第335話：疫情下的交響樂團
閱讀時間約 3 分鐘
Covid-19疫情爆發以來，許多行業受到影響，其中「表演藝術」是個重災區——表演者與眾多觀眾再封閉的場館裡面，人口密度很高，所以在疫情下最早被關閉，疫情緩和時又是最慢開放的，超慘。
世界聞名的費城交響樂團（Philadelphia Orchestra）也是苦主之一，停止了不少演出。為了更瞭解病毒如何在音樂會中傳播，以擬定之後的應變策略，樂團向鄰近的賓州大學醫療系統（University of Pennsylvania Health System）的醫療長P.J. Brennan求助，在他的穿針引線下，找來賓州大學物理系、機械系、地球與環境科學系的學者幫忙，研究樂團中的管樂器在演奏時，演奏家會噴出多少氣溶膠（aerosol）。
疫情兩年多來，讀者們應該都對氣溶膠很熟悉了，本來只要是能夠穩定懸浮在空氣中的微粒都算，粒徑大小多在0.01~10微米之間。但是在談疫情的時候，當然專指從人類口鼻飛散出來的分泌物微粒，如果來自受感染者或帶原者的話，這些微粒中就極有可能帶有病毒，由於氣溶膠能懸浮於空氣中，所以能隨著氣流跑很遠，散播病毒。
科學家讓管樂家們一個一個進入演奏廳中演奏，架起兩套儀器：第一個是可以利用光的散射來計算空氣中的氣溶膠顆粒數量；第二個是裝設在樂器的出氣口，下方有個超音波加濕器製造水霧（粒徑約5微米的水滴），用雷射照射水霧即可看到水霧的流動，可以利用高速攝影將水霧拍攝下來。氣流從出氣口出來會改變水霧的運動，藉由分析水霧流動方式的改變，就可以推算出管樂器出來的氣流的流速與方向。銅管樂器在喇叭口、木管樂器在音孔，比較特別的是長笛，最主要的出氣口就是演奏家的嘴巴，所以設置在長笛演奏家的嘴巴前面。
分析結果顯示，管樂器產生的氣溶膠粒徑約為0.3~1微米之間，這種尺寸的粒子可以懸浮在空氣中很久，由於管樂家們每個都中氣十足，所以氣流的流速口能會很快，讓氣溶膠傳播很遠。
不過分析的結果顯示，管樂器產生的氣流流速，大約為每秒0.1公尺，比打噴嚏慢多了，後者流速可以到每秒5~10公尺。
以「量」來說，銅管樂器噴出來的氣溶膠比木管樂器多；氣流流速的話，長笛異軍突起，是所有樂器中最快的，可以達到每秒0.5公尺之多，因為長笛的氣是從嘴巴直接噴出來，其他管樂器則都是在樂器裡面跑了一陣子才出來，就被減速了，尤其特別大支的低音號（tuba），流速根本就跟環境的氣流差不多了。
以這樣的流速來推估，這些從管樂器噴出來的氣溶膠，大約在飛行兩公尺之後，它們從吹奏者那邊得到的速度就會衰減掉，之後就是跟環境中的氣流一起運動了。
有了這些資訊後，之後如果再碰到疫情，可以幫助樂團設計舞台上音樂家的配置方式，來降低感染的風險。
這個研究，發表在2022/07/06 的「Physics of Fluids」（流體物理）。
- 超中二物理宅雜記
- 話都給我說就好 其之335
賓州大學新聞稿（2022/07/08）：https://penntoday.upenn.edu/news/penn-engineering-sas-music-making-and-flow-aerosols
Physics of Fluids論文（2022/07/06）：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0098273
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