Akustyka budowlana. Sale świata. Akustyczne cuda świata

Nasza skóra tęskni za promieniami słońca i ciepłą wodą egzotycznych mórz i oceanów. Na samą myśl o tradycyjnej kuchni z innych części świata oraz aromatach przypraw i zapachach świeżych owoców cieknie nam ślinka. Przy tym wszystkim jednak zapominamy o jednym bardzo ważnym zmyśle – słuchu, który również może przynieść nam wiele ciekawych doznań.

Śmiało możemy powiedzieć, że ciężko znaleźć dwa takie same miejsca na Ziemi. Każde, tak jak wspomniałem we wstępie, zachwyca nas nie tylko różnorodnymi widokami, smakami czy zapachami, ale także ciekawą kulturą i tradycjami. Z tymi ostatnimi bardzo często wiążę się lokalna muzyka, którą „przy okazji” posłuchamy. Dlaczego jednak po prostu nie słuchamy różnych miejsc? Zachwycamy się widokami, którą są niesamowite i znacznie różnią się od tych, które oglądamy na co dzień, ciesząc tym samym oko. Jakby jednak nie patrzeć, a dokładnie jakby nie słuchać, każde to miejsce różni się również pod względem akustycznym.

Przykładowo, w różnych zakątkach świata, dzięki różnej zwierzynie, różnym roślinom czy nawet różnym wiatrom w lesie, w dżungli czy na pustyni krajobraz dźwiękowy będzie zupełnie inny. Możemy pomyśleć, że każde miasto to ten sam hałas, ale za granicą, gdzie ludzie posługują się obcym dla nas językiem, to brzmienie także jest inne. Ponadto każde miasto jest zupełnie inaczej rozplanowane, co też znacząco wpływa na to, co słyszymy. Co więcej, są też takie miejsca, które stworzone przez naturę lub ludzkimi siłami (przypadkowo lub celowo) potrafią bardzo mocno zadziwić swoją akustyką. W tym artykule przedstawię kilka takich miejsc, które niekoniecznie mają charakter koncertowy, jednak ich specyficzna akustyka sprawia, że koniecznie trzeba na nie zwrócić uwagę. Na całym świecie znajdziemy sporo takich cudów, ale tym razem skupimy się na tych zlokalizowanych w naszym najbliższym sąsiedztwie, czyli w Europie.

TEUFELSBERG

Berlin pod względem akustycznym może pochwalić się nie tylko budynkiem filharmonii, ale także innymi ciekawymi miejscami. Między innymi jest to był Teufelsberg, a dokładniej obiekt się tam znajdujący. Teufelsberg, czyli Diabelska Góra, jest sztucznym wzniesieniem zbudowanym na gruzach Berlina. Nas interesuje jednak to, co się tam znajduje, czyli pozostałości po szpiegowskim centrum nasłuchowym, wybudowanym przez amerykańską Agencję Bezpieczeństwa Narodowego w czasach zimnej wojny. Na terenie stacji, oprócz budynku głównego, znajduje się pięć kopuł nasłuchowych, tak zwanych radonów, i to właśnie w ich wnętrzach panują niesamowite warunki akustyczne. Są to kopuły kształtem zbliżone do sfer wykonanych z trójkątnych oraz sześciokątnych paneli z włókna szklanego. Niestety z uwagi na brak pomysłu na wykorzystanie tego miejsca oraz fakt, że zajmowane jest przez squattersów obiekt jest mocno zaniedbany, 4 dolne kopuły mają ubytki na swoich powierzchniach. Jednak najwyższa, mimo braku ścian na samej wieży, jest pełna, i co ważne geometrycznie najbliższa sferze (około 2/3 pełnej sfery) o średnicy blisko 15 m (ilustracja 1).

To właśnie kształt tak znacząco wpływa na zjawiska akustyczne, jakie możemy tam usłyszeć. Ogólnie, z uwagi na wklęsły kształt powierzchni ograniczających wnętrze, wygenerowany we wnętrzu dźwięk będzie skupiany głównie w jednym konkretnym miejscu. Schematycznie przedstawiono to na ilustracji 2.

Stojąc w środku pomieszczenia i mówiąc będziemy mieli wrażenie, jakby źródło dźwięku było nad nami. Ponadto w obiekcie można spróbować szeptać sobie we własne uszy. Stając na czymś, co sprawi, że nasza głowa będzie zlokalizowana blisko geometrycznego środka kopuły i odsuwając się kawałek w bok możemy znaleźć miejsce, w którym wszystkie odbicia będą kierowane do naszych uszu. Wrażenie jest niesamowite. Co ciekawe, z uwagi na wiele powstających tam skupionych odbić, docierających do słuchaczy w krótkim czasie, nawet ciche dźwięki odbierane są znacznie głośniej niż mogłoby nam się wydawać. W pewnych warunkach różnica w poziomie ciśnienia akustycznego może wynosić nawet 10 dB. Ponadto samo wnętrze charakteryzuje się ciekawymi warunkami pogłosowymi, w którym muzycy eksperymentują nagrywając utwory.

BAPTYSTERIUM SAN GIOVANNI W PIZIE

We włoskiej Pizie pod względem turystycznym również możemy znaleźć więcej niż tylko popularną Krzywą Wieżę. Poza pięknym starym miastem czy imponującą katedrą zlokalizowane jest tam także Baptysterium Świętego Jana Chrzciciela, czyli budynek wykonany wyłącznie na potrzeby udzielania chrztów, w którym tradycją już jest prezentowanie niezwykłej akustyki panującej wewnątrz (ilustracja 3).

Obiekt, razem ze wspomnianą wcześniej wieżą i katedrą, a także pobliskim cmentarzem, wchodzi w skład tak zwanego zespołu zabytkowego Piazza del Duomo. Oprócz podziwiania niezwykłej krzywizny czy architektury pobliskich budynków warto zwrócić uwagę na warunki pogłosowe wewnątrz baptysterium. Wnętrze oparte na planie koła o średnicy około 35 metrów ma wysokość prawie 55 metrów. Co ciekawe, mury u podstawy mają ponad 2,5 metra grubości.

Duża kubatura oraz masywne, bardzo słabo pochłaniające energię akustyczną ściany sprawiają, że wygenerowany wewnątrz dźwięk wybrzmiewa długo. Czas pogłosu może wynosić nawet 12 sekund. Lokalni przewodnicy prezentują brzmienie wnętrza śpiewając wielogłosy sami ze sobą. Tak, jest to możliwe. Każda kolejna wyśpiewana nuta jest słyszalna razem z poprzednią, które jeszcze wybrzmiewają. W efekcie taki „człowiek-chór” jest w stanie stworzyć piękne harmonie. W Internecie bez problemu można znaleźć przykładowe nagrania.

MORSKIE ORGANY W ZADARZE

Chorwacja, bardzo popularny kierunek wśród polskich turystów, jest również coraz popularniejsza na całym świecie ze względu na krajobrazy wykorzystywane w serialu Gra o Tron. W nadmorskim kurorcie, Zadarze, z rąk ludzkich powstał kolejny cud akustyki, który chciałbym przedstawić. Są to morskie organy (z ang. Sea Organ) stworzone przez chorwackiego architekta Nikola Bašića (ilustracja 4).

Tak naprawdę ich budowa jest bardzo prosta i nie różni się prawie niczym od typowej piszczałki. Ilustracja 5 przedstawia schemat budowy tego urządzenia. Główna różnica polega na tym, że powietrze nie jest wtłaczane przez dmuchawę, a jedynie przez fale morskie oraz wiatr u dołu rur. Wyżej znajduje się język piszczałki, komora rezonansowa oraz ażurowa obudowa, wykonana w formie szczelin w stopniach, która umożliwia wydostanie się dźwięku.

W sumie rzeźba-instrument ma około 70 metrów długości, w których równomiernie rozłożonych, wbudowanych w kamienne schody przy brzegu jest 35 piszczałek, wykonanych z polietylenowych rur. Co więcej, są one nastrojone na różne dźwięki. Mogłoby się wydawać, że taki instrument chaotycznie napędzany przez ruch fal oraz wiatru będzie generował jedynie kakofonię. Nic bardziej mylnego. Każda piszczałka została nastrojona tak, aby generowała jedną konkretną nutę, która współgra z pozostałymi, tworząc piękne harmonie. W efekcie można usłyszeć tam niekończący się koncert organowy o lekko mistycznym charakterze, grany przez naturę.

KATEDRA ŚW. PAWŁA W LONDYNIE

Kolejne miejsce, które może nas zachwycić nie tylko swoim architektonicznym pięknem czy fascynującą historią, ale także niezwykłym zjawiskiem akustycznym, jest katedra św. Pawła w Londynie i znajdująca się tam galeria szeptów. Sam budynek jest jednym z najbardziej reprezentacyjnych obiektów zlokalizowanych w stolicy Anglii. Katedra, wybudowana na planie krzyża, ma prawie 160 metrów długości i około 75 metrów szerokości. Ponadto charakterystyczna kopuła zamyka obiekt na ponad 100 metrach wysokości (ilustracja 6).

Co więcej, to właśnie pod tą kopułą znajdują się galerie, a na wysokości 30 metrów ta, która interesuje nas najbardziej, czyli tak zwana galeria szeptów (ilustracja 7).

Galeria na planie okręgu o średnicy około 33 metrów otoczona jest murowanymi twardymi ścianami. To właśnie dzięki tym rozwiązaniom architektonicznym spotykamy się tam ze zjawiskiem, w którym szepcząc przy ścianie z jednej strony słuchacz z przeciwnej wyraźnie wszystko usłyszy tak, jakby ta osoba szeptała mu wprost do ucha. Dlaczego tak się dzieje? Kolejne odbicia dźwięku od ścian prowadzą go wzdłuż ścian do innych miejsc. Schemat rozchodzenia się odbić przedstawia ilustracja 8.

 

Dzięki twardej, odbijającej powierzchni fala akustyczna wytraca przy kolejnych nie jest już aż tak wyraźne, gdy zamiast szeptać będziemy mówić. Hałas pochodzący z parteru katedry ma widmo pokrywające się mniej więcej z widmem mowy, w związku z czym maskuje (zagłusza) on sygnały generowane na galerii. W przypadku szeptów więcej jest wyższych składowych, których tło akustyczne nie zakłóca. Stąd fizyczne wyjaśnienie tajemniczej nazwy: galeria szeptów. Takich miejsc możemy spotkać więcej, wystarczy, że spełnione zostaną warunki dotyczące pomieszczenia na planie okręgu oraz masywnych ścian, jednak w katedrze św. Pawła, dzięki odpowiednim wymiarom i materiałom, efekt jest bardzo wyraźny.

ZBIORNIKI OLEJOWE W INCHINDOWN

Większość opisanych przeze mnie cudów akustyki powstało przypadkowo. Tak też jest w przypadku zbiorników olejowych w Inchindown na terenie Szkocji. Ich budowa miała miejsce w czasie drugiej wojny światowej jako zabezpieczenie zaopatrzeniowe. W latach 30. XX wieku paliwo składowane było w obiektach naziemnych, które w wyniku niemieckich nalotów mogły być bardzo łatwo zniszczone. W efekcie w jednym z okolicznych wzgórz wywiercono w litej skale ogromne zbiorniki wykończone grubą warstwą betonu. W sumie cały kompleks jest w stanie pomieścić około 145,5 tysięcy metrów sześciennych paliwa. Największe z nich mają długość blisko 240 metrów, szerokość około 9 metrów i wysokość 13,5 metrów (ilustracja 9).

Co ciekawego pod względem akustycznym można znaleźć w takim miejscu? Pogłos! Wielka kubatura, wszystko wykończone betonem i litą skałą – to połączenie sprawia, że omawiane wnętrze zbiornika charakteryzuje się najdłuższym czasem pogłosu na świecie. Czas pogłosu wyznaczony z odpowiedzi impulsowej dla całego zakresu częstotliwości wynosi aż 75 sekund. Co ciekawe, w wyniku pochłaniania energii akustycznej w zakresie dużych częstotliwości przez powietrze oraz resztki oleju w zakresie małych częstotliwości zanik trwa jeszcze dłużej. Dla 125 Hz jest to 112 sekund, a dla 63 Hz aż 163 sekundy. Tak, jest to nawet wpisane w księgę rekordów Guinessa. Osobą, która odkryła ten akustyczny cud, był brytyjski profesor akustyki Trevor Cox, i jak opowiada, same pomiary były bardzo ciekawe.

Po pierwsze, niesamowite jest już dostanie się do środka, chociaż na pewno już na tym etapie część zainteresowanych by zrezygnowała. Do zbiornika jest się wsuwanym niczym chleb do pieca, na specjalnych noszach, przez otwór o długości 2,5 metra oraz średnicy 45 centymetrów. Sam etap pomiaru wymaga dużo cierpliwości. Gdy nasz krok będzie zbyt głośny lub spadnie nam coś na ziemię generując hałas, będ

ziemy zmuszeni odczekać dwie minuty, aż do momentu gdy dźwięk całkowicie zaniknie. W celu zwiedzenia tych miejsc organizowane są wycieczki. Co ciekawe, autor badań do zbiorników zabrał ze sobą nie tylko sprzęt pomiarowy, ale także swój saksofon (ilustracja 10). Przeszukując Internet można znaleźć nagrania, które prezentują jego mały koncert w tym miejscu.

W okresie wakacyjnym, w czasie swoich podróży zwracajmy uwagę nie tylko na piękne widoki czy cudowne smaki, ale także słuchajmy otaczających nas dźwięków. Może uda się znaleźć kolejny akustyczny cud?

 

Rafał Zaremba

---

Materiały graficzne, oprócz opisanych zdjęć, pochodzą ze stron internetowych www.crolove.pl i www.sonicwonders.org oraz publikacji Cox T.: Sonic Wonderland. A scientific odyssey of sound oraz Cox T.: A record „longest echo” within the Inchindown oil despository.