Akustyka budowlana. Sale świata. Dobra akustyka

Dlaczego i co to znaczy, że sala koncertowa ma dobrą akustykę?

Wielokrotnie spotykam się z opinią, że sala X ma znacznie lepszą akustykę niż sala Y. Zawsze zastanawia mnie, na jakiej podstawie oraz w jaki sposób ocenia ją mój rozmówca? Czym według niego charakteryzuje się sala o dobrej akustyce? Tu, niestety, często pojawiają się stwierdzenia w stylu: „tak już jest”, „jest lepiej, bo jest lepiej” i tym podobne. Rzadko kiedy można usłyszeć konkretną argumentację. Co tak naprawdę sprawia, że jedna sala jest lepsza pod względem akustyki od drugiej? Co to jest w ogóle dobra akustyka sali?

Odpowiedź na to pytanie nie jest jednak taka prosta, bo na „dobrą akustykę” wpływa wiele czynników. Co więcej, nie tylko obiektywnych, ale także subiektywnych, i to w znaczącym stopniu. Tu pojawia się wielki problem, czyli subiektywizm oceny. Czasami może to zrujnować „akustykę” sali, mimo bardzo dobrego projektu i optymalnych wyników mierzalnych parametrów. Wyobraźmy sobie sytuację, w której mamy do czynienia z nową salą o znakomitym projekcie, bezbłędnie wykonaną i wręcz o idealnych parametrach akustycznych. Raj akustyka. Podczas otwarcia, w sali wypełnionej muzykami, kompozytorami, melomanami i krytykami muzycznymi usłyszeć będzie można wybraną przez organizatora symfonię jednego z największych kompozytorów. To właśnie jest moment, który może "zniszczyć” jakość akustyczną wnętrza. Nieograna orkiestra, nie najlepszy dyrygent albo źle dopasowany do sali repertuar może sprawić, że wychodzący po koncercie słuchacze określą wrażenia akustyczne w sali jako słabe. Podkreślę, jak wielkie znaczenie ma dobór repertuaru do funkcji oraz warunków akustycznych w pomieszczeniu, głównie czasu pogłosu, przypominając, że wielcy kompozytorzy komponowali utwory pod konkretne obiekty. Mało tego, dochodziło do sytuacji, w których komponowali w określonej tonacji, która według nich najlepiej brzmiała w danej sali. Wracając do orkiestry czy dyrygenta, myślę, że nie muszę opisywać, jak istotny jest to czynnik i jak łatwo może on zniszczyć wrażenia muzyczne.

Bardzo dobrym przykładem tego subiektywizmu oceny wynikającego, w tym przypadku, z osłuchania się i pracą w konkretnych salach jest historia dyrygentów Stokowskiego oraz Koussevitzky’ego. Stokowski był dyrygentem w Philadelphia’s Academy of Music, która charakteryzowała się dość krótkim czasem pogłosu, jak na tego typu obiekt. Dzięki odpowiednim technikom udało mu się osiągnąć takie brzmienie orkiestry, szczególnie instrumentów smyczkowych, że słuchacz nie odczuwał braków związanych z tym parametrem. Koussevitzky był dyrygentem w Boston Symphony Hall, która uznawana jest za salę bardzo żywą (długi czas pogłosu). Jego techniki i praca z orkiestrą pozwoliły uzyskać odpowiednie w tych warunków brzmienie. Mówił on, że akustyka sali w Philadelphi była dobra, ale nawet w ułamku nie tak dobra, jak Symphony Hall. Z drugiego strony Stokowski twierdził, że Symphony Hall ma dobrą akustykę, jednak to Academy of Music charakteryzuje się najlepszą akustyką w Stanach Zjednoczonych. Mimo różnych warunków akustycznych orkiestry w obu salach brzmiały znakomicie, a same sale były oceniane przez słuchaczy bardzo dobrze. I tu pojawia się wątpliwość: która sala jest lepsza? Pozwolę sobie pozostawić to pytanie bez odpowiedzi.

Pomijając wszelki subiektywizm jesteśmy w stanie określić kilka czynników, które mają bardzo duże znaczenie, i da się je ocenić w sposób obiektywny. Cechy, które należy mieć na uwadze, oceniając (a wcześniej projektując) wnętrze wykorzystywane do konkretnej funkcji, związane są z czasem pogłosu, rozprowadzeniem dźwięku na powierzchni widowni, tłem akustycznym czy ogólnymi wadami akustycznymi.

CZAS POGŁOSU

Sala musi charakteryzować się odpowiednim czasem pogłosu, w odniesieniu do kubatury, przy pełnym wypełnieniu widowni. Optymalna wartość parametru powinna być dobrana do funkcji, co znacząco wpływa na subiektywną ocenę sali. Orkiestra symfoniczna nigdy nie będzie dobrze brzmiała w sali o krótkim czasie pogłosu, na przykład w sali kinowej. Więcej o samym czasie pogłosu i jego optymalnych wartościach, oraz skąd one się wzięły, można przeczytać w artykułach już opublikowanych na łamach LSI. Odpowiednia musi być również charakterystyka częstotliwościowa czasu pogłosu. W salach koncertowych wskazane jest dłuższe wybrzmienie w zakresie małych częstotliwości, co wpływa na ciepły i potężny dźwięk w odbiorze, a jak wskazują badania, jest to dobrze oceniane przez słuchaczy.

 

RÓWNOMIERNE ROZPROWADZENIE DŹWIĘKU

Niezwykle ważne jest, aby dźwięk w sali rozprowadzony był możliwie równomiernie. Podstawą tego jest fakt, że w każdym miejscu sali, niezależnie czy słuchacz znajduje się na parterze, czy balkonie, a nawet w ostatnim rzędzie, musi być słyszalna mowa i muzyka. Szczególnie istotne jest to w teatrach, gdzie słyszalność – a zwłaszcza zrozumiałość – przekazu słownego jest najważniejsza. Niedopuszczalna jest sytuacja, w której część widowni, w związku z nierównomierną dystrybucją dźwięku, w skrajnym przypadku nie słyszy cichych dźwięków. Działa to również w drugą stronę, bo mogą w sali znajdować się miejsca, w których będzie zbyt głośno. W praktyce oznacza to, że różnice między poziomem ciśnienia akustycznego w różnych przestrzeniach pomieszczenia nie mogą być znaczące. Określone jest to w prosty sposób, a mianowicie przyjmuje się, że różnica nie może być większa niż pewien określony zakres. Standardem jest przyjmowanie tolerancji ± 3 dB. Cechę tę można sprawdzić w bardzo prosty sposób, korzystając z odpowiedniego miernika. Równomierna dystrybucja dźwięku zależy głównie od geometrii sali oraz rozmieszczenia ustrojów akustycznych.

 

TŁO AKUSTYCZNE

Muzyka wykonywana przez orkiestry symfoniczne bardzo często cechuje się dużą dynamiką, czyli zakresem między najcichszymi i najgłośniejszymi dźwiękami. W przypadku osiągania dźwięków głośnych, jeżeli pomieszczenie nie jest zbyt duże, problemu nie powinno być, chyba że niespełniony jest wcześniejszy czynnik, czyli równomierne rozprowadzenie. Gorzej sprawa wygląda w przypadku cichych dźwięków. Żaden słuchacz nie będzie zadowolony, gdy w trakcie fragmentu utworu granego pianissimo będzie słyszał również pracę wentylacji lub hałas z ulicy. W związku z tym sala musi charakteryzować się bardzo niskim tłem akustycznym, czyli poziomem hałasu przenikającym do pomieszczenia z poza sali, a czasem nawet z samej sali. Tło akustyczne to nie tylko hałas pochodzący od systemów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, ale także hałas samochodowy, hałas z korytarzy wokół sali czy, w niektórych przypadkach, hałas, którego źródłem są urządzenia wewnątrz pomieszczenia. Mowa tu między innymi o projektorach czy świecących lampach (na przykład z wbudowanymi regulatorami ściemniania).

WADY AKUSTYCZNE

Kolejnym czynnikiem są sprawy, chciałoby się powiedzieć, oczywiste, czyli wady akustyczne. W sali o dobrej akustyce niedopuszczalne jest istnienie takich zjawisk jak echo czy echo trzepoczące (ang. Flutter echo). Echo, czyli wyraźne powtórzenie pierwotnego dźwięku po dotarciu do słuchacza z odpowiednim poziomem dźwięku oraz opóźnieniem może być słyszalne, gdy w sali znajdują się duże, gładkie powierzchnie na bazie twardego materiału. Jego powstanie jest jednak możliwe jedynie w odpowiednio dużej sali. Im ona większa, tym większe prawdopodobieństwo, że odebrany dźwięk zostanie zinterpretowany przez nasz układ słuchowy w ten sposób. Przyjmuje się, że powstaje ono przy opóźnieniu większym niż 50 ms, co odpowiada dźwiękowi pokonującemu drogę około 17 m (czyli, na przykład, gdy stoimy 8,5 m od ściany).

Echo trzepoczące jest zjawiskiem opartym na podobnych zasadach, jednak różniącym się w odczuwanym wrażeniu. Najczęściej występuje, gdy źródło dźwięku znajduje się między dwoma równoległymi płaskimi powierzchniami. Generując impuls (na przykład klaśnięcie) w takiej przestrzeni usłyszeć można wielokrotne, szybko powtarzające się echa. W małych pomieszczeniach można mieć wrażenie, że po wyłączeniu źródła dźwięk „dzwoni”.

Pod względem fizycznym jesteśmy w stanie zmierzyć wiele parametrów sali określających jej jakość. Pamiętajmy jednak, że parametry te są odniesione do subiektywnych opinii ludzi. Analizując sale koncertowe możemy oprzeć się na badaniach, które wykonał guru akustyki sal koncertowych, czyli Amerykanin Leo Beranek. Beranek badał najbardziej znane i cenione sale koncertowe na świecie, towarzysząc ówczesnym najlepszym orkiestrom symfonicznym tamtych czasów podczas ich tournee. Oprócz wykonywania dokładnych pomiarów akustycznych każdej z sal przeprowadzał ankiety wśród dyrygentów, muzyków i krytyków muzycznych celem uzyskania ich opinii. Użyty w ankiecie zestaw terminów, które są oceniane, składa się z 18 pozycji, a każda z nich zawiera dwa określenia odpowiadające występowaniu lub niewystępowaniu danej cechy. Przebadał on w ten sposób około 60 sal na całym świecie.

W tabeli 1 przedstawiono kilka przykładowych subiektywnych cech oraz odpowiadających im obiektywnych parametrów. Oceniając każdą pozycję i odnosząc je do określonej wagi wylicza się liczbę punktów i odczytuje odpowiadającą jej ocenę sali.

Współcześnie, wykorzystując zebrane informacje, powszechne jest ocenianie sali za pomocą mierzalnych parametrów akustycznych. Niżej opisane zostały najpopularniejsze z nich.

C₈₀ (ang. Clarity) – przejrzystość dźwięku to parametr, który odpowiada subiektywnemu odczuciu rozróżniania szczegółów, faktury odbieranego dźwięku na tle innych dźwięków. W przypadku orkiestry związane jest to na przykład z rozpoznawaniem poszczególnych instrumentów. Współczynnik przejrzystości C₈₀, stosowany w przypadku pomieszczeń o funkcji muzycznej, mierzy stosunek energii dźwiękowej docierającej do miejsca pomiaru w ciągu pierwszych 80 milisekund do energii późnej zaniku dźwięku. Spotkać można również parametr C₅₀, który stosuje się w przypadku oceny form słownych, a do obliczeń przyjmuje się analogicznie pierwsze 50 milisekund energii. Zalecane wartości tego parametru zależą od funkcji sali i odgrywanej muzyki i mieszczą się w zakresie -4 dB ÷ +4 dB.

p² – ciśnienie akustyczne.

EDT (ang. Early Decay Time) – wczesny czas zaniku wyznaczany jest jako czas mierzony od momentu wyłączenia źródła sygnału akustycznego w pomieszczeniu, do momentu, po którym poziom tego sygnału maleje o 10 dB w stosunku do poziomu wyjściowego. Parametr ten w większym stopniu koreluje z wrażeniem pogłosowości pomieszczenia.

G (Strength Index) – siła dźwięku to miara, która opisuje wpływ pomieszczenia, a dokładniej odbić dźwięku, na odczuwaną głośność źródła. Parametr ten wyznaczany jest jako stosunek poziomu ciśnienia akustycznego w danym punkcie w sali do poziomu ciśnienia akustycznego wytwarzanego przez wszechkierunkowe źródło dźwięku o takiej samej mocy, zmierzonego w polu swobodnym w odległości 10 metrów od źródła. Zalecane wartości, określone przez Beranka mieszą się w zakresie +4 do +5,5 dB.

p² – ciśnienie akustyczne zmierzone na sali,
p²₁₀ – ciśnienie akustyczne generowane przez źródło wszechkierunkowe, zmierzone w odległości 10 metrów w polu swobodnym.

LF (ang. Lateral Energy Fraction) – współczynnik odbić bocznych jest parametrem związanym z wrażeniem przestrzenności w pomieszczeniu, czyli odczuwaną wielkością pomieszczenia. Definiowany jest matematycznie jako stosunek energii docierającej do miejsca odsłuchu z kierunków bocznych do energii docierającej bezpośrednio ze źródła w tym samym czasie. Do pomiaru tego parametru wykorzystuje się dwa mikrofony: jeden o charakterystyce ósemkowej, mierzący dźwięk dochodzący z boków, oraz jeden o charakterystyce wszechkierunkowej. Wartości optymalne w przypadku dużych sal koncertowych mieszczą się w zakresie od 0,15 do 0,25.

p_∞² – ciśnienie akustyczne zmierzone mikrofonem o charakterystyce ósemkowej,
p² – ciśnienie akustyczne zmierzone mikrofonem wszechkierunkowym.

ST1 (ang. The Support Factor) – wsparcie sceny to najczęściej stosowany parametr opisujący wzajemną słyszalność muzyków na scenie. Matematycznie współczynnik to stosunek energii docierającej do odbiornika, który znajduje się metr od źródła, w czasie od 20 do 100 milisekund, do energii zmierzonej w czasie pomiędzy 0 a 10 milisekund. Standardowy zakres wartości występujących w największych salach świata mieści się między -18 dB a -12 dB.

p² – ciśnienie akustyczne.

Znając czynniki wpływające na ocenę jakości akustycznej sal oraz uzbrojeni w powyższą wiedzę możemy wkroczyć w świat sal koncertowych.

Rafał Zaremba