舞台用の煙と霧

煙の効果とは、スモーククッキーや既製の煙カートリッジなどの花火材料、あるいは線香やHVAC（空調設備）用の煙ペンや煙発生ペンなどの可燃性物質によって生み出される、舞台上の雰囲気作りの効果を指します。

煙は、霧やもやを構成する液滴ではなく、燃焼時に放出される固体粒子で構成されているという点で、他の大気現象と区別される。

霧は、様々な種類のグリコールまたはグリコールと水の混合液（霧液と呼ばれる）を熱交換器（基本的に抵抗加熱素子を備えた金属ブロック）に送り込み、液体が蒸発するまで加熱することで生成されます。蒸発すると、濃い半透明または不透明な霧が発生します。この目的のために特別に製造された装置は、霧発生装置と呼ばれます。

舞台上で演出用の霧を発生させる旧式の方法（ただし、映画では今でも使われている）として、サーマルフォガーと呼ばれる装置を用いる方法がある。これは元々は殺虫剤散布用に設計されたもので、石油製品（通常は灯油またはプロパン）を吸引し、燃料に点火して炎を発生させ、空気と殺虫剤の混合物を加熱して濃密な霧を発生させる。この技術は、軍隊が煙幕を作るために使用する発煙装置に似ており、発生する霧の量と必要な石油燃料の量から、一般的には屋外でのみ使用される。舞台演出においては、殺虫剤の代わりにグリコール、グリコールと水の混合物、または水が用いられるのが一般的である。

低層霧の効果は、フォグマシンとこの目的のために特別に設計された別の装置を組み合わせることで作り出すことができます。フォグマシンから出る霧は、ファンと氷が入った装置を通すか、エアコンに似たファンとコンプレッサーが入った装置を通すことで冷却されます。その結果、地面から数フィート以内にとどまる比較的濃い霧が発生します。霧が温まったり、攪拌されたりすると、上昇して消散します。舞台用フォグ液のメーカーのいくつかは、より濃く、より均一な霧の効果を得るために、 CO2_と併用することを目的とした特別配合の混合液を開発しています。これらの冷却装置は二酸化炭素を使用しませんが、特別配合のフォグ液は通常のフォグ液よりも濃密な霧を作り出します。

ヘイズ効果とは、主にロックコンサートの「ライトフィンガー」のように、照明ビームを際立たせることを目的とした、目立たない均質な雲を作り出すことを指します。この効果はヘイズマシンを使用して生成され、通常は2つの方法のいずれかで行われます。1つの方法は、鉱物油を電気または圧縮_CO2で駆動するスプレーポンプで噴霧し、鉱物油を細かい霧状にするものです。もう1つのヘイズ生成方法は、グリコール/水混合物を使用して、霧効果を生成するプロセスとほぼ同じプロセスでヘイズを生成します。どちらの場合も、使用される液体はヘイズ液と呼ばれますが、異なる配合は互換性がなく、交換できません。グリコール/水ヘイズ液は、曖昧さを避けるために「水性ヘイズ」と呼ばれることもあります。

加圧された鉱物油を充填したエアゾール缶からも、少量の霧を発生させることができる。発生する霧の密度や充填できる空間の容積は、霧発生装置に比べてかなり小さいものの、エアゾール缶には持ち運びが容易で、電気を必要としず、発生する霧の量をより細かく制御できるという利点がある。

圧縮ボンベに貯蔵された液体二酸化炭素（CO₂ _）は、舞台用フォグマシンと組み合わせて「低層」の霧効果を生み出すために使用されます。液体CO₂で舞台用フォグを冷却すると_、地面から数フィート以内の濃い霧が発生します。霧が温まったり、攪拌されたりすると、上昇して消散します。舞台用フォグ液のメーカーのいくつかは、より濃く、より均一な霧効果を実現するために、CO₂との併用を前提とした特別配合の混合液を開発しています_。効果の持続時間は、舞台用フォグマシンの加熱サイクルと液体CO₂の消費速度によって決まり_ます。

ドライアイスを浸した液体の凝縮により、大きく立ち昇る霧の柱が作られます。ドライアイスを液体に浸すと、純粋なCO₂_ガスの泡が形成され、次に液体の分子が泡の表面で蒸発し、ガスの泡になります。蒸発した液体の分子は後に泡の中で凝縮し、霧を作り出し、ルシャトリエの原理に基づいて、さらに液体の分子が蒸発してガスの泡になります。^{[ 1 ]}霧は、タイミングと持続時間を制御するために、電磁弁を通して放出されます。電磁弁が閉じられると、霧は急速に空気中に拡散し、効果はほぼ瞬時に終了します。この効果は、蒸気の噴水、花火の代わり、マジックショーでの出現や消失のための瞬間的な不透明な壁の作成など、さまざまな用途に使用できます。

