Welche Art von seismischen Signalen sendeten Taylor-Swift-Fans bei einem Konzert in Los Angeles?

Im vergangenen Juli erlebte Seattle zwar sein eigenes Swift-Beben, doch bei einem Konzert im August 2023 sorgten die Fans von Taylor Swift in Los Angeles für viel Aufruhr bei den Wissenschaftlern.

Nach einigen Debatten kam ein Forschungsteam unter der Leitung von Gabrielle Tepp vom Caltech zu dem Schluss, dass es wahrscheinlich die Tanz- und Sprungbewegungen des Publikums im SoFi-Stadion waren – und nicht die musikalischen Beats oder der Nachhall des Soundsystems –, die das ausgeprägte harmonische Zittern des Konzerts erzeugten.

In ihrem Studie In Seismologische Forschungsbriefezeigen Tepp und Kollegen, wie sie die seismische Signatur einzelner Lieder identifizieren und die Stärke des Zitterns jedes Liedes bestimmen konnten.

Sie haben sogar ein paar Daten darüber, wie sich Swifts Konzert – seismisch gesehen – im Vergleich zu anderen SoFi-Konzerten im Sommer 2023 schlägt, darunter Metallica, Beyoncé und Morgan Wallen.

Das Erdbeben in Seattle Swift veranlasste das California Office of Emergency Services, die seismischen Netzwerkbetreiber im Bundesstaat zu fragen, ob bei Swifts Konzertterminen im August in Los Angeles interessante Forschungsergebnisse erzielt werden könnten. Tepps Kollegen stellten im SoFi-Stadion starke Bewegungssensoren auf und analysierten die von diesen Geräten gesammelten Daten zusammen mit Daten von nahegelegenen permanenten regionalen seismischen Netzwerkstationen.

Bisherige Untersuchungen zeigen, dass „Konzertremor“ als langanhaltende Signale mit schmalbandigen, harmonischen Frequenzspitzen zwischen 1 und 10 Hertz aufgezeichnet werden kann. Diese Art von Niederfrequenzsignal ähnelt dem harmonischen Zittern, das von natürlichen Quellen wie Vulkanen und menschlichen Quellen wie Zügen aufgezeichnet wird.

Eines der Ziele des Forschungsteams war es, einen Weg zu finden, die Zittersignale des Konzerts aus Spektrogrammen zu extrahieren. Spektrogramme sind Diagramme, die die Stärke verschiedener Signalfrequenzen im Zeitverlauf darstellen. Sie werden häufig zur Anzeige der Frequenzen von Schallwellen verwendet, können Seismologen aber auch dabei helfen, von Seismometern und anderen Instrumenten aufgezeichnete Signale zu visualisieren.

Für Tepp, der Vulkane studiert hat und auch Musiker ist, waren die Konzertdaten eine großartige Gelegenheit, Methoden zur Erkennung seismischer Signale in Spektrogrammen zu testen. „Bei Erdbeben sind sie meist ziemlich scharf und anhand der Wellenformen leicht zu identifizieren, aber wenn es beispielsweise Vulkane gibt, bei denen es eine so große Vielfalt an Signalen gibt, können Spektrogramme sehr nützlich sein, um die verschiedenen Arten von Erdbeben zu identifizieren.“ Signale“, erklärte sie.

Die Forscher fanden heraus, dass jedes Swift-Lied ein charakteristisches Zittersignal hatte. Für Swifts Konzert am 5. August 2023 konnten Tepp und Kollegen 43 der 45 gespielten Lieder in den aufgezeichneten Spektrogrammen identifizieren.

Sie berechneten auch die abgestrahlte Energie jedes Liedes und interpretierten diese Zahl im Hinblick auf die lokale Stärke eines Erdbebens, das dieselbe Energie abgestrahlt hätte. Die Stärke der Lieder variierte erheblich, wobei „Shake It Off“ mit 0,851 die größte lokale Stärke erreichte.

„Denken Sie daran, dass diese Energie innerhalb weniger Minuten freigesetzt wurde, verglichen mit einer Sekunde bei einem Erdbeben dieser Größe. Basierend auf der maximalen Stärke der Erschütterungen entsprach das stärkste Beben einem Erdbeben der Stärke -2“, sagte Tepp.

Aber woher kam dieses harmonische Zittern? „Mein Bauchgefühl war, dass wenn man ein so schönes harmonisches Signal wie dieses hat, es von der Musik oder den Instrumenten oder so etwas kommen muss“, sagte Tepp.

Stattdessen fanden die Forscher heraus, dass die beste Erklärung für ihre Daten darin bestand, dass die Bewegung der über 70.000 Menschen das harmonische Zittern verursachte. Um dies zu bestätigen, führten die Wissenschaftler einige eigene Experimente durch. Sie spielten Lieder über einen tragbaren PA-Lautsprecher neben einem starken Bewegungssensor. Tepp schloss auch ihre Bassgitarre an den Lautsprecher an und spielte einen einfachen, sich wiederholenden Beat. Sie sprang sogar neben dem Sensor auf und ab, während sie zu Swifts „Love Story“ rockte.

Die experimentellen Daten bestätigten, dass Bewegung und nicht Musik das harmonische Zittern verursachte. „Auch wenn ich nicht besonders gut darin war, an der gleichen Stelle zu bleiben – am Ende sprang ich in einem kleinen Kreis herum, wie bei einem Konzert –, war ich überrascht, wie deutlich das Signal herauskam“, sagte Tepp.

Tepp war überrascht, dass die Bassschläge „kein harmonisches Signal erzeugten, obwohl sie genauer im Takt waren als meine Sprünge.“

Sie glaubt, dass das eher mit der Signalform zu tun haben könnte – die Bassschläge haben eine rundere, ausgeprägtere Form als die „Spitze“ eines Sprungs – im Verhältnis zum Abstand zwischen den einzelnen Schlägen oder Sprüngen. Diese Beziehung „könnte Auswirkungen darauf haben, warum einige seismische Signale in Spektrogrammen als harmonisch erscheinen, andere ähnliche jedoch nicht.“

Die Forscher verwendeten Daten der regionalen seismischen Netzwerkstationen, um die Erschütterungen zu untersuchen, die von den anderen Headlinern des Sommers bei SoFi verursacht wurden. Einige der interessantesten Daten stammen vom Metallica-Konzert.

„Andere Konzerte hatten schöne geradlinige harmonische Signale, aber die Signale vom Metallica-Konzert waren schräg und sahen irgendwie seltsam aus“, sagte Tepp. „Dafür haben wir noch keine gute Erklärung.“

Eine Erklärung könnte in der Tatsache liegen, dass die Beat-Rate für Swifts Songs zwischen Live- und Album-Auftritten kaum schwankt, Metallicas Beat-Rate jedoch „überall auf der Karte liegt“, bemerkte sie. Videos der Konzerte verdeutlichen auch die Unterschiede zwischen Swifts hochgradig choreografierten Shows und den Metallica-Mitgliedern, die über die Bühne schlendern.

„Die Zittersignale selbst kommen wahrscheinlich vom Publikum, aber wenn die Band den Takt oder die Geschwindigkeit der Songs variiert, reagiert das Publikum vielleicht anders“, vermutete Tepp.

Metallica hatte auch „von jedem Konzert die schwächsten Signale im Hinblick auf die stärkste Stärke“, sagte sie.

„Metal-Fans headbangen sehr gerne, also hüpfen sie nicht unbedingt“, fügte Tepp hinzu. „Es könnte einfach sein, dass die Art und Weise, wie sie sich bewegen, kein so starkes Signal erzeugt.“