Seattle må ha upplevt sitt eget Swift Quake i juli förra året, men vid en konsert i augusti 2023 gav Taylor Swifts fans i Los Angeles forskarna mycket skakningar att begrunda.
Efter en del debatt drog ett forskarlag under ledning av Gabrielle Tepp från Caltech slutsatsen att det troligtvis var publikens dansande och hoppande rörelser på SoFi Stadium – inte de musikaliska takterna eller efterklangen från ljudsystemet – som genererade konsertens distinkta harmoniska skakningar.
I deras studie i Seismological Research Letters , Tepp och kollegor visar hur de kunde identifiera den seismiska signaturen för enskilda låtar och bestämma styrkan av varje låts tremor.
De har till och med lite information om hur Swifts konsert står sig – seismiskt, det vill säga – mot andra SoFi-konserter sommaren 2023, inklusive Metallica, Beyoncé och Morgan Wallen.
Jordbävningen i Seattle Swift fick California Office of Emergency Services att fråga seismiska nätverksoperatörer i delstaten för att se om någon intressant forskning kan genereras vid Swifts konsertdatum i augusti i Los Angeles. Tepps kollegor satte upp starka rörelsesensorer på SoFi Stadium och analyserade data som samlats in av dessa enheter tillsammans med data från närliggande permanenta regionala seismiska nätverksstationer.
Tidigare forskning visar att "konserttremor" kan registreras som långvariga signaler med smalbandiga, harmoniska frekvenstoppar mellan 1 och 10 hertz. Den här typen av lågfrekvent signal ser ut som den harmoniska darrningen som registrerats från naturliga källor som vulkaner och mänskliga källor som tåg.
Ett av målen för forskargruppen var att hitta ett sätt att extrahera konsertens tremorsignaler från spektrogram. Spektrogram är grafer som visar styrkan hos olika signalfrekvenser över tid. De används ofta för att visa frekvenser för ljudvågor, men de kan också hjälpa seismologer att visualisera signaler som registrerats av seismometrar och andra instrument.
För Tepp, som har studerat vulkaner och även är musiker, var konsertdatan ett utmärkt tillfälle att testa metoder för att detektera seismiska signaler i spektrogram. "För jordbävningar är de för det mesta ganska skarpa och lätta att identifiera med vågformer, men när du har något som vulkaner där du har så många olika signaler, kan spektrogram vara väldigt praktiska för att hjälpa till att identifiera de olika typerna av signaler", förklarade hon.
Varje Swift-låt hade en distinkt tremorsignal, fann forskarna. För Swifts konsert den 5 augusti 2023 kunde Tepp och kollegor identifiera 43 av de 45 låtarna som spelades inom de inspelade spektrogrammen.
De beräknade också den utstrålade energin för varje låt och tolkade den siffran i termer av den lokala magnituden av en jordbävning som skulle ha utstrålat samma energi. Låtarna varierade avsevärt i magnitud, med "Shake It Off" som kom in på den största lokala magnituden på 0,851.
"Tänk på att den här energin frigjordes under några minuter jämfört med en sekund för en jordbävning av den storleken. Baserat på skakningens maximala styrka motsvarade den starkaste skakningen en jordbävning med magnituden -2", sa Tepp.
Men var kom all den där harmoniska darrningen ifrån? "Min magkänsla var att om du har en harmonisk signal som är trevlig som dessa, så måste det vara från musiken eller instrumenten eller något," sa Tepp.
Istället fann forskarna att den bästa förklaringen till deras data var att rörelsen av den över 70 000 publiken orsakade den harmoniska tremoren. För att bekräfta detta utförde forskarna några egna experiment. De spelade låtar på en bärbar PA-högtalare bredvid en stark rörelsesensor. Tepp kopplade också in sin bas till högtalaren och spelade ett enkelt repetitivt beat. Hon hoppade till och med upp och ner bredvid sensorn medan hon vaggade till Swifts "Love Story".
Experimentdata bekräftade att det var rörelse och inte musik som skapade den harmoniska tremoren. "Även om jag inte var bra på att stanna på samma plats - det slutade med att jag hoppade runt i en liten cirkel, som på en konsert - blev jag förvånad över hur tydlig signalen kom ut," sa Tepp.
Tepp var förvånad över att basslagen "inte gav en harmonisk signal, även om de var mer exakt på takten än mitt hoppande."
Hon tror att det kan ha mer att göra med signalformen - basslagen har en rundare, mer framträdande form än "spiken" i ett hopp - i förhållande till utrymmet mellan varje slag eller hopp. Detta förhållande "kan ha konsekvenser för varför vissa seismiska signaler visas som harmoniska i spektrogram medan andra liknande inte gör det."
Forskarna använde data från de regionala seismiska nätverksstationerna för att titta på darrningen som skapades av sommarens andra headliners på SoFi. Några av de mest intressanta uppgifterna kom från Metallica-konserten.
"Andra konserter hade fina raka harmoniska signaler, men signalerna från Metallica-konserten var snedställda och såg lite konstiga ut," sa Tepp. "Vi har ingen bra förklaring till det än."
En förklaring kan finnas i det faktum att taktfrekvensen för Swifts låtar inte varierar mycket mellan live- och albumframträdanden, men Metallicas takthastigheter "är över hela kartan", noterade hon. Videor från konserterna visar också skillnader mellan Swifts mycket koreograferade shower och Metallicas medlemmar som vandrar på scenen.
"Själva skaksignalerna kommer sannolikt från publiken, men om bandet varierar takten eller hastigheten på låtarna medan de går, kanske publiken reagerar annorlunda", föreslog Tepp.
Metallica "hade också de svagaste signalerna när det gäller den starkaste styrkan från varje konsert", sa hon.
"Metalfans gillar att headbanga mycket, så de studsar inte nödvändigtvis", tillade Tepp. "Det kan bara vara så att sätten de rör sig på inte skapar en lika stark signal."
Mer information: 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
Tillhandahålls av Seismological Society of America