ドライアイス（固体二酸化炭素）の効果は、適切な容器（例えば、温水器コイルが入った55ガロンのドラム缶）で水を沸騰または沸騰寸前まで加熱し、そこに1つ以上のドライアイスを投入することによって得られます。二酸化炭素は大気圧下では液体として存在できないため、ドライアイスは昇華して瞬時に気体となり、^{[ 2 ]}水蒸気を凝縮させて濃い白い霧を作り出します。容器の上部に設置されたファンは霧を必要な場所に向け、地面近くに広がる渦巻き状の霧を作り出します。水中に沈んだドライアイスが水を冷やすと、発生する霧の量と持続時間が減少するため、水を再加熱するための「休止」期間が必要になります。

ドライアイスは、フォグマシンと組み合わせて、低い霧の効果を生み出すためにも使用できます。ドライアイスは、両端に開口部​​のある断熱容器の中に入れられます。フォグマシンからの霧は容器の一方の側から送り込まれ、もう一方の端から流れ出ます。この方法を使えば、（液体CO2ボンベやヒーター内蔵の防水容器をレンタルする費用と比べると）安価に低い霧を作り出すことができますが_、生成される霧の量は通常少なく、大気の乱れの影響を受けやすくなります。

液体窒素（N₂ _）は、ドライアイスと同様の方法で、低い位置に霧を発生させるために使用されます。機械は水を沸点付近まで加熱し、蒸気を発生させて密閉容器内の湿度を高めます。液体窒素を容器に注入すると、水分が急速に凝縮して濃い白い霧が発生します。容器の出口に設置されたファンが霧を必要な場所に送り込み、地面に近い低い位置に流れる霧を作り出します。この方法で生成される霧は水滴のみで構成され、消散しても表面にほとんど残留物が残らないため、このような機械は一般的に「ドライフォガー」と呼ばれています。ドライフォガーは、このタイプの霧発生機の特定のブランドの商標名でもあります。窒素の代わりに液体空気を使用することもできます。

二酸化炭素の濃度が危険なレベルに達すると、頭痛、吐き気、視界のぼやけ、めまい、息切れなどの症状が現れます。さらに濃度が高くなると、意識を失い、窒息死に至る可能性があります。圧縮二酸化炭素やドライアイスを使用する際は、常に十分な換気が確保されていることを確認し、緊急時には密閉空間から二酸化炭素を迅速に排出するための手順を整備しておく必要があり_ます。

ドライアイス（-78.5  ℃）は、取り扱いを誤ると凍傷の危険性が非常に高いため、取り扱い時には長袖シャツや手袋 などの適切な保護服を必ず着用してください。圧縮ボンベに貯蔵された液体二酸化炭素（5気圧、-56.6℃）も、加圧物質に伴うあらゆる危険性を伴い、適切な取り扱いが必要です。

窒素自体は比較的無毒ですが、高濃度では酸素を置換し、窒息の危険性があります。液体窒素（-195.8  ℃）は、取り扱いを誤ると凍傷や低温火傷の危険性が非常に高くなります。これらの製品を取り扱う際は、長袖シャツや手袋などの適切な保護服を必ず着用してください。液体窒素は圧縮ボンベに貯蔵されているため、加圧物質に伴うあらゆる危険性があり、それに応じた取り扱いが必要です。

舞台用霧や人工ミストへの曝露がもたらす潜在的な健康影響に関する研究が数多く発表されている。

最初の研究は、コンサルテック・エンジニアリング社が俳優組合との契約に基づいて実施した。コンサルテック社の研究結果は、さらに2つの研究によって確認された。1つは、国立労働安全衛生研究所が1994年に実施した健康被害評価^{[ 11 ]}、もう1つは、マウントサイナイ医科大学の地域予防医学部門とENVIRONが2000年に実施した研究^{[ 12 ]}で、いずれも俳優組合とアメリカ劇場プロデューサー連盟のために作成され、ブロードウェイミュージカルの俳優やパフォーマーへの影響に焦点を当てた。3つの研究すべてで、長時間のピーク時の舞台霧への曝露は、目や呼吸器などの粘膜の刺激と関連しているという結論が出た。2000年の研究では、俳優が健康や発声能力に悪影響を受けないようにするための曝露ガイドラインが概説された。

別の研究^{[ 13 ]}では、商業航空業界における模擬火災状況でのスタッフの緊急訓練に舞台用霧を使用することに焦点を当てました。この研究では、目や呼吸器系の刺激が発生する可能性があることが分かりました。

2005 年 5 月に、ブリティッシュコロンビア大学環境保健学部が実施した、American Journal of Industrial Medicineに掲載された研究^{[ 14 ]}では、ライブ劇場、コンサート、テレビや映画の制作からビデオゲームセンターまで、さまざまな娯楽施設で働くクルーメンバーの呼吸器系への悪影響が調査されました。この研究では、鉱物油とグリコールベースの霧への累積的な曝露が、呼吸器の健康に対する急性および慢性の悪影響と関連していることが判明しました。この研究では、グリコール霧への短期的な曝露が、咳、喉の乾燥、頭痛、めまい、眠気、疲労と関連していることがわかりました。この研究では、煙と霧への長期的な曝露が、胸の圧迫感や喘鳴などの短期および長期の呼吸器系の問題と関連していることもわかりました。霧発生装置に最も近い場所で作業する人員は、肺機能の結果が低下していました。

