Rozwój nauki o akustyce na przestrzeni dziejów

Rozwój nauki o akustyce na przestrzeni dziejów

Powierzchnia do chodzenia na scenie była zwykle wykonana z drewna, a kamienne ściany odgrywały rolę w odbiciu i rozpraszaniu dźwięku. Gdy występowało wiele chórów, powierzchnię kamiennego parkietu (sceny dla chóru) posypywano słomą, aby zredukować odbicia dźwięku. Projektując audytorium (theatron), uwzględniano także kierunek i odległość rozprzestrzeniania się ludzkiej mowy. Aby osiągnąć nienaganną zrozumiałość i głośność, widzowie nie mogli znajdować się z boku i na tyłach teatru. W ten sposób powstało eliptyczne audytorium o kącie elewacji 25-30 stopni.

Kamienne krzesła theatronu rozpraszały dźwięki, zapobiegając tworzeniu się echa. Pod rzędami umieszczane były kamienne wazony, aby zapewnić wibracje dźwięku, poprawiając w ten sposób głośność i zrozumiałość. Efekt rozmieszczenia siedzeń jak schodów w starożytnych greckich teatrach został porównany z efektem przyciętych na wymiar materiałów dźwiękochłonnych użytych do izolacji w nowoczesnym studiu dźwiękowym lub laboratorium akustycznym. Rzędy siedzeń tłumią dźwięki poniżej 500 Hz, filtrując najczęstsze dźwięki, szmery widzów, szelest wiatru lub przewracanie kartek. Zdaniem ekspertów ta granica częstotliwości jest idealna do odfiltrowywania szumów. Dźwięk był słyszalny nawet z odległości 60 metrów!

Dzięki tej metodzie w Epidauros, gdzie słynny teatr może pomieścić 14 000 widzów, w ostatnim rzędzie oddalonym od sceny o 60 metrów  również można słyszeć i rozumieć wypowiedzi aktorów. W teatrach rzymskich dokonano wiele zmian. Scena i widownia stały się półokrągłe, publiczność zbliżyła się do sceny. Całkowite zabudowanie teatru zaowocowało ogromnymi powierzchniami dźwiękowymi, które zwiększyły rozprzestrzenianie się dźwięku. Zwiększyła się również szerokość i głębokość sceny, co pogorszyło akustykę. Za górnymi rzędami utworzono arkadową konstrukcję dachu, aby uzyskać odpowiedni dźwięk, wykorzystując zdolność odbicia tych ścian.

Pojawiły się również loże i zasłony.

Wynalazkiem Rzymian są zamknięte hale targowe, w których odbywały się wiece, te proporcjonalne budynki z płaskim dachem są przodkami sal wykładowych o doskonałej akustyce. W starożytności akustyka ograniczała się do budynku teatru.
W średniowieczu nabrał znaczenia raczej w budownictwie sakralnym. W nowo budowanych bazylikach i kościołach kładziono nacisk na idealne brzmienie kazań i wspólnych pieśni. Mniejsze konstrukcje w stylu romańskim nadal dobrze funkcjonowały akustycznie. Kopuły charakterystyczne dla stylu gotyckiego bardzo pogorszyły akustykę. Ogromne przestrzenie stawały się coraz bardziej powszechne w architekturze, skutkując niemożliwym do opanowania dźwiękiem. W okresie renesansu warunki akustyczne uległy dalszemu pogorszeniu ze względu na jeszcze większe rozmiary.

Wraz ze stagnacją rozwoju nauki w średniowieczu nauka o akustyce nie rozwijała się przez wieki.

W XVI wieku powstały pierwsze wnętrza kościołów, katedry  przeznaczone do celów muzycznych. Jedna z takich słynnych katedr to Thomaskirche w Lipsku, w której Johann Sebastian Bach wykonał wiele swoich utworów. Dla kompozytora było bardzo ważne wyrafinowane i optymalne brzmienie.
W XVII wieku budownictwo teatralne rozkwitło ponownie. Plany budynków były podobne do tych z teatrów grecko-rzymskich, z wyjątkiem tego, że rzędy na widowni ustawiono jeden nad drugim i zbudowano pełną konstrukcję dachu. Powstawało bardzo dużo teatrów, oper i sal koncertowych.

Czy Galilei był specjalistą od akustyki?

