Akustyka budowlana. Sale świata. Sydney Opera House

Obiekt, który jest ikoną architektury, a przywołując skojarzenia z Australią zaraz obok kangura widzimy właśnie budynek Sydney Opera House. Niewiele osób jednak wie, że główną funkcja tego obiektu nie jest – wbrew temu co sugeruje nazwa – realizowanie spektakli operowych. Najważniejszą i największą przestrzenią w tym budynku jest sala koncertowa i to do jej wnętrza dzisiaj zajrzymy.

HISTORIA

Gdy minęła zawierucha II Wojny Światowej, w drugiej połowie lat 40 XX wieku Sydney było jednym z wiodących miast w Australii. Rozwijało się pod każdym względem, zostając jednak z tyłu w zakresie kultury. Szczególnie dotyczyło to sztuki scenicznej, zarówno muzycznej, jak i teatralnej – w mieście nie było obiektu, w którym można by było realizować tego typu przedsięwzięcia dla dużej liczby odbiorców. Co więcej, niewielu mieszkańcom, a tym bardziej politykom, zależało na tego typu kulturze.

Na całe szczęście, jak to w większości tego typu obiektów bywa, historia budynku zaczęła się od jednej osoby. W latach 40. XX wieku wraz z przybyciem do Sydney brytyjski kompozytor, sir Eugen Goossens, który został dyrektorem Konserwatorium w Sydney, zaczął nakłaniać lokalne władze na budowę obiektu dedykowanego muzyce. Udało mu się dopiąć swego w 1952 roku, kiedy to podczas wyborów jego pomysł na „postawienie” opery zyskał poparcie polityczne. Nowo wybrany premier, John Joseph Cahill na szczęście dotrzymał słowa i już w 1954 roku zorganizował konferencję, która miała określić przyszłość tego obiektu. Rok później udało się uzyskać ziemię pod budowę, czyli Bennelong Point, co było znaczącym krokiem w przód. W kolejnym roku, w kwietniu 1956, zorganizowano konkurs na projekt opery, do którego przystąpiło ponad dwustu architektów z całego świata. Głównymi wymogami było stworzenie miejsc dla około 3.000 osób oraz możliwość realizacji wielu wydarzeń związanych z muzyką, między innymi spektakli operowych czy koncertów muzyki orkiestrowej.

W 1957 roku, spośród projektów z 28 krajów, jako zwycięską wybrano pracę przygotowaną przez duńskiego architekta Jorna Utzona. Mówi się, że w ostatniej chwili, w grudniu, wysłał on swoje 12 szkiców, co swoją drogą teoretycznie nie spełniało wymogów uczestnictwa w konkursie.

 

Peter Hall, który dokończył dzieło Utzona, przy szklanym modelu Opery.

Po dwóch latach obrony zwycięskiej pracy, dokładnie 2 marca 1959 roku, premier Cahill podczas oficjalnej ceremonii  wmurował kamień węgielny, rozpoczynając tym samym budowę. Mniej więcej w tym samym czasie rozpoczęła się seria problemów z projektem i jego realizacją. W związku z tym, że premierowi zależało na jak najszybszym starcie budowy (względy polityczne) projekt, szczególnie w zakresie konstrukcji, nie był kompletny.

Po pierwsze, okazało się, że podłoże nie było zbyt dobrze zbadane na etapie doboru lokalizacji. Przygotowanie fundamentów wymagało wzmocnienia i stworzenia odpowiedniej podkonstrukcji z betonowych słupów o średnicy wynoszącej blisko 1 metr. Te prace zwiększyły szacowane koszty wykonania obiektu o 3,5 miliona funtów. Co więcej, gdy prace się rozpoczynały nie znano szczegółowego obciążenia jakie powinna przyjąć konstrukcja dachu, którego detale miały się jeszcze kilkukrotnie zmieniać. Co ciekawe, w 1959 roku Sydney Opera House było największą betonową budowlą na południowej półkuli. Zakończenie pierwszego etapu budowy, czyli tak zwanego podium, skończyło się w 1963 roku – dwa lata po przewidywanym terminie. Już wtedy było wiadomo, że dalsze rozwiązania będą wymagały kolejnych zmian.

