Akustyka sal koncertowych
i ich przełożenie na akustykę w warunkach domowych

(część 3- Großer Musikvereinssaal, Concertgebouw i BSH)

W poprzednich częściach artykułu opisywałem sale koncertowe wybudowane w drugiej dekadzie XXI wieku. Tę część poświęcę na te sale, które od wielu lat uznawane są za wzorcowe pod względem akustycznym (*).
Dlaczego niektóre sale koncertowe uważa się za akustycznie dobre, a inne nie? Gdy niektóre z tych najlepszych sal były budowane to architekci mogli polegać jedynie na swojej intuicji, bo dopiero na sam koniec XIX wieku Wallace Clement Sabine opracował matematyczną metodę określania czasu pogłosu. Sale do dziś uważane za najlepsze pod względem akustycznym powstały pod koniec XIX wieku: Wiener Musikverein, Amsterdam Concertgebouw i Boston Symphony Hall. Warto je poznać…

 

  • Wiener Musikverein (Großer Musikvereinssaal):

Sala, najstarsza z tych wymienionych wyżej, uważana jest za najlepszą pod względem brzmieniowym. Cesarz Austrii Franciszek Józef I nakazał w Wiedniu rozbiórkę murów miejskich. W uzyskanej wolnej przestrzeni miał powstać reprezentacyjny bulwar. Wtedy Towarzystwo Miłośników Muzyki (zajmowało się ono między innymi organizacją koncertów dobroczynnych) zwróciło się do cesarza o przydzielenie działki na nową siedzibę z większą salą koncertową, gdyż ta, w której grali do tej pory, była zbyt mała. W 1863 roku działka została przydzielona. Stowarzyszenie zaprosiło do współpracy wielu wybitnych architektów, między innymi autorów projektu Wiedeńskiej Opery Państwowej Augusta Siccarda von Siccardsburga i Eduarda van der Nülla, a także Theophila Hansena, jednak dwaj pierwsi zrezygnowali z uczestnictwa w konkursie. Projekt duńskiego architekta- Hansena, przypadł do gustu decydentom. Hansen zaprojektował budowlę w stylu renesansowym, inspirowaną sztuką grecką. Budowę sfinansował Cesarz i dobroczyńcy, w tym sami członkowie stowarzyszenia. Po trzech latach- 5 stycznia 1870 roku cesarz Franciszek Józef I położył kamień szczytowy, co oznaczało zakończenie budowy. Były to czasy, w których akustyka architektoniczna jako dziedzina nauki powstała ponad dwadzieścia lat później, a więc pod względem akustyki wnętrz architekci opierali się jedynie na swojej intuicji oraz na doświadczeniu zdobytym przy budowie innych podobnych obiektów.

Sala koncertowa, zwana złotą, jest typu shoebox, czyli sali na planie prostokąta, ze sceną zlokalizowaną po jednej stronie i widownią po przeciwnej. Znajdziemy w niej trzy poziomy mieszczące widownię główną oraz dwa balkony, z czego jeden jest jedynie odrobinę wyżej niż widownia. Sala jest przewidziana dla 2.000 słuchaczy- 1.700 miejsc siedzących na drewnianych fotelach z obitymi siedziskami oraz 300 miejsc stojących. Podłoga widowni i balkonów wykończona jest drewnianym parkietem. Ściany sali, głównie wykonane w tynku, mają wiele nieregularności spowodowanych zastosowaniem nisz, rzeźbień, ponad czterdziestu sztuk okien i dwudziestu drzwi.

