Hvilken slags seismiske signaler sendte Taylor Swift-fans til en koncert i Los Angeles?

Seattle kan have oplevet sit eget Swift Quake i juli sidste år, men ved en koncert i august 2023 gav Taylor Swifts fans i Los Angeles videnskabsmænd en masse rystelser at tænke over.

Efter nogen debat konkluderede et forskerhold ledet af Gabrielle Tepp fra Caltech, at det sandsynligvis var publikums dansende og hoppende bevægelser på SoFi Stadium – ikke de musikalske beats eller efterklang fra lydsystemet – der genererede koncertens tydelige harmoniske rystelser.

I deres undersøgelse i Seismological Research Letters , Tepp og kolleger viser, hvordan de var i stand til at identificere den seismiske signatur af individuelle sange og bestemme styrken af ​​hver sangs tremor.

De har endda en lille smule data om, hvordan Swifts koncert holder sig – seismisk, altså – i forhold til andre SoFi-koncerter fra sommeren 2023, inklusive Metallica, Beyoncé og Morgan Wallen.

Seattle Swift-skælvet fik California Office of Emergency Services til at bede seismiske netværksoperatører i staten for at se, om der kunne genereres interessant forskning ved Swifts koncertdatoer i august i Los Angeles. Tepps kolleger satte stærke bevægelsessensorer op på SoFi Stadium og analyserede data indsamlet af disse enheder sammen med data fra nærliggende permanente regionale seismiske netværksstationer.

Tidligere forskning viser, at "koncerttremor" kan optages som langvarige signaler med smalbåndede, harmoniske frekvensspidser mellem 1 og 10 hertz. Denne form for lavfrekvent signal ligner den harmoniske rystelse, der er optaget fra naturlige kilder som vulkaner og menneskelige kilder som tog.

Et af målene for forskerholdet var at finde en måde at udtrække koncertens tremorsignaler fra spektrogrammer. Spektrogrammer er grafer, der viser styrken af ​​forskellige signalfrekvenser over tid. De bruges ofte til at vise lydbølgers frekvenser, men de kan også hjælpe seismologer med at visualisere signaler optaget af seismometre og andre instrumenter.

For Tepp, der har studeret vulkaner og også er musiker, var koncertdataene en god mulighed for at teste metoder til at detektere seismiske signaler i spektrogrammer. "For jordskælv er de det meste af tiden ret skarpe og nemme at identificere med bølgeformer, men når du har noget som vulkaner, hvor du har så mange forskellige signaler, kan spektrogrammer være virkelig praktiske til at hjælpe med at identificere de forskellige typer af signaler," forklarede hun.

Hver Swift-sang havde et karakteristisk tremorsignal, fandt forskerne. Til Swifts koncert den 5. august 2023 var Tepp og kolleger i stand til at identificere 43 af de 45 sange, der blev spillet i de optagede spektrogrammer.

De beregnede også den udstrålede energi af hver sang og fortolkede dette tal i forhold til den lokale størrelse af et jordskælv, der ville have udstrålet den samme energi. Sangene varierede betydeligt i størrelsesorden, hvor "Shake It Off" kom ind i den største lokale størrelse på 0,851.

"Husk på, at denne energi blev frigivet i løbet af et par minutter sammenlignet med et sekund for et jordskælv af den størrelse. Baseret på den maksimale styrke af rystelser svarede den kraftigste rystelse til et jordskælv på størrelsesordenen -2," sagde Tepp.

Men hvor kom al den harmoniske rysten fra? "Min mavefornemmelse var, at hvis du har et harmonisk signal, der er rart som disse, så skulle det være fra musikken eller instrumenterne eller noget," sagde Tepp.

I stedet fandt forskerne ud af, at den bedste forklaring på deres data var, at bevægelsen af ​​den over 70.000 skare forårsagede den harmoniske rysten. For at bekræfte dette udførte forskerne et par egne eksperimenter. De spillede sange på en bærbar PA-højttaler ved siden af ​​en stærk bevægelsessensor. Tepp tilsluttede også sin basguitar til højttaleren og spillede et enkelt gentaget beat. Hun hoppede endda op og ned ved siden af ​​sensoren, mens hun rockede ud til Swifts "Love Story".

De eksperimentelle data bekræftede, at det var bevægelse og ikke musik, der skabte den harmoniske rysten. "Selvom jeg ikke var god til at blive det samme sted - jeg endte med at hoppe rundt i en lille cirkel, som ved en koncert - blev jeg overrasket over, hvor tydeligt signalet kom," sagde Tepp.

Tepp var overrasket over, at basslagene "ikke lavede et harmonisk signal, selvom de var mere præcist på beatet end mit spring."

Hun tror, ​​det kan have mere at gøre med signalformen - basslagene har en rundere, mere fremtrædende form end "spidsen" af et hop - i forhold til mellemrummet mellem hvert beat eller hop. Dette forhold "kan have konsekvenser for, hvorfor nogle seismiske signaler vises som harmoniske i spektrogrammer, mens andre lignende ikke gør."

Forskerne brugte data hentet fra de regionale seismiske netværksstationer til at se på rysten skabt af sommerens andre headliners på SoFi. Nogle af de mest interessante data kom fra Metallica-koncerten.

"Andre koncerter havde fine harmoniske signaler i lige linje, men signalerne fra Metallica-koncerten var skrå og så mærkelige ud," sagde Tepp. "Vi har ikke en god forklaring på det endnu."

En forklaring kan findes i det faktum, at beathastigheden for Swifts sange ikke varierer meget mellem live- og albumoptrædener, men Metallicas beatrater "er over hele kortet," bemærkede hun. Videoer af koncerterne fremhæver også forskelle mellem Swifts meget koreograferede shows og Metallicas medlemmer, der vandrer på scenen.

"Skælvenssignalerne i sig selv kommer sandsynligvis fra publikum, men hvis bandet varierer rytmen eller hastigheden af ​​sange, mens de går, reagerer publikum måske anderledes," foreslog Tepp.

Metallica "havde også de svageste signaler i form af den stærkeste størrelse fra hver koncert," sagde hun.

"Metalfans kan godt lide at headbange meget, så de hopper ikke nødvendigvis," tilføjede Tepp. "Det kan bare være, at de måder, de bevæger sig på, ikke skaber et så stærkt signal."

Flere oplysninger: Gabrielle Tepp et al., Shake to the Beat:Exploring the Seismic Signals and Stadium Response of Concerts and Music Fans, Seismological Research Letters (2024). DOI:10.1785/0220230385

Leveret af Seismological Society of America