W tym samym czasie, podczas trwania budowy, Jorn Utzon współpracując z londyńskim biurem konstrukcyjnym Arup & Partners kreślił rozwiązania dachu. Jego opracowania zakładały geometrię skorupy opartą na paraboli, elipsoidzie, a ostatecznie podobną kształtem do formy znanej nam dzisiaj, czyli na sferze. W 1963 roku, po przygotowaniu dokumentacji, rozpoczął się drugi etap budowy – dach.

Niestety, pech dalej trzymał się obiektu. Kontakt między architektem a lokalną władzą, która była inwestorem, zaczął się bardzo mocno psuć. Powodem były gigantyczne koszty i kolejne braki w opracowaniach, które spowalniały budowę. W 1965 roku do władzy doszedł nowy rząd i tym samym doszło do impasu. Utzon potrzebował funduszu na przygotowanie prototypu rozwiązania podwieszania sufitu, których nowa władza nie chciała mu dać. Póki nie było prototypu – nie mogły powstać opracowania wnętrz. W ten sposób budowa stanęła.

W lutym 1966 roku, po krótkim – zapewne dramatycznym – 15-minutowym spotkaniu, Utzon wyszedł nagle z biura jednego z ministrów. Okazało się, że był to moment, w którym architekt zakończył współpracę ze zleceniodawcą. Po kolejnych dwóch miesiącach architekt opuścił Australię zostawiając operę niedokończoną. Liczył, że władze Nowej Południowej Walii zaproszą go ponownie, w celu dokończenia obiektu, jednak nigdy już do tego nie doszło.

W 1967 roku zakończono pracę nad etapem drugim, czyli kopułą, i przystąpiono do wykonania wnętrz. Z uwagi na to, że Utzon nie zajmował się już obiektem, do pracy zaproszono australijskiego architekta Petera Halla. Po przystąpieniu do projektu konsultował on wiele zagadnień z konstruktorami, akustykami (między innymi Lotharem Cremerem, odpowiedzialnym za Filharmonię Berlińską) i byłymi współpracownikami Utzona. Co więcej, odwiedził też wiele sal koncertowych w Europie, Japonii i w Stanach Zjednoczonych. W międzyczasie zmieniono główną funkcję sali. Zrezygnowano z rozwiązania dedykowanego dla opery, a zdecydowano się na salę przeznaczoną do realizowania koncertów orkiestrowych. Mimo wszystko pozostawiono nazwę – zresztą jedna z mniejszych sal ma funkcję teatralną. Peter Hall, uwzględniając koncepcje przygotowane przez duńskiego architekta, opracował nowy projekt wnętrza, łącząc pomysły swoje oraz Utzona, ale niestety operując ograniczonym budżetem, co odbiło się na uzyskanym efekcie.

 

Sydney Opera House w trakcie budowy II etapu, czyli dachu obiektu.

Po 14 latach budowy, 20 października 1973 roku odbyło się oficjalne otwarcie obiektu – narodziny ikony architektury. Na ceremonię nie zaproszono Utzona, ani nawet nie wspomniano o nim. Tym samym zaczęły pojawiać się kolejne problemy, tym razem najważniejsze dla tego typu obiektu, czyli związane z akustyką.

KONSTRUKCJA

Jak wygląda Sydney Opera House z zewnątrz wie każdy, a  co z jej wnętrzem? Czy zanim zacząłeś czytać ten artykuł wiedziałeś jak wygląda sala koncertowa, czy tylko wyobrażałeś sobie dach w kształcie żagli nad wodą?

