Rozwój nauki o akustyce na przestrzeni dziejów

acoustics science throughout history

Każda fizycznie odczuwalna fala mechaniczna – od fal wibracyjnych ziemi, poprzez muzykę po wibracje termiczne – należy do nauki o akustyce.
Akustyka muzyczna obejmuje teorię muzyki, fizykę instrumentów, psychoakustykę (która dotyczy funkcjonowania naszych uszu i percepcji mózgu) oraz akustykę techniczną.
Rozwój nauki o akustