Effect of Insulating Material in Saxophone Keys on the Dynamics of Fingertip Skin Temperature of Musicians in Cold Weather

Aleksandr L. Urakov ^1,2, Kurt Ammer³, Anastasia P. Stolyarenko¹

1 Izhevsk State Medical Academy, Izhevsk, Russia

² Udmurt Federal Research Centre Ural Branch of the RAS, Izhevsk, Russia

³School of Mathematics and Computing, University of South Wales, Pontypridd, UK

SUMMARY

BACKGROUND: The appearance of local hypothermia on a musician´s fingers the during the performance of saxophone-music in the cold may indicate excessive cooling, which may cause a decrease of the rate and quality of musical performance. All the components of a modern saxophone are made of metal and no part of a musical instrument is coveredwith heat-insulating material. Almost every part of an instrument can act as a heat sink for the fingers of a musician when playing in a cold room, so a thermal imager might help to identify the contribution of various elements of the saxophone in cooling the digits.

AIM OF THE STUDY: To investigate by infrared thermal imaging the ability of a novel saxophone of modified thermal conductivity to maintain the finger temperature of musicians when playing their musical instrument in a cool room.

METHOD: We studied the temperature dynamics of the fingers of the bare hands of 5 healthy male volunteers (musicians) before, during and after playing the alto saxophone in a room at a temperature of +15 °C. Playing the saxophone lasted 15 minutes. Thermal images were taken under two different conditions: 1. Bare unprotected hands and an unprepared saxophone, 2. Unprotected hands and a modified saxophone, the buttons of which were covered with a layer of foamed polyethylene 1 mm thick. Immediately after the end of playing the saxophone, the participants removed their hands from the instrument and remained in the room with their bare hands at an air temperature of +15 °C, where 2 thermal images were recorded at intervals of 5 minutes. Thermal images were evaluated qualitatively and quantitatively using point temperature measurements on the distal phalanx of each finger.

RESULTS: Playing a standard saxophone with bare hands at an air temperature of +15 °Cled from the very beginning to a progressive temperature drop of all fingers in all musicians. Temperature decrease started at the fingertips, then the zone of low temperatures extended in the proximal direction and after 10 minutes the entire fingers were affected. In all fingers, contact with the keys of the saxophone became most obvious by intensive changes in temperature. Concurrently, the temperature of the distal phalanges of the fingers decreased to +15 °C, and after 15 minutes of play, the tips of the middle fingers of some volunteers cooled to +13 °C. Covering the buttons of the saxophone with foam led to a smaller decrease in the temperature of the fingers. Infrared thermography provides information about the degree of heat loss of the fingers, which can occur when playing the saxophone in a cold room. This technique can also be used to evaluate the effectiveness of saxophone modifications to prevent cold induced stiffness of the fingers. The temperature of the cold air, its convection and the conductive heat loss caused by parts of the saxophone, especially the cold keys of the saxophone, all contribute to the local cooling of the fingers. These components of heat loss from hands should be considered when designing protective devices for saxophones with intended use in cold conditions.

CONCLUSION: Infrared thermography may be a promising method for identification of excessive cooling of the fingers of the musician's hands when playing the saxophone in a cold room. Thermal imaging can also be used to evaluate instrument modifications to prevent finger cooling, thereby supporting a saxophone player's performance in the cold.

KEY WORDS: thermal imager, saxophone, modernization, cold fingers.

AUSWIRKUNG VON ISOLIERMATERIAL AN SAXOPHONKLAPPEN AUF DIE DYNAMIK DER HAUTTEMPERATUR DER FINGERSPITZEN VON MUSIKERN BEI KALTEM WETTER

HINTERGRUND: Das Auftreten von lokaler Hypothermie an den Fingern des Musikers während der Aufführung von Saxofonmusik in der Kälte kann auf eine übermäßige Abkühlung hinweisen, die zu einer Abnahme der Rate und Qualität der musikalischen Leistung führen kann. Da alle Details eines modernen Saxofons aus Metall bestehen und kein Teil eines Musikinstruments mit einem wärmeisolierenden Material bedeckt ist, kann fast jeder Teil davon als Kühlkörper für die Finger eines Musikers dienen, wenn er in einem kalten Raum spielt, so dass eine Wärmebildkamera helfen könnte, den Beitrag verschiedener Elemente des Saxofons bei der Kühlung der Finger des Musikers zu identifizieren.

