Acustica sălilor de concerte

Când se proiectează o sală de concerte (sau când se cere convertită la această destinație o sală existentă), specialistul – fie el arhitect sau constructor – trebuie să ia în calcul o serie de aspecte tehnice decurgând din cerințele acusticii muzicale.

Sintetic spus, muzica de concert înseamnă efluvii de sunete emise de unul sau mai multe instrumente muzicale (inclusiv vocea umană), ast­fel că – din perspectiva arhitecturii și a designului interior – apar o mulțime de exigențe. Chiar și când emite o singură notă muzicală, instrumentul trimite în spațiu mai multe unde sonore (frecvența funda­mentalei corespunzând acelei note, plus frecvențele armonicelor însoțitoare, care dau timbrul acelui instrument muzical), iar aspectul este mai intens în cazul instrumentelor acustice, adică al celor ce produc sunete prin vibrație proprie/organică. Dacă luăm în calcul faptul că anumite instrumente sunt polifonice (emit simultan mai multe note muzicale – pianul, harpa, chitara) și că într-o orchestră pot exis­ta zeci de instrumente muzicale, deja începem să înțelegem ideea ,,efluviului de sunete’’. (Mai tehnic spus, dinspre scenă pot fi emise în timpul concer­tului foarte multe unde sonore și în mai toată plaja de frecvențe a domeniului audio, de la 16 la 20000 Hertzi.) Luând în considerație că fiecare instrument muzical poate fi oricând acționat în regim forte/ sforzando (puternic/accentuat) sau în regim piano (discret/delicat), realizăm că muzica înseamnă și o mulțime de nuanțe/detalii pe care trebuie să le perceapă fiecare dintre oamenii constituind audito­riul concertelor.

Pe de altă parte, atunci când sunt folosite pen­tru muzică (concerte, audiții, înregistrări), spațiile interioare ale clădirilor prezintă în mod implicit (sau sunt predispuse la) câteva neajunsuri datorate unor efecte acustice dăunătoare: ecouri (suprapu­neri cu întârziere), atenuări selective, rezonanțe, interferențe, etc. Voi prezenta aici câteva problema­tici și câteva elemente/măsuri care se pot adopta la proiectarea (sau la ameliorarea) spațiilor destinate găzduirii muzicii.

Scurte considerente privind propagarea sunetului

• În mod generic, calitatea/eficiența propagării undelor sonore prin aer este influențată de temperatură, de presiunea atmosferică (adică de densitatea moleculelor de aer constituind mediul de transmitere elastică) și de umiditatea relativă din aer, însă în cazul sălilor de concerte aceștia sunt parametri neproblematici (cu variație nesemnificativă).
• Aerul este un mediu de transmitere acustică neideal, astfel că propa­garea sunetului este afectată de distanță, în sensul că are loc o atenuare a amplitudinii undelor sonore pe măsură ce crește distanța de la emițător la receptor. (Eventuala formulă de calculare a atenuării sunetelor în funcție de distanță se determină pornind de la principiile transferului/conservării de energie.) Se consideră că atenuarea este de câte 6 dB la fiecare dublare a distanței. (Vedeți și ISO 9613-1:1993.)
• În mod firesc undele sonore de frecvență joasă (bass) se propagă la distanță mai ușor decât undele de frecvențe înalte (care suferă o atenuare mai drastică), și aceasta deoarece sunetul de frecvență joasă are din start o energie mai mare. (Reținem faptul că atenuarea este direct proporțională cu frecvența sunetului.) Efectul acestei discriminări se poate ameliora atât prin măsuri conceptuale/constructive cât și prin adjuvante electro-acustice: captarea electronică a sunetului la sursa de pe scenă și diseminarea lui în auditorium, cu amplificarea prioritară a frecvențelor înalte. (De o amplificare discriminant-favorizantă ar putea beneficia și sunetele de nivel mic emise în interpretările muzicale în regim piano.)