Na temat architektury samego obiektu nie będę się rozpisywał, gdyż jest to budynek powszechnie rozpoznawalny. Tym bardziej, że nie to jest zagadnieniem istotnym dla tego artykułu. Skupmy się natomiast na rozwiązaniach zastosowanych w sali koncertowej.
Wnętrze o kubaturze 24.600 m3 jest w stanie pomieścić blisko 2.700 osób. Główna część widowni znajduje się naprzeciw sceny, pozostałe miejsca zlokalizowane są na kilku balkonach po każdej stronie sali, częściowo sąsiadujących z płytą widowni, a częściowo ze sceną. Za sceną przewidziane jest również miejsce dla chóru. Sala koncertowa w jej najwyższym punkcie, pomiędzy sceną a sufitem, ma około 25 m wysokości co sprawia, że wśród sobie podobnych jest naprawdę wysoka.

 

Wnętrze głównej sali, sali koncertowej, Sydney Opera House

Spoglądając na wykończenie wnętrza łatwo zauważyć, że w większości jako materiałów wykorzystano drewno. Na podłodze znajduje się ponad 3 centymetrowa warstwa laminowanego drewna na pustce powietrznej, a dokładnie komorze wentylacyjnej, odpowiadającej za wywiew z sali. Podobnie wykonano podest sceny, z tym, że jego położenie, to blisko 130 centymetrów wyżej względem płyty widowni. Co więcej, znajdują się na niej podnośniki, z wykorzystaniem których główne sekcje orkiestry mogą być odpowiednio rozlokowane. Do wykończenia ścian na poziomie widowni i sceny, czyli ich dolnej części – w tym dotyczy to obudowy balkonów – wykorzystano twarde drewno o grubości blisko 2 centymetrów. Wyższe partie sali – zarówno ściany, jak i sufit – zostały wykonane w specjalnie dobranej technologii. Rozwiązanie to, opracowane przez konsultanta akustyki przy projekcie, N.V. Jordana, polegało na zastosowaniu dwóch warstw odpowiednio dobranych materiałów. Zasugerował on, aby użyć sklejki, na której zależało architektom, z dodatkową warstwą płyty gipsowej. Celem było zwiększenie masy obudowy tak, aby odbijała również fale o małych częstotliwościach. Niestety, jak się później okazało, to rozwiązanie wciąż było mało skuteczne.  Tego samego typu sklejkę, co w przypadku ścian i sufitu, wykorzystano do stworzenia foteli. Siedzisko fotela jest tapicerowane i wypełnione pianką poliuretanową, co teoretycznie ma zapewnić podobne właściwości pochłaniania dźwięku niezależnie od tego czy znajduję się na nim widz czy nie.
Nad sceną, w zakresie od około 8 metrów do prawie 11 metrów, podwieszonych jest 21 ekranów akustycznych kształtem przypominających pierścienie. Są one wykonane z czystego, przezroczystego akrylu tak, aby nie blokowały światła, a wręcz mogły je rozprowadzić. W czasach gdy je wykonano wierzono, że ich kształt poprawi akustykę wnętrza, jednak jak się później okazało skuteczność tego rozwiązania była przeceniona.

AKUSTYKA

Mając na myśli Sydney Opera House przywołujemy przed oczy obraz ikony architektury, która robi niesamowite wrażenia. Zakładamy od razu, że sala w środku również jest nadzwyczajna, a muzyka w niej musi brzmieć fenomenalnie. I to jest błąd, bo niestety – mimo swojej sławy – sala ta nie może pochwalić się najlepszymi warunkami akustycznymi.

Załączony rysunek 1 prezentuje charakterystykę czasu pogłosu dla sali pustej oraz wypełnionej widzami. Tutaj wychodzi na jaw cały szereg jej niedoskonałości. Po pierwsze, konstrukcja warstwowa na suficie oraz ścianach nie spełnia swojej roli. Wyraźnie widać, że czas pogłosu w zakresie małych częstotliwości jest krótszy od częstotliwości wyższych. Jest to bezpośrednio związane ze zbyt małą masą obudowy, przez którą basowe dźwięki „uciekają” lub w wyniku rezonansu zostają pochłonięte. Efektem tego jest brak odczuwalnego ciepła dźwięku. Parametr opisując to zjawisko, czyli stosunek basów, optymalnie dla tego typu sal powinien mieścić się w zakresie 1,0-1,3. W omawianym przypadku wynosi on mniej niż 1. Co ciekawe, z uwagi na wspomnianą niedoskonałość była to jedna z pierwszych sal, w której testowano systemy elektronicznego wspomagania akustyki. W celach eksperymentalnych zainstalowano system ACS, który wydłużał wybrzmienie w zakresie małych częstotliwości.

