음악 만들기와 에어로졸의 흐름

음악 만들기와 에어로졸의 흐름
날짜:
2022년 7월 14일
원천:
펜실베니아 대학교
요약:
단순히 숨을 쉬는 것만으로도 SARS-CoV-2 바이러스가 주변 사람들에게 전염될 수 있다면 튜바에 바람을 불어넣는 것은 어떨까요? 연구원들은 전문 음악가가 생성하는 에어로졸의 움직임을 연구하기 위해 유체 역학을 사용했습니다.

펜실베니아의 과학자 Paulo Arratia와 Douglas Jerolmack의 연구실에서 수행된 최신 연구는 "도움 요청"에 대한 답변이었습니다. Arratia는 말합니다.

2020년이었고 필라델피아 오케스트라는 많은 문화 기관과 마찬가지로 COVID-19 전염병으로 인해 공연을 중단했습니다. Pennsylvania Health System의 최고 의료 책임자인 PJ Brennan을 통해 오케스트라는 음악가가 서로 또는 청중이 SARS에 노출될 가능성을 최소화할 수 있는 안전한 물리적 배치로 다시 연주할 수 있는지 여부를 이해하는 데 도움이 되는 전문 지식을 찾았습니다. -CoV-2.

"오케스트라 감독은 음악가들이 멀리 떨어져 있는 것을 원하지 않았습니다. 최고의 사운드를 생성하기 위해 그들은 가까이 있어야 했습니다."라고 공학 및 응용 과학 학교의 Arratia는 말합니다. "하지만 플렉시 유리로 분리해야 하는 경우에도 문제가 발생했습니다." 음악가는 플렉시 유리 칸막이로 인해 서로의 청력 문제와 시력 저하를 보고했습니다. Arratia는 "문제는 그들이 방해받지 않고 안전하게 플레이할 수 있는 지점까지 어떻게 벗어날 수 있는지였습니다."라고 말합니다.

이제 네이처 커뮤니케이션즈( Nature Communications )의 출판물에서 Arratia, Jerolmack 및 동료들은 그들의 발견에 대해 보고했는데, 이는 음악가가 생성하는 에어로졸이 약 6피트 내에서 소멸된다는 것을 시사합니다. 그 결과는 필라델피아 오케스트라가 2020년 여름에 공연을 재개함에 따라 편곡되었을 뿐만 아니라 다른 음악 그룹이 안전하게 모여 연주하는 것에 대해 생각할 수 있는 토대를 마련했습니다.

현재 오케스트라 이사회에서 활동하고 있는 Brennan은 "입자 크기와 궤적, 거리와 속도를 측정할 수 있는 Paulo와 Doug와 같은 전문가를 보유하는 것은 오케스트라를 위한 결정을 내리는 데 정말 가치가 있었습니다."라고 말합니다. "그 결정에는 선수 간의 간격, 마스크가 필요한 섹션 간의 거리가 포함되었습니다. 이 정보를 수집하고 Penn Medicine이 수행한 테스트 및 사례 추적과 함께, 이는 우리가 자신 있게 결정을 내리는 데 도움이 되었습니다."

실험적 접근

연구는 음악가가 생성한 에어로졸 입자의 수, 악기에서 방출되는 입자의 밀도, 공기를 통해 이동하는 속도에 대한 질문에 달려 있었습니다.

School of Arts & Sciences의 Jerolmack은 "큰 공기 제트가 나올 수 있지만 에어로졸 농도가 매우 낮으면 별로 문제가 되지 않습니다. "또는 좁은 빔에 집중되는 많은 에어로졸을 가질 수 있습니다. 이해하는 것이 중요합니다."

연구원들은 데이터를 수집하기 위해 플루트, 튜바, 클라리넷, 트럼펫, 오보에, 바순을 포함한 관악기를 가지고 오케스트라 음악가들을 캠퍼스로 초대했습니다.

음악가가 연주할 때 악기에서 흐르는 에어로졸을 시각화하고 추적하기 위해 연구원들은 악기의 종 끝에서 수증기 방울을 방출하는 가습기를 작동했습니다. 이 배열은 플루트 연주자에게만 적용되었으며, 가습기는 그 악기를 연주하는 동안 마우스피스 위로 공기가 이동하기 때문에 종 대신 음악가의 입 근처에 배치되었습니다.

