Cadeiras musicais? Por que a troca de assentos pode reduzir os sprays da orquestra.

Se os instrumentos musicais fossem pessoas, os trompetes seriam super espalhadores. Quando um trompetista sopra no bocal, minúsculas gotículas respiratórias, conhecidas como aerossóis, saem da boca do músico, passam pelo tubo de latão e se espalham pelo ar.

Durante uma pandemia mortal, quando um músico pode estar, sem saber, exalando um vírus infeccioso, isso representa um problema potencial para as orquestras. E a trombeta não é o único perigo musical para a saúde.

“Os instrumentos de vento são como máquinas para aerossolizar gotículas respiratórias”, disse Tony Saad, engenheiro químico e especialista em dinâmica de fluidos computacional da Universidade de Utah.

Uma mudança simples, mas radical – reorganizando os músicos – poderia reduzir significativamente o acúmulo de aerossóis no palco, relataram Saad e seus colegas. em um novo estudo, que foi publicado na Science Advances na quarta-feira.

O trabalho começou no verão passado, quando a Sinfônica de Utah começou a se perguntar se, e como, eles poderiam tocar com segurança novamente.

“Eles estavam procurando pessoas que pudessem fornecer informações sobre estratégias de mitigação nas quais as pessoas pudessem ter alguma fé.” disse James Sutherland, engenheiro químico da Universidade de Utah e co-autor do estudo.

Os pesquisadores criaram um modelo de computador detalhado da sala de concertos da sinfonia, observando a localização de cada ventilação e a velocidade do fluxo de ar através do sistema HVAC.

Eles então mapearam a posição típica de cada músico. A Sinfonia de Utah, como a maioria das orquestras modernas, colocava seus músicos em um padrão padrão, com os instrumentos de cordas na frente do palco, seguidos por várias fileiras de instrumentos de sopro e latão: as flautas e oboés, depois os fagotes e clarinetes, e então as trombetas e trompas francesas. Os trombones e a seção de percussão foram colocados na parte traseira do palco.

Para modelar a propagação de aerossóis durante um show, eles incorporaram pesquisa recente Liderado por Jiarong Hong, engenheiro mecânico da Universidade de Minnesota. Trabalhando com a Orquestra de Minnesota, o Dr. Hong e seus colegas mediram a concentração e o tamanho das partículas de aerossol emitidas por uma variedade de instrumentos de sopro diferentes. (Entre suas descobertas: o trompete, o trombone baixo e o oboé representaram o maior risco.)

Com esses parâmetros estabelecidos, o Dr. Saad e o Dr. Sutherland usaram o que é conhecido como simulações de dinâmica de fluidos computacional para modelar como o ar e os aerossóis fluiriam pela sala de concertos de Utah quando todos os músicos estivessem tocando.

A simulação revelou padrões complexos de fluxo de ar. Geralmente, o ar fluía das aberturas do teto para as aberturas de retorno no chão na parte de trás do palco. Mas eles descobriram que dois vórtices distintos também se formaram, na frente e atrás do palco. “Você vê essas grandes regiões que estão recirculando como um grande tornado”, disse Saad.

Os aerossóis podem ficar presos nesses vórtices, girando ao redor do palco e se acumulando com o tempo.

As trombetas, que emitiam grandes nuvens de aerossóis concentrados, representavam um problema particular. Conforme as colunas de aerossol dos instrumentos viajavam para as saídas de ar na parte de trás do palco, elas passavam diretamente pela zona de respiração dos percussionistas.

“Nós olhamos para isso e dissemos: ‘OK, este é um grande problema, temos que resolvê-lo’”, disse Sutherland. “E dadas as informações que tínhamos sobre como o fluxo estava se movendo, dissemos: ‘Bem, vamos mover alguns desses instrumentos.’

Eles sabiam que a ideia poderia ser controversa; As orquestras geralmente são organizadas da mesma maneira há décadas, por motivos que incluem tanto a acústica quanto a tradição. “Quando iniciamos o projeto, perguntamos a eles: ‘Com quais limitações temos de trabalhar? Podemos mover pessoas? “Disse o Dr. Sutherland.” E eles me disseram: ‘Você faz tudo o que pode para mitigar o risco.’

Eles moveram as trombetas para o fundo do palco, bem ao lado das aberturas. Eles então trocaram os outros instrumentos de sopro do palco central, movendo-os para mais perto das aberturas traseiras ou portas do palco, que sugeriram abrir.

Esses movimentos, a equipe esperava, permitiriam que os aerossóis fluíssem diretamente para fora da sala de concertos, contornando as zonas de respiração de outros músicos ou ficando presos em um vórtice no palco. “Você quer que o fumante se sente perto da janela”, disse Saad. “Isso é exatamente o que fizemos aqui.”

Finalmente, eles moveram os instrumentos não aerossóis, o piano e a seção de percussão, para o centro do palco. Juntos, esses ajustes reduziram a concentração média de aerossol nas zonas de respiração dos músicos em cem vezes, calcularam os pesquisadores.

Embora os padrões precisos de fluxo de ar sejam diferentes em cada local, os princípios gerais devem ser mantidos durante todo o processo, disse a equipe. As orquestras podem reduzir o risco de espalhar aerossóis ao colocar os instrumentos de maior risco perto de portas e aberturas abertas. (Orquestras que não podem fazer seus próprios modelos de computador podem colocar uma máquina de fumaça no palco e rastrear como a névoa flui, sugeriram os pesquisadores.)

O Dr. Hong, que não participou do estudo de Utah, elogiou o trabalho de modelagem. “Simular o fluxo dentro de uma sala de orquestra não é fácil”, disse ele. “Eles fizeram um belo trabalho em termos de caracterização do fluxo.”

Mas ele questionou se mover músicos era realmente uma solução prática. “Trabalhamos junto com os músicos e eles não gostam de ser reorganizados”, disse ele. (No entanto, ele observou que “para uma banda de estudantes, acho que está perfeitamente bem.”)

Em vez disso, ele propôs uma solução diferente, embora igualmente não convencional: máscaras para os instrumentos. Sobre um estudo recente, descobriram que cobrir um sino de trompete com uma única camada de tecido acústico poderia reduzir as emissões de partículas em cerca de 60 por cento sem comprometer a qualidade do som.

Enquanto isso, a Sinfônica de Utah estava aberta para repensar os assentos. E quando ele subiu ao palco no outono passado, ele o fez com as portas do palco abertas e os instrumentos de sopro na parte de trás.

“Foi um grande desafio para os músicos”, disse Steven Brosvik, presidente e CEO da Utah Symphony e da Utah Opera. “Mas todos eles pularam e disseram: ‘Vamos, vamos tentar’.

Demorou algumas semanas para os músicos se sentirem confortáveis ​​com o novo arranjo e eles planejam retornar à sua configuração tradicional de assentos neste outono, disse Brosvik. Mas as simulações deram aos músicos paz de espírito e permitiram que eles voltassem ao palco, ele disse: “Para nós, foi uma mudança de vida.”

Os pesquisadores ficaram satisfeitos com a disposição dos músicos em adotar uma solução incomum, embora suas descobertas possam ter afetado alguns músicos mais do que outros. Como disse o Dr. Sutherland: “Tínhamos que nos desculpar com as trombetas com antecedência.”