ZIELDERSTUDIE: Mittels Infrarot-Wärmebildtechnik die Fähigkeit eines neuartigen Saxofons mit modifizierter Wärmeleitfähigkeit zu untersuchen, die Fingertemperatur der Musiker beim Spielen ihres Musikinstrumentes in einem kühlen Raum aufrechtzuerhalten.

METHODE: Wir untersuchten die Temperaturdynamik der Finger der bloßen Hände von 5 gesunden männlichen Freiwilligen (Musikern) vor, während und nach dem Altsaxophonspielen in einem Raum mit einer Temperatur von +15°C. Das Saxofon spielen dauerte 15 Minuten. Wärmebilder wurden unter zwei verschiedenen Bedingungen aufgenommen: 1. Nackte ungeschützte Hände und ein nicht präpariertes Saxofon, 2. ungeschützte Hände und ein modifiziertes Saxofon, dessen Tasten mit einer 1mmdicken Schicht aus geschäumtem Polyäthylen bedeckt sind. Unmittelbar nach dem Ende des Saxophonspiels nahmen die Teilnehmer ihre Hände vom Instrument und blieben mit bloßen Händen im Raum mit einer Lufttemperatur von +15 °C, wo 2 Wärmebilder im Abstand von 5 Minuten aufgenommen wurden. Wärmebilder wurden qualitativ, und quantitativ mittels Punkttemperaturmessungen am Endglied jedes Fingers ausgewertet.

ERGEBNISSE: Das Spielen eines Standardsaxofons mit bloßen Händen bei einer Lufttemperatur von +15° C führte von Anfang an bei allen Musikern zu einem fortschreitenden Temperaturabfall aller Finger. Der Temperaturabfall begann an den Fingerspitzen, dann dehnte sich die Zone der niedrigen Temperaturen in proximale Richtung aus und nach 10 Minuten waren die gesamten Finger betroffen. In allen Fingern wurde ihr Kontakt mit den Tasten des Saxofons durch intensive Temperaturänderungen am deutlichsten. Gleichzeitig sank die Temperatur der distalen Phalangen der Finger auf +15 °C, und nach 15 Minuten Spielzeit kühlten die Spitzen der längsten und dünnsten Finger einiger Freiwilliger auf +13 °C ab. Das Abdecken der Tasten des Saxofons mit Schaum führte zu einer geringeren Abnahme der Fingertemperatur.

Die Infrarot-Thermografie gibt Aufschluss über den Grad des Wärmeverlustes der Finger, der beim Saxophonspielen in einem kühlen Raum auftreten kann. Diese Technik kann auch verwendet werden, um die Wirksamkeit von Saxofon Modifikationen zu bewerten, um kälteinduzierte Steifheit der Finger zu verhindern. Die Temperatur der Kaltluft, ihre Konvektion und der konduktive Wärmeverlust durch Teile des Saxofons, insbesondere die kalten Tasten des Saxofons tragen alle zur lokalen Abkühlung der Finger bei. Diese Komponenten des Wärmeverlusts durch Hände sollten bei der Entwicklung von Schutzvorrichtungen für Saxofone mit vorgesehener Verwendung unter kalten Bedingungen berücksichtigt werden.

SCHLUSSFOLGERUNG: Infrarot-Thermografie kann eine vielversprechende Methode zur Identifizierung und übermäßigen Abkühlung der Finger der Hände des Musikers beim Saxophonspielen in einem kalten Raum sein. Wärmebilder können auch für die Bewertung von Modifikationen des Instrumentes verwendet werden, welche eine Fingerkühlung zu verhindern und dadurch die Leistung des Saxophonisten in der Kälte zu unterstützen.

SCHLAGWORTE: Wärmebildkamera, Saxofon, Modernisierung, kalte Finger.

Thermology international 2022, 32(2) 27-35