 

Probleme concrete şi contra-măsuri

Începem cu efectul de ecou, care – aproape paradoxal – este și bun și rău. El se arată benefic pentru audierea muzicii atât timp cât întârzierile produse de reflexii (d1,...,dn – în figura alăturată) sunt foarte mici, și aceasta deoarece (1) conferă un spor de ,,plinătate" muzicii și (2) compensează atenuarea naturală care se întâmplă la propagarea sunetului prin aer. (În jargonul profesioniștilor de studio și al instrumentiștilor, ecoul benefic, adesea augmentat explicit, poartă nume precum ,,chorus’’, ,,reverb’’ și ,,delay’’.) Însă, de partea opusă, ecoul devine malefic/problematic dacă întârzierile unde­lor sonore reflectate (unde apărute pe lângă unda sonoră ajunsă la receptor în linie dreaptă – vedeți figura) determină efecte nedorite/alterante asupra materialului muzical emis. (Problematic este și când sunetul reflectat are parte de atenuări sau de favorizări selective ale frecvențelor.) Eventual reținem faptul că în cazul studiourilor de înregistrări (și al studiourilor de radio), ecoul produs de incintă trebuie evitat aproape în totalitate.

Analizând figura schematică alăturată, vom observa că fiecare punct de pe suprafețele inte­rioare ale sălii (pereți, tavan, stâlpi/coloane, grinzi, etc) constituie vector de reflectare a undelor sonore emise pe scenă. De asemenea, fiecare reflexie va avea propria întârziere: timpul de ajungere la recep­tor va diferi de timpul de referință (timpul parcurs de unda sonoră în linie dreaptă de la sursă la receptor – ,,t’’ în figura noastră).

Aspectul negativ al efectului de ecou se adresează fie (1) în faza de concepere/proiectare a construcției (clădire destinată de la început con­certelor), fie (2) ulterior (când se modernizează/ ameliorează sau se reconvertește o construcție existentă).

Arhitectul poate insera în proiect anumite ele­mente constructive cu scopul de a evita efectele acustice negative, recurgând deci la măsuri precum:

n condiționări geometrice ale suprafețelor inte­rioare (amplasări, distanțe, dimensiuni);

n alegerea materialelor pentru suprafețele inte­rioare (duritate/elasticitate, textură/porozitate);

n adăugarea de ,,membrane’’ reflectoare; etc.

În privința condiționărilor geometrice, abor­darea specialistului poate fi una cvasi-instinctuală (sintetizată din experiențe anterioare) sau una elaborată efectiv: prin estimarea/calcularea întâr-zierilor de unde sonore (precum d1,...,dn în schema noastră) sau prin simularea digitală a propagărilor (într-un software de modelare parametric-dinamică, de genul Rhinoceros+Grasshopper, despre care am scris și în revista T&T).

La alegerea materialelor pentru suprafețele interioare apare aspectul acela interesant (și para­doxal) menționat anterior, și anume că proprietățile suprafețelor trebuie alese astfel încât să favorizeze existența ecoului (pentru că altfel nu se poate acoperi sonor o sală de audiție mare) dar și astfel încât să evite/diminueze efectele acustice nega­tive (atenuări selective, interferențe, etc). Altfel spus, aspectele privind duritatea și/sau textura suprafețelor se urmăresc atât pentru un control cantitativ global (favorizarea/atenuarea acusticii), cât și pentru controlarea domeniilor de frecvențe ale undelor sonore. Și încheiem paragraful spunând că, în practică, corespondențele dintre frecvențele audio atenuate/favorizate și proprietățile de suprafață ale materialelor se determină prin formule (calcule de fizică acustică) sau se obțin din documentațiile furnizorilor de materiale (parametric/grafic).

Ne oprim deocamdată aici, nemaiintrând în detalii concrete și nici în aspectele celorlalte efecte acustice negative (pe care, la nevoie, le vom trata altă dată). Eventual vedeți și articolul meu ante­rior pe această temă, ,,Tehnica sunetului în aplicare civilă’’, din T&T nr.1/2017.