Keby boli hudobné nástroje ľudia, trúby by boli superrozmetadlami. Keď trúbka zafúka do náustku, z hudobníkových úst vytekajú cez mosadzné trubičky malé kvapôčky dychu, známe ako aerosóly, ktoré striekajú do vzduchu.
Počas smrtiacej pandémie, keď môže hudobník nechtiac vdýchnuť nákazlivý vírus, sa to pre orchester stáva potenciálnym problémom. A trúba nie je jediným nebezpečenstvom pre zdravie človeka.
„Dychové nástroje sú ako stroje na aerosolizáciu respiračných kvapiek,“ uviedol Tony Saad, chemický inžinier z univerzity v Utahu a expert na výpočtovú dynamiku tekutín.
Jednoduchá, ale radikálna zmena – zmena usporiadania hudobníkov – môže výrazne znížiť nahromadenie aerosólu na pódiu, zdôrazňujú Dr. Saad a kolegovia. v novej štúdii, ktorá bola zverejnená v stredu v časopise Science Advances.
Práce sa začali minulé leto, keď sa Utahská symfónia začala pýtať, či a ako, by sa mohli vrátiť k bezpečnému výkonu.
„Hľadali ľudí, ktorí by poskytli prehľad o stratégiách zmierňovania, ku ktorým by ľudia mali istú dôveru,“ Uviedol James Sutherland, chemický inžinier na univerzite v Utahu a spoluautor štúdie.
Vedci vytvorili podrobný počítačový model koncertnej sály symfónie, pričom zohľadnili umiestnenie každého vetracieho otvoru a rýchlosť prúdenia vzduchu systémom HVAC.
Potom zmapovali konkrétnu pozíciu každého hudobníka. Utahská symfónia, rovnako ako väčšina moderných orchestrov, má svojich hudobníkov v štandardnom vzore, pričom v prednej časti pódia sú sláčikové nástroje, po ktorých nasleduje niekoľko radov dychových a dychových nástrojov – flauta a hoboj, potom fagot a klarinet, potom trúbka a Francúzsky. Roh. Sekcie pre trombóny a perkusie boli umiestnené v zadnej časti pódia.
Zahŕňali modeláciu difúzie aerosólov počas koncertu nedávny výskum Viedol ju Jiarong Hong, strojný inžinier na univerzite v Minnesote. V spolupráci s orchestrom v Minnesote Dr. Hong a jeho kolegovia merali koncentráciu a veľkosť aerosólových častíc emitovaných rôznymi dychovými nástrojmi. (Medzi ich zisteniami boli najviac vystavení trúbka, basový trombón a hoboj.)
S týmito parametrami Dr. Saad a Dr. Sutherland predviedli takzvanú výpočtovú simuláciu dynamiky tekutín, aby modelovali, ako bude vzduch a aerosóly prúdiť cez utahovú koncertnú sálu, keď hrajú všetci hudobníci.
Simulácie odhalili zložité vzorce prúdenia vzduchu. Všeobecne platí, že vzduch prúdi dole z vetracích otvorov v strope a dole do vetracích otvorov v podlahe za pódiom. Našiel však ale dva samostatné víry, ktoré sa vytvorili aj pred a za pódiom. „Vidíte tieto veľké oblasti, ktoré sa krútia ako veľké tornádo,“ povedal doktor Saad.
Aerosóly sa môžu zachytiť v týchto víroch, pohybovať sa po javisku a časom sa hromadiť.
Trubky emitujúce veľké, koncentrované aerosólové oblaky predstavovali osobitný problém. Keď aerosólové kvapky nástrojov postupovali smerom k vzduchovým otvorom za pódiom, prechádzali priamo cez dýchaciu oblasť perkusionistov.
„Pozreli sme sa na to a povedali:„ Toto je veľký problém, musíme ho vyriešiť, “povedal doktor Sutherland. „A vzhľadom na pohľad na to, ako tok postupoval, sme si povedali:„ Dobre, poďme presunúť niektoré z týchto nástrojov.