 

Rysunek 1. Charakterystyka czasu pogłosu dla sali pustej oraz wypełnionej widzami.

Kolejnym problemem jest bardzo wysoki sufit i konstrukcja ścian wokół sceny. Efektem jest brak słyszalności wśród muzyków na scenie oraz brak odpowiedniego rozprowadzenia pierwszych odbić na widowni. W celu zwiększenia komfortu na omawianej przestrzeni zawieszono pod sufitem wspomniane wcześniej ekrany akustyczne w formie pierścieni, a dokładniej przypominające znane z amerykańskich filmów donuty. Niestety, jak potem pokazała praktyka, efekt był mizerny.

W latach 90. wiele światowej sławy firm zaczęło badać salę pod kątem poprawienia warunków akustycznych. Zasugerowano, że sala wymaga poważnych zmian w zakresie geometrii i wyposażenia w dodatkowe ustroje/elementy i ekrany akustyczne. Jak to zwykle bywa w takich przypadkach, a w szczególności znając już jakiego pecha ma ten obiekt, nad wnętrzem czuwa konserwator zabytków, który na duże zmiany zgodzić się nie może.

Zaczęto testować akustykę wnętrza w przypadku dodania dodatkowych podwieszonych ekranów. Początkowo dodawano panele ze sklejki, które ze względów wizualnych nie były najlepszym rozwiązaniem. Następnie testowano wypukłe, wykonane z przezroczystego tworzywa „talerze” o rozmiarach zbliżonych do istniejących pierścieni, jednak pomysłem, który najbardziej przypadł konserwatorowi do gustu było uzupełnienie pierścieni tego typu panelem. Po ich zainstalowaniu wielu muzyków mówiło, że w końcu słyszy siebie oraz inne sekcje orkiestry. Niestety, ale było to tylko rozwiązanie tymczasowe na potrzeby testów.

Ponadto w badaniach stwierdzono, że ściany mają zbyt niską masę, przez co występuje problem z niskim częstotliwościami. Widownia skarżyła się także na słyszalne w dolnej części widowni wysokoczęstotliwościowe zniekształcenia. Okazało się, że jest to efekt wykończenia ścian wokół sceny w kształcie zębów ostrza piły i zasugerowano zmianę tej powierzchni na płaską. Badania wskazywały w swoich wnioskach również problem z samym podestem sceny, który wymagałby większej możliwości różnicowania wysokości.

SALA WSPÓŁCZEŚNIE

Mimo nienajlepszej kondycji pod względem akustycznym sala cieszy się dużą popularnością. Obiekt realizuje ogromne ilości wydarzeń. 363 dni w roku wszystkie sale Sydney Opera House są niemal zawsze całkowicie wypełnione. W 2007 roku obiekt wprowadzono na listę światowego dziedzictwa UNESCO. Rok 2016 okazał się szczęśliwym dla obiektu, ponieważ ogłoszono, że przeznaczone zostanie ponad 200 milionów funtów na jego renowację, w tym poprawę akustyki. Prace mają rozpocząć się w 2020 roku i skończyć w 2021. Miejmy nadzieję, że historia się nie powtórzy i wszystko pójdzie zgodnie z planem, a obiekt będzie mógł poszczycić się salą koncertową o akustyce godnej ikony architektury.

 

Materiały graficzne pochodzą z publikacji Beranek L.; Concert Halls and Opera Houses: Music, Acoustics, and Architecture”.