Galileo jako pierwszy napisał o akustyce. Jego praca na temat akustyki, opublikowana w XVII wieku, wspomina o pochodnych geometrycznych, odchylaniu dźwięku, planach kontroli dźwięku, a także zajmuje się echem i pogłosem. Mniej więcej w tym czasie określana została również przybliżona prędkość rozprzestrzeniania się dźwięku. Większość teatrów i sal koncertowych powstała w XVIII-XIX wieku.
Obecnie sale pod wieloma względami różnią się od wcześniejszych. Często ze względów finansowych próbują budować hale wielofunkcyjne. Istnieje niezliczona ilość przypadków, w których w dobrze zaprojektowanych pod względem e architektonicznym, funkcjonalnym i finansowym pomieszczeniach ze złą akustyką próbują naprawić tę sytuację za pomocą dźwięku elektronicznego, co nie zawsze jest rozwiązaniem problemu.

Cechą charakterystyczną rozchodzenia się dźwięku na zewnątrz jest to, że rozprzestrzenianie się dźwięku fizycznego nie jest utrudnione przez żadną pochłaniającą lub odbijającą powierzchnię.

W praktyce nie spełnia się to, np.

• Odbijająca właściwość powierzchni ziemi

oraz ze względu na pochłanianie dźwięku przez powietrze.

Zależność między poziomem mocy akustycznej źródła dźwięku a poziomem ciśnienia akustycznego pomieszczenia zależy od stanu pomieszczenia:

• temperatura,
• wilgotność
• wiatr.

W warstwach powietrza o różnych temperaturach dźwięk rozchodzi się z różnymi prędkościami. Na styku dwóch mediów o różnych temperaturach zawsze załamują się w kierunku chłodniejszego powietrza.

W letnie dni, ze względu na ciepło wydzielane przez tłum, dźwięk pochyla się w kierunku wyższych warstw zimnego powietrza. W powietrzu prędkość rozchodzenia się dźwięku rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Zwykle występujące ciśnienie i wilgotność nie mają wpływu na prędkość rozchodzenia się dźwięku.

W przypadku powierzchni wewnętrznych możemy wyróżnić dwa rodzaje przestrzeni dźwiękowych:

• dyfuzyjną (rozproszoną)
• i bezpośrednią przestrzeń dźwięku.

Kiedy w pomieszczeniu włączymy źródło dźwięku, najpierw tworzy ono bezpośrednią przestrzeń dźwiękową, a następnie odbija się od ścian, tworząc odbitą przestrzeń dźwiękową. Wpływowi tych dwóch przestrzeni na siebie zawdzięczamy powstające w nas uczucia przestrzeni i kierunku oraz odległości. 

W niewłaściwie wentylowanym pomieszczeniu temperatura wzrasta i kilka ważnych odbić od sufitu może zniknąć z powodu odchylenia fal dźwiękowych. Jeśli temperatura zmienia się w przeciwnym kierunku, wtedy słuchacze otrzymują mniej bezpośredniej energii dźwiękowej z powodu odchylonych do góry promieni dźwiękowych. Z tego powodu rzędy siedzeń powinny być ustawione do góry. Dźwięk rozchodzi się między dwoma punktami po najkrótszej drodze, czyli po linii prostej.

Innym ważnym zjawiskiem dźwiękowym we wnętrzach jest odbicie. Kiedy fala dźwiękowa uderza w ścianę, jej energia jest dzielona na trzy części. Pierwsza część jest odbijana, druga wchodzi w ścianę, gdzie część jest pochłaniana i zamieniana na ciepło. Trzecia część wychodzi ze ściany i idzie dalej. Przed wyjściem niewielka część jest odbijana i ponownie absorbowana.

Projektując wnętrza budynku, należy kierować się nie tylko wytycznymi architektonicznymi, ale także akustycznymi, aby powstał odpowiedni obiekt. Powłoka powierzchni jest również niezwykle ważna ze względu na odbicie pochłaniania dźwięku.

Na przykład:

• Styropian
• lub niektóre pianki są bardzo słabymi materiałami dźwiękochłonnymi, ponieważ bieguny w ich wewnętrznej strukturze są nieprzepuszczalne, przez co nie powstaje właściwy przepływ. Twardsze, sprężynujące konstrukcje drewniane są idealnym rozwiązaniem do pochłaniania dźwięku. Odpowiednie wyposażenie jest absolutnie niezbędne do pochłaniania głębokich dźwięków (poniżej 200-300 Hz) w celu zrównoważenia pełnego zakresu dźwięków w pomieszczeniu.

Cytując włoskiego humanistę Leona Battistę Albertiego, Perfect Acoustics zawsze dąży do osiągnięcia doskonałego dźwięku za pomocą swoich produktów.

„Doskonałość to doskonała harmonia wszystkich szczegółów, kiedy niczego nie można ani dodać, ani odjąć bez uszkodzenia całości”.

IA