Si los instrumentos musicales fueran personas, las trompetas serían super esparcidoras. Cuando un trompetista sopla en la boquilla, diminutas gotas de aliento, los llamados aerosoles, salen de la boca del músico, pasan a través del tubo de latón y se esparcen por el aire.

Durante una pandemia mortal, cuando un músico exhala sin saberlo un virus infeccioso, esto presenta un problema potencial para las orquestas, y la trompeta no es el único peligro musical para la salud.

“Los instrumentos de viento son como máquinas para aerosolizar las gotas del aliento”, dice Tony Saad, ingeniero químico y experto en mecánica computacional de fluidos de la Universidad de Utah.

Un cambio simple pero radical, reorganizar a los músicos, podría reducir significativamente la formación de aerosoles en el escenario, informó el Dr. Saad y sus colegas en un nuevo estudioque fue publicado en Science Advances el miércoles.

El trabajo comenzó el verano pasado cuando la Sinfónica de Utah comenzó a preguntarse si y cómo podrían volver a tocar con seguridad.

«Buscaban personas que pudieran proporcionar información sobre las estrategias de mitigación en las que la gente creyera». dijo James Sutherland, ingeniero químico de la Universidad de Utah y coautor del estudio.

Los investigadores crearon un modelo informático detallado de la sala de conciertos de la sinfónica y observaron la ubicación de cada ventilación y la velocidad del flujo de aire a través del sistema HVAC.

Luego mapearon la posición típica de cada músico. La Utah Symphony, como la mayoría de las orquestas modernas, colocó a sus músicos en un patrón estándar, con los instrumentos de cuerda al frente del escenario, seguidos de varias filas de instrumentos de madera y metal: las flautas y oboes, luego los fagot y clarinetes, y luego las trompetas y los cuernos franceses. Los trombones y la batería se colocaron en la parte trasera del escenario.

Para modelar la propagación de aerosoles durante un concierto, han la investigación actual dirigida por Jiarong Hong, ingeniero mecánico de la Universidad de Minnesota. Trabajando con la Orquesta de Minnesota, el Dr. Hong y sus colegas midieron la concentración y el tamaño de las partículas de aerosol emitidas por varios instrumentos de viento. (Entre sus hallazgos, la trompeta, el trombón bajo y el oboe representaron el mayor riesgo).

Con estos parámetros, el Dr. Saad y el Dr. Sutherland utilizó simulaciones de dinámica de fluidos computacional para modelar cómo el aire y los aerosoles fluirían a través de la sala de conciertos de Utah si todos los músicos estuvieran tocando.

La simulación reveló patrones de flujo de aire complejos. En general, el aire fluía hacia abajo desde las salidas de aire en el techo hasta las salidas de aire de retorno en el piso en la parte trasera del escenario. Pero descubrieron que también se formaron dos remolinos diferentes, en la parte delantera y trasera del escenario. «Ves estas grandes regiones circulando como un gran tornado», dijo el Dr. Saad.

Los aerosoles pueden quedar atrapados en estos remolinos, girar alrededor del escenario y acumularse con el tiempo.

Las trompetas, que emitían grandes y concentradas nubes de aerosol, plantearon un problema particular. Cuando las columnas de aerosol de los instrumentos vagaron hacia las ranuras de ventilación en la parte posterior del escenario, pasaron directamente a través de la zona de respiración de los bateristas.

«Vimos eso y dijimos: ‘Está bien, este es un gran problema, tenemos que solucionarlo'», dijo el Dr. Sutherland. «Y dada la idea que teníamos sobre cómo se movía el río, dijimos: ‘Bueno, muevamos algunos de estos instrumentos'».

Sabían que la idea podía ser controvertida; Durante décadas, las orquestas se han organizado generalmente de la misma manera, tanto por razones acústicas como tradicionales. “Les preguntamos al comienzo del proyecto: ‘¿Con qué restricciones tenemos que trabajar? ¿Podemos mover a la gente? ”, Dijo el Dr. Sutherland. «Y me dijeron: ‘Estás haciendo todo lo que crees posible para reducir el riesgo'».

Movieron las trompetas hasta el escenario, justo al lado de los conductos de retorno de aire. Luego, reubicaron los otros instrumentos de viento del centro del escenario y los acercaron a las rejillas de ventilación traseras oa las puertas del escenario que sugirieron abrir.

Estos movimientos, esperaba el equipo, permitirían que los aerosoles fluyeran directamente fuera de la sala de conciertos sin pasar por las zonas de respiración de otros músicos o quedar atrapados en un vórtice en el escenario. «Quiere que el fumador se siente cerca de la ventana», dijo el Dr. Saad. «Eso es exactamente lo que hicimos aquí».

Finalmente, movieron los instrumentos que no crean aerosoles en absoluto, la sección de piano y percusión, al centro del escenario. Juntas, estas optimizaciones redujeron la concentración promedio de aerosol en las zonas de respiración de los músicos en un factor de 100, calcularon los investigadores.

Aunque los patrones exactos de flujo de aire serán diferentes en cada lugar, los principios generales deben aplicarse en todas partes, dijo el equipo. Las orquestas pueden reducir el riesgo de propagación de aerosoles colocando los instrumentos más riesgosos cerca de puertas abiertas y puertos de retorno de aire. (Las orquestas que no pueden hacer su propio modelado por computadora podrían poner una máquina de humo en el escenario y observar cómo fluye la niebla, sugirieron los investigadores).

Dr. Hong, que no participó en el estudio de Utah, elogió el trabajo de modelado. “No es fácil simular el flujo en una sala de orquesta”, dijo. «Hiciste un gran trabajo a la hora de caracterizar el río».

Pero se preguntó si mover músicos era realmente una solución viable. «Trabajamos de cerca con los músicos y no les gusta que los reorganicen», dijo. (Sin embargo, señaló que «creo que eso está perfectamente bien para una banda de estudiantes»).

En cambio, sugirió una solución diferente, aunque igualmente poco convencional: máscaras para los instrumentos. en el un estudio reciente, descubrió que cubrir la campana de una trompeta con una sola capa de tejido acústico puede reducir las emisiones de partículas en aproximadamente un 60 por ciento sin comprometer la calidad del sonido.

La Sinfónica de Utah, por otro lado, estaba dispuesta a repensar los asientos. Y cuando subió al escenario el otoño pasado, lo hizo con las puertas del escenario abiertas y los instrumentos de viento en la popa.

«Ese fue un gran desafío para los músicos», dijo Steven Brosvik, presidente y director ejecutivo de la Sinfónica de Utah y la Ópera de Utah. «Pero todos se metieron y dijeron: ‘Vamos, intentemos'».

Los músicos tardaron algunas semanas en familiarizarse con el nuevo arreglo y planean volver a su configuración tradicional de asientos en el otoño, dijo Brosvik. Pero las simulaciones dieron seguridad a los músicos y les permitieron volver al escenario, dijo: «Para nosotros cambió nuestras vidas».

Los investigadores estaban satisfechos con la voluntad de los músicos de adoptar una solución inusual, aunque sus hallazgos pueden haber afectado más a algunos instrumentistas que a otros. Como el Dr. Sutherland dijo: «Tuvimos que disculparnos con las trompetas de antemano».