Od początku swojego istnienia zachwyca brzmieniem, przejrzystością i przestrzennością dźwięku, ale dlaczego? Sala jest w przekroju prostokątem- 48,8 metrów długości oraz 19,1 metrów szerokości. Wysokość sali w najwyższym punkcie wynosi około 17,5 metrów. Dzięki zastosowaniu wysokiego sufitu i niewielkiej powierzchni pochłaniającej dźwięk uzyskano czas pogłosu (**) wynoszący średnio dwie sekundy przy sali pełnej słuchaczy. Oznacza to, że sala jest żywa akustycznie i wręcz idealna dla muzyki symfonicznej okresu romantyzmu i klasycyzmu. Niestety, w sali powstaje pogłos- ze względu na fotele, który różni się znacząco dla pełnej i pustej przestrzeni, co utrudnia próby. Jednak niewielka kubatura sali, w porównaniu do innych obiektów tego typu, i wspomniane minimalne pochłanianie dźwięku przyczyniło się do uzyskania wysokiej wartości innego parametru- siły dźwięku (**), która wynosi około 7,3 dB (średnia z pasm oktawowych 125 Hz ÷ 4 kHz). Boczne ściany oddalone są od siebie w optymalnej odległości, zaś dolne powierzchnie i barierki balkonów zapewniają pokrycie widowni wczesnymi odbiciami, co znacząco wpływa na przejrzystość odbieranego przez słuchaczy dźwięku. W efekcie parametr przejrzystości dźwięku (**), C80, wynosi około -4 dB (średnia z pasm oktawowych 125 Hz ÷ 4 kHz).

Liczne zdobienia i rzeźbienia- np. kariatydy podtrzymujące balkony, powodują, że fala akustyczna jest rozpraszana na większą część powierzchni siedzisk. Jest to zjawisko wskazane w salach koncertowych, bo  wpływa na równomierne pokrycie widowni dźwiękiem wytwarzanym przez orkiestrę. Nie dotyczy to jedynie równomierności rozkładu ciśnienia akustycznego, ale także pozostałych parametrów charakteryzujących akustykę sali. Generalnie uznaje się, że właśnie ta różnorodność geometrii powierzchni jest powodem znakomitych warunków tej sali. Istotna jest też odczuwana przestrzenność. Odpowiedzialnym za tego typu wrażenia jest jest współczynnik odbić bocznych LF (**). W Grosser Musikvereinssaal przyjmuje on wartość około 0,18- idealny.
Za dwa lata sala będzie obchodziła 150. lecie swojego istnienia, a tam wciąż grywane są koncerty, które zachwycają.

 

  • Amsterdam Concertgebouw:

Podobno Johannes Brahms, który często bywał w Amsterdamie mówił z przekąsem- „…w Amsterdamie można nieźle zjeść, ale żeby posłuchać dobrej muzyki, trzeba pojechać do Utrechtu”. Władze miasta wzięły sobie do serca i zdanie Brahmsa (dowodów jednak brak), i naciski ze strony prasy, bo zdecydowali w 1881 roku, kilka miesięcy po publikacji artykułów prasowych, o założeniu komitetu mającego na celu postawienie dużej sali koncertowej. Do zaprojektowania budowli zaangażowali holenderskiego architekta P.J.H Cuypersa, który zasugerował lokalizację obiektu na ówczesnych przedmieściach Amsterdamu, w Nieuwer-Amstel. Inspirację czerpał z sali Kaisersaal w Düsseldorfie. Pierwsze szkice budynku powstały we wrześniu 1881 roku. Jednak po ukazaniu się artykułu w gazecie Angemeen Handelsbald krytykującego projekt Cuypersa za właśnie inspirację niemiecką salą. Te krytyczne uwagi miał holenderski kompozytor W.F. Thooft, który kilka lat spędził w Düsseldorfie i miał okazję się przekonać jak złą akustykę wykazywała sala Kaisersaal. Zasugerował pewne rozwiązanie, nie znając dokładnych zjawisk związanych z propagacją dźwięku, które zwiększa izolacyjność akustyczną między salą a tym, co dzieje się na zewnątrz. Na podstawie własnych obserwacji stwierdził, że sala o dobrej akustyce charakteryzuje się tym, że jej przegrody nie są powiązane bezpośrednio ze środowiskiem zewnętrznym, mając jeszcze dodatkową przestrzeń między nim (jak w uproszczonej wersji technologii współcześnie nazywanej „box in box”). Po ogłoszonym konkursie na projekt sali koncertowej, 6 kwietnia 1883 roku, komitet ogłosił, że zwycięzcą został Van Gendt. Pięć lat później, 11 kwietnia 1888 roku, otwarto salę koncertową Concertgebouw. Opinie po koncercie otwierającym były znakomite…