エンターテインメントサービスおよびテクノロジー協会は、エンターテインメント会場で使用される劇場用フォグまたは人工ミストの組成物の基準をまとめており、その基準は「通常の労働年齢である18歳から64歳までの健康な出演者、技術者、または観客に害を及ぼす可能性が低い」ものである。^{[ 15 ]}この基準は、ESTAが委託したCIH文献調査の結果に基づいており（ただし、それだけではない）、水とグリコールおよびグリセリンの混合物（いわゆる「水性」フォグ液）で構成されるフォグ液組成物のみに適用される。

グリコール霧への短期的な曝露は、頭痛、めまい、眠気、疲労感と関連する可能性があります。煙や霧への長期的な曝露は、上気道や声の症状と関連する可能性があります。煙や霧への長期（複数年）の曝露は、短期および長期の呼吸器系の健康問題と関連付けられています。劇場用煙への曝露を可能な限り低いレベルに減らす努力をする必要があります。映画やテレビのセットでのポストプロダクションでのデジタル効果の使用は、撮影中に劇場用煙や霧を使用するよりも安全な方法と考えられますが、これは常に実用的とは限りません。^{[ 16 ]}

微小粒子状物質（一般にPM₂.₅と呼ばれる）は、直径2.5マイクロメートル以下の空気中の粒子で構成されており、肺や血流に入り込む可能性があります。室内のPM₂.₅濃度の上昇は、呼吸器系、心血管系、およびその他の全身的な健康影響と関連しています。^{[ 17 ] [ 18 ]}

劇場用煙や霧の評価では、微粒子を検出できるエアロゾルモニターがいくつか使用されていますが、大気質規制で使用されるマイクログラム/立方メートル (µg/m³) 単位ではなく、ミリグラム/立方メートル (mg/m³) 単位で曝露が報告されています。^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} 1 mg/m³ は 1,000 µg/m³ に相当するため、推奨される劇場用霧の曝露限度 (10～40 mg/m³) は 10,000～40,000 µg/m³ に相当します。比較のために、米国環境保護庁の 24 時間 PM₂.₅ 基準は 35 µg/m³ であり、^{[ 22 ]}世界保健機関の 24 時間 PM₂.₅ ガイドラインは 15 µg/m³ です。^{[ 23 ]}これらの推奨される職業レベル（10,000～40,000 µg/m³）は、米国環境保護庁の大気質ガイドラインで「不健康」、「非常に不健康」、または「危険」に分類される PM₂.₅ 濃度よりも数桁高い。^{[ 24 ]}

以前の劇場用煙や霧の評価では、エアロゾル濃度が mg/m³ で報告されていましたが、PM₂.₅ などのサイズ分画された粒子測定値は提供されていませんでした。国立労働安全衛生研究所による健康被害評価では、PM₂.₅ 濃度を報告せずに、バルクエアロゾル質量を使用して出演者のグリコールエアロゾル曝露を測定しました。^{[ 25 ]}その後、マウントサイナイ医科大学と ENVIRON が俳優組合と米国劇場製作者連盟のために実施した研究では、グリコールと鉱物油エアロゾルを評価し、濃度を mg/m³ で報告しましたが、同様に PM₂.₅ やその他のサイズ固有の粒子測定値は提供されていませんでした。^{[ 26 ]}

最近の査読済み研究では、グリコールベースの舞台用エアロゾルの化学組成が明らかになり始めている。Guo ら (2022) は、実験室でプロピレングリコール (PG) とトリエチレングリコール (TEG) から生成された人工霧を調査し、舞台の雰囲気効果によってかなりの量の超微粒子状物質が生成され、室内空気の質に悪影響を与えることを発見した。^{[ 27 ]}また、この研究では、長期間保管された霧液中に高濃度のホルムアルデヒドやその他のカルボニル化合物が存在し、霧発生装置の動作中に室内空気中に放出されることも報告されている。Guo ら (2023) による追跡調査では、舞台用霧に一般的に使用されるグリコールが自動酸化を起こし、ヒドロキシルラジカルや一重項酸素などの室内酸化剤との反応によって有毒なカルボニルを生成することが実証された。^{[ 28 ]}これらの研究結果は、グリコールベースの劇場用エアロゾルが、粒子状物質以外にも、酸化分解によって生成されるホルムアルデヒドやその他のカルボニル化合物などの追加の化学汚染物質を導入する可能性があることを示唆している。

劇場用霧の液滴はPM₂.₅に寄与するサイズ範囲に収まること、また既存の研究ではサイズ分画された粒子濃度ではなくエアロゾル全体の質量のみが報告されているため、密閉された会場における微粒子への曝露は十分に解明されていない。