그런 다음 연구원들은 가습기에 의해 생성된 "안개"를 통해 레이저 빔을 쏘아 에어로졸 입자를 밝히고 고속 카메라와 입자 계수기로 캡처할 수 있도록 했습니다.

"비오는 날과 같습니다. 햇빛이 비치면 물방울이 떨어지는 것을 볼 수 있습니다."라고 Arratia는 말합니다.

음악가들은 2분 동안 연속적으로 음계를 연주했습니다. 관악기 연주자들이 약 0.3~1마이크로미터 직경의 정상적인 호흡과 말하기 중에 방출되는 에어로졸 농도와 유사한 에어로졸을 생성한다는 사실을 발견한 연구자들은 다소 놀라운 사실을 입증했습니다.

연구자들은 이 크기의 입자는 공기 흐름이 충분히 강하면 공기를 통해 멀리 이동할 수 있을 만큼 충분히 작다고 말합니다. 따라서 음악가가 SARS-CoV-2를 다른 사람에게 전염시킬 수 있는 잠재적 위험을 이해하려면 농도와 흐름을 측정하는 것이 중요해졌습니다.

흐름의 속도를 평가하면서 연구원들은 초당 약 0.1미터의 속도를 측정했는데, 이는 초당 5~10미터를 이동할 수 있는 재채기의 기침보다 10배 느린 것입니다. 플루트는 이상값이었지만 여전히 초당 약 0.7미터의 유속에만 도달했습니다.

Jerolmack은 "흐름을 관찰할 때 이러한 퍼프와 소용돌이를 볼 수 있으며 퍼지는 것을 알고 있지만 이러한 도구 사이에 일반적인 것이 있는지 여부는 알지 못했습니다."라고 말합니다. "여기서 우리는 흐름과 에어로졸 농도 및 개수만 측정함으로써 에어로졸이 얼마나 멀리 이동할지 예측할 수 있음을 발견했습니다."

음악의 흐름

그들의 관찰에 따르면, 이러한 "미니 콘서트"에 의해 생성된 에어로졸은 약 2미터 또는 6피트 내에서 배경 공기 드래프트의 흐름으로 흩어지며 안정되게 측정된 것과 유사하다고 연구원들은 말합니다. 일상적인 말이나 호흡. 플루트와 트롬본에서 생성된 에어로졸만 그 거리를 넘어 이동했습니다. 플루트의 경우 에어로졸이 퍼지는 것을 방지하기 위해 마스크처럼 작동하는 악기 대신 공기가 악기 위로 이동하기 때문일 수 있습니다.

전반적으로 목관 악기는 금관 악기보다 약간 낮은 농도의 에어로졸을 방출했는데, 아마도 악기의 나무 요소가 일부 습도를 흡수하고 악기를 따라 있는 수많은 구멍이 일부 에어로졸의 흐름을 감소시킬 수 있기 때문일 것이라고 연구자들은 추측합니다.

연구원들이 수행한 측정은 SARS-CoV-2의 특정 품질과 관련이 없었기 때문에 음악을 만들 때 다른 호흡기 병원체의 전파가 어떻게 영향을 받을 수 있는지 추정하는 데 사용할 수 있습니다.

"이제 당신은 잠재적인 미래의 우려, 아마도 인플루엔자의 발병이나 이와 유사한 것에 대해 함께 일해야 할 것이 있습니다."라고 Arratia는 말합니다. "흐름에 대한 우리의 발견을 사용하고, 감염성과 바이러스 부하에 대한 숫자를 연결하고, 위험을 이해하도록 조정할 수 있습니다.

"이것은 우리가 일상적으로 해결하는 문제는 아니지만 해결해야 한다고 느꼈습니다."라고 그는 말합니다. "굉장히 재미있었고, 팬데믹이라는 어려운 시기에 의미 있는 변화를 가져온 문제를 해결하는 데 운이 좋았습니다."