Budynek jest wykonany w stylu neoklasycznym, tak z zewnątrz jak wnętrza. W obiekcie są dwie sale- koncertowa i kameralna. Duża sala, jest typu shoebox, czyli mniej więcej prostopadłościenna, w której orkiestra usytuowana jest po jednej stronie, a znaczna część widowni po drugiej. Jest ona długości około 44 metrów oraz szerokości prawie 28 metrów. W najwyższym miejscu ma 17 metrów wysokości. Widownia mieści ponad 2.000 osób. Geometria nie jest typowa, bo ma zaokrąglone narożniki. Ponadto za sceną umieszczona jest dodatkowa przestrzeń mieszcząca, w zależności od widowiska, chór lub widownię. Co ciekawe, znajduje się tam również jeden z najwyższych podestów orkiestrowych – 150-centymetrowy– który wykonany jest z twardego drewna. Z podobnego materiału wykonana jest również podłoga, której drewniane płyty są umieszczone na belkach. Główne przejścia wyłożone są dywanem. W przestrzeni między podłogą a stropem znajduje się czterocentymetrowa warstwa piasku. Fotele obite są grubym, dość twardym czerwonym materiałem. Główna część widowni umieszczona jest na jednym poziomie, jednak w sali, z trzech jej stron, znajdują się również balkony podtrzymywane przez zdobione kolumny. Ściany oraz sufit mają bardzo wiele nieregularności w postaci płaskorzeźb, wnęk i nisz wykończonych tynkiem na murze. Jednym z ciekawszych elementów sali jest jej sufit, wykonany w formie kasetonów wykończonych tynkiem. Ich rzeźbiona geometria ma znaczący wpływ na akustykę wnętrza.

 

Mała sala recitalowa, o owalnym kształcie, dedykowana dla muzyki kameralnej. Pomieszczenie ma wymiary około 20 m na 15 m i może pomieścić 437 osób na widowni.

Niektórym może wydawać się dziwne, że sala o znakomitych (jak się okazało) właściwościach akustycznych w żaden sposób nie opierała się na naukowych podstawach, bo ich jeszcze wtedy nie było. Opierano się jedynie na doświadczeniach, obserwacjach oraz różnych, czasami intuicyjnych założeniach. Po pierwsze powszechny model- shoebox gwarantował, że architekci mieli wzorce, co było swego rodzaju gwarancją sukcesu. W efekcie odpowiedniej kubatury, która wynosi 18.780 m3, kształtu oraz doboru materiałów w pomieszczeniu, czas pogłosu wynosi około 2,45 s przy pustej sali. W przypadku sali wypełnionej widownią średni czas pogłosu zmniejsza się do około 1,9 sekundy (to wzorcowy wynik i odpowiedni dla odtwarzania muzyki epoki romantyzmu). Zwracające uwagę zdobienia ścian, nieregularność powierzchni bocznych sprawia, że dźwięk zostaje rozproszony po sali. Dzięki temu zapewnione jest nie tylko odpowiednie i równe rozprowadzenie dźwięku na widowni, ale także odczucie bycia otoczonym przez dźwięk. Profesor Leo Beranek, specjalista w dziedzinie akustyki sal koncertowych, wspominał, że dla lubiących być całkowicie zanurzonym w dźwięku wybór miejsc na głównej widowni tego obiektu daje najlepsze przeżycia. Z obiektywnego punktu widzenia parametrem odpowiadającym za przestrzenność dźwięku jest współczynnik LF (**). Jego wartość uzyskana w tym obiekcie, LF = 0,18 (średnia z pasm oktawowych 125 Hz ÷ 4 kHz), potwierdza wspomniane oceny subiektywne. Choć odległość między ścianami bocznymi jest większa niż w podobnych obiektach, to czas dotarcia dźwięków odbitych od tych ścian do widzów jest odpowiedni. Skutkuje to znakomitą wartością parametru przejrzystości dźwięki C80, która wynosi -3,6 dB (średnia z pasm oktawowych 125 Hz ÷ 4 kHz). Wadą tej sali jest to, że słychać wyraźną różnicę między dźwiękiem na widowni głównej, a dźwiękiem słyszanym na balkonach. W tym drugim przypadku odczuwalne wrażenia są lepsze niż w pierwszym, jednak przy fakcie, że dźwięk w sali i tak jest wyjątkowo dobry to ta „wada” chyba nią nie jest.

  • Boston Symphony Hall:

Ta sala zawdzięcza swoją klasę pewnemu fizykowi z Harvardu i jednocześnie twórcy początkującej, gdy bostońska sala powstawała, dziedziny nauki- akustyki architektonicznej. Tym fizykiem był Wallace Clement Sabine. Budowę Symphony Hall sfinansował amerykański bankier i filantrop Henry Lee Higginson, który w 1881 roku założył bostońską orkiestrę symfoniczną i finansował jej działalność przez trzydzieści sześć lat. Boston Symphony Orchestra, prawie dwadzieścia lat grała w bostońskim Music Hall. Była to sala oparta na prostokącie i płaskiej powierzchni widowni. Dobra akustyka trwała do momentu instalowania w niej organów… Niestety musiały być demontowane dla korzystniejszych warunków akustycznych. Nad sceną dodano, co prawda nienajlepiej wyglądający, ekran akustyczny, co w efekcie według słuchaczy i muzyków poprawiało balans orkiestry i warunki odsłuchowe muzyków. Wszystkie zabiegi ku poprawie akustycznych walorów sali poszły na marne, bo przez nią miała i tak przebiegać linia kolei miejskiej. Wobec tego Henry Lee Higginson zdecydował o budowie nowej sali, później nazwanej Boston Symphony Hall. Wallace Clement Sabine miał pełnić rolę konsultanta do spraw akustyki. Architekci chcieli wzorować się na lipskim Gewandhaus, która jednak mogła pomieścić nie więcej niż 1.560 słuchaczy. Rozwiązaniem tego problemu było przeskalowanie wymiarów sali, mnożąc je przez 1,3. Jednak konsultant Sabine po przeprowadzeniu obliczeń, wykorzystując swoje niedawno opracowane równanie służące do wyznaczania czasu pogłosu, stwierdził, że sala będzie zdecydowanie za duża. Czas pogłosu oszacował na około 3 sekundy, gdzie zgodnie z jego obliczeniami sala w Lipsku charakteryzowała się czasem około 2,3 sekundy. Jako rozwiązanie problemu zaproponował on zmianę wysokości sufitu oraz długości sali. W związku z tym że zmniejszyła się liczba miejsc na widowni, zalecił wykonanie dodatkowego balkonu. Ponadto Sabine przedstawił projekt estrady, która powinna się rozszerzać od strony ściany za muzykami, co w efekcie miało lepiej rozprowadzać odbicia. Podobne rozwiązanie zastosowano w przypadku sufitu, który również zwiększa swoją wysokość nad estradą. Sala została otwarta piętnastego października 1900 roku. Wzbudziła wśród publiczności zachwyt, zarówno pod względem wizualnym, jak i akustycznym, a krytycy uzupełniali, że balans poszczególnych sekcji w orkiestrze był optymalny, a instrumenty solowe wyraźne.

Sala koncertowa jest typu shoebox, czyli „pudełkowa”. Widownia ma długość około trzydziestu ośmiu metrów, a jej szerokość to prawie dwadzieścia trzy metry, wysokość w najwyższym miejscu ma ponad osiemnaście metrów. Sala wyposażona jest w fotele, które mają już ponad sto lat. Jedyne, co w nich zmieniono to dość cienkie obicia. Nad widownią, na ścianach bocznych i tylnej znajdują się dwa poziomy balkonów. Zabezpieczenie stanowią są przezierne barierki w formie belek ułożonych w kratę, co w obiektach tego typu jest bardzo rzadko spotykane. Ponad balkonami, na zdobionych płaskorzeźbami ścianach, w niszach umieszczone są gipsowe repliki rzeźb greckich i rzymskich.