Vedeli, že táto myšlienka môže byť kontroverzná; Orchestre boli po celé desaťročia všeobecne usporiadané rovnakým spôsobom, ktorý obsahoval akustiku aj tradíciu. „Spýtali sme sa ho, keď sme začínali s projektom:„ S akými obmedzeniami musíme pracovať? Môžeme presúvať ľudí? ““ Povedal doktor Sutherland. „A oni odpovedali:„ Robíte všetko pre to, aby ste znížili riziko. ““
Trúbu otočil presne do zadnej časti javiska, hneď vedľa ventilačných otvorov. Potom presunul ďalšie dychové nástroje zo stredu pódia a posunul ich buď bližšie k zadným vetracím otvorom, alebo bližšie k dverám pódia, ktoré navrhol otvoriť.
Tím dúfal, že tieto pohyby umožnia aerosólom prúdiť priamo z koncertnej siene bez toho, aby prešli cez dýchacie oblasti iných hudobníkov alebo sa uviazli vo víre na pódiu. „Chcete, aby fajčiar sedel pri okne,“ povedal doktor Saad. „Presne to sme tu robili.“
Nakoniec presunul nástroje, ktoré vôbec neprodukovali aerosóly – klavírne a perkusné sekcie, do stredu pódia. Vedci vypočítali, že tieto zmeny spolu stonásobne znížili priemernú koncentráciu aerosólu v dýchacích oblastiach hudobníkov.
Aj keď sa presný priebeh prúdenia vzduchu bude líšiť od miesta k miestu, všeobecné zásady by mali platiť všade, uviedol tím. Orchestre môžu znížiť riziko šírenia aerosólu umiestnením najrizikovejších nástrojov do blízkosti otvorených dverí a vetracích otvorov. (Orchestre, ktoré nemôžu robiť vlastné počítačové modelovanie, môžu umiestniť stroj na hmlu na pódium a sledovať, ako hmla prúdi, naznačili vedci.)
Dr. Hong, ktorý sa nezúčastnil štúdie v Utahu, ocenil prácu v modelingu. „Nie je ľahké simulovať tok v sále orchestra,“ uviedol. „Odviedol nádhernú prácu, pokiaľ ide o vykreslenie toku.“
Spochybnil však, či je premiestnenie hudobníkov skutočne praktickým riešením. „Úzko spolupracujeme s hudobníkmi a tí sa neradi preskupujú,“ uviedol. (Poznamenáva však, že „pre študentskú kapelu si myslím, že je to úplne v poriadku.“)
Namiesto toho navrhol pre zariadenia iné, hoci rovnako neortodoxné riešenie: masky. V nedávna štúdiaV tejto štúdii zistili, že pokrytie trúbkového zvona vrstvou akustickej tkaniny môže znížiť emisie častíc asi o 60 percent bez toho, aby bola ohrozená kvalita zvuku.
Utahská symfónia sa preukázala otvorená prehodnoteniu sedenia. A keď naposledy odhodil pódium, urobil to s otvorenými dverami pódia a s dychovými nástrojmi vzadu.
„Pre hudobníkov to bola obrovská výzva,“ uviedol Steven Broswick, prezident a výkonný riaditeľ Utahskej symfónie a opery v Utahu. „Ale všetci sa v tom utopili a povedali:‚ Poďme, skúsme to ‘.“
Trvalo niekoľko týždňov, kým sa hudobníci oboznámili s novým usporiadaním, a plánujú sa na jeseň vrátiť k svojim tradičným usporiadaniam sedenia, uviedol pán Broswick. Ale simulácia poskytla hudobníkom pokoj a umožnila im dostať sa späť na pódium, povedal: „Pre nás to zmenilo život.“
Vedcov potešilo, s akou ochotou hudobníci prijali neobvyklé riešenie, hoci ich zistenia mohli niektorých hráčov zasiahnuť viac ako iné. Ako povedal doktor Sutherland: „Museli sme sa vopred ospravedlniť za trubku.“
