные схемы воздушного потока. Как правило, воздух течет вниз от вентиляционных отверстий на потолке к отверстиям для возврата воздуха в пол в задней части сцены. Но они также обнаружили два отчетливых цикла, впереди и за сценой, которые также формируются. «Вы видите, что эти большие территории перерабатываются, как ураган», — сказал д-р Саад.

Аэрозоли могут застревать в этих вихрях, циркулировать по сцене и вокруг нее и со временем накапливаться.

Рога, испускающие большие сфокусированные туманные облака, представляли особую проблему. По мере того как струи аэрозоля двигались к вентиляционным отверстиям в задней части сцены, они проходили прямо через зону дыхания исполнителей.

«Мы увидели это и сказали:« Хорошо, это большая проблема, мы должны ее решить », — сказал доктор Сазерленд. — И, получив понимание того, как движется поток, мы сказали:« Хорошо, давайте двигаться. некоторые из этих инструментов вокруг.

Они знали, что идея может быть спорной; Оркестры обычно устраивались одинаково на протяжении десятилетий по причинам, которые включают как акустику, так и традиции. «Когда мы начали проект, мы спросили их:« С какими ограничениями мы должны работать? Доктор Сазерленд сказал: Можем ли мы перемещать людей? И они сказали: «Вы делаете все возможное, чтобы снизить риски. «

Они переместили трубы в заднюю часть сцены, рядом с отверстиями для возврата воздуха. Затем они перенесли другие духовые инструменты из середины сцены и переместили их либо к задним вентиляционным отверстиям, либо к дверям сцены, которые они предложили открыть.

Команда надеется, что эти движения позволят аэрозолям выходить прямо из концертного зала, не проходя через области дыхания других музыкантов и не попадая в водоворот на сцене. «Вы хотите, чтобы курильщик сидел у окна», — сказал доктор Саад. «Это именно то, что мы сделали здесь».

Наконец, они переместили инструменты, которые вообще не создают тумана — фортепиано и ударную секцию — в центр сцены. В совокупности, по расчетам исследователей, эти модификации снижали среднюю концентрацию аэрозоля в областях дыхания музыкантов.

Команда заявила, что, хотя точные схемы воздушного потока везде будут разными, общие принципы должны действовать везде. Оркестры могут снизить риск распространения аэрозолей, размещая инструменты с повышенным риском возле открытых дверей и возвратных вентиляционных отверстий. (Исследователи предположили, что оркестр, который не может создавать свои собственные компьютерные модели, может поставить на сцену инструмент для создания тумана и отслеживать, как он течет).

Доктор Хонг, который не участвовал в исследовании в Юте, похвалил работу по моделированию. «Имитировать поток внутри оркестрового зала непросто, — сказал он. «Они хорошо поработали с точки зрения характеристик потока».

Но он задавался вопросом, действительно ли переезд музыкантов был практическим решением. «Мы тесно сотрудничаем с музыкантами, и они не хотят их менять», — сказал он. (Однако он отметил: «Я думаю, что для студенческой группы это прекрасно».)

Вместо этого он предложил другое, хотя и столь же нетрадиционное решение: маски для инструментов. в недавнее обучениеБыло обнаружено, что покрытие раструба одним слоем акустической ткани может снизить выбросы твердых частиц примерно на 60 процентов без ущерба для качества звука.

Utah Symphony, со своей стороны, оказался открытым для переосмысления сидячих мест. И когда она вышла на сцену прошлой осенью, она сделала это с открытыми дверями сцены и духовыми инструментами сзади.

«Это было огромной проблемой для музыкантов», — сказал Стивен Просвик, президент и генеральный директор Utah Symphony и Utah Opera. «Но они все нырнули и сказали:« Пойдем, попробуем »».

Г-н Бросвик сказал, что музыкантам потребовалось несколько недель, чтобы почувствовать себя комфортно с новой аранжировкой, и они планируют вернуться к традиционному расположению мест этой осенью. Но симуляции дали музыкантам душевное спокойствие и позволили им вернуться на сцену, сказал он, «для нас это было таким изменением жизни».

Исследователи были довольны тем, насколько музыканты были готовы принять необычное решение, хотя их результаты, возможно, поразили некоторых музыкантов больше, чем других. Как сказал доктор Сазерленд: «Мы должны были заранее извиниться перед рогами».