Sala wykazuje się wzorową akustyką- zachwyca nie tylko słuchaczy, ale także muzyków i dyrygentów, a wielu z nich uważa, że jest to najlepsza sala koncertowa w Stanach Zjednoczonych.
Jeśli dziś się analizuje akustykę Boston Symphony Hall na przykład- czas pogłosu, to okazuje się, że równanie Sabine’a już na etapie projektu daje prawie zgodne zakładane wartości co te dziś zmierzone: w przypadku pustego obiektu wynosi około 2,4 s (dla 500 Hz), natomiast dla sali wypełnionej publicznością charakteryzuje się wartością około 1,9 s. Wiele kwestii związanych z salą określił inwestor- Higginson. To one miały znaczący wpływ na właściwości akustyczne Boston Symphony Hall, na przykład: po konsultacjach z muzykami i dyrygentami zdecydował, że sala ma być oparta na planie prostokąta, bo zapewnia równomierne pokrycie dźwiękiem (odbiciami) widowni, określił też szerokość sali (co prawda ze względów wizualnych, ale znacząco wpłynęło to na akustykę) dzięki czemu docierające do słuchaczy odbicia od ścian, w odpowiednim czasie, determinują wartości takich parametrów jak przejrzystość dźwięku, przestrzenność czy pozorna szerokość źródła. Bardzo istotne okazały się decyzje inwestora podczas doboru materiałów, bowiem zalecił, że sala powinna być odporna na ogień, w związku z tym wykończono ją głównie materiałami masywnymi i niepalnymi, czyli cegłami i tynkiem. W wyniku tego typu zabiegom pochłanianie małych częstotliwości w sali jest niewielkie, a to zapewnia dłuższe ich wybrzmienie. Subiektywnie słuchacze odczuwają, że dźwięk jest ciepły i potężny. Wyposażenie sali w wiele zdobień, nisz i figur rozprasza dźwięk co sprawia, że pogłos wybrzmiewa w czasie bardzo równo. A więc kto wpłynął na ostateczny efekt akustyczny Boston Symphony Hall? Akustyk, inwestor czy muzycy swoimi sugestiami? Sądzę, że sukces ma w tym przypadku wielu „ojców”.

Krótko opisałem trzy sale koncertowe, w których akustyka daje słuchaczom pełnię wrażeń muzycznych. Która z tych sal jest najlepsza? Na to pytanie nie da się odpowiedzieć obiektywnie. Subiektywna ocena należy do muzyka, dyrygenta i słuchacza. Łatwo zauważyć, że te trzy sale sukces zawdzięczają przede wszystkim znakomitemu rozpraszaniu dźwięków, bo materiałów pochłaniających jest tam mało. Mają też wspólną cechę-  kształt na bazie prostokąta. Moje doświadczenia wynoszone z przyglądania się dobrze skonfigurowanym systemom audio i to co wyżej można wyczytać z opisu znakomitych sal koncertowych, mogą tylko utwierdzić mnie w przekonaniu, że nie będzie wielkim błędem gdy i my- audiofile, rozpraszaniu damy szansę.

 

 

*)  Cykl tutoriali, który ukazał się w magazynie-  był źródłem i inspiracją dla tej części artykułu.

**) Oto kilka cech, dzięki którym w sposób obiektywny można ocenić jakość akustyczną sal (według- ):

  • 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. […] 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- w każdym miejscu sali, niezależnie czy słuchacz znajduje się na parterze, czy balkonie, a nawet w ostatnim rzędzie, musi być słyszalna mowa i muzyka. […] 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 ±3dB. […] 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Powrót do części drugiej  artykułu >>

Powrót do części pierwszej artykułu >>

Wróć do artykułu: ustroje akustyczne (1)

Wróć do artykułu: ustroje akustyczne (2)

Wróć do artykułu: ustroje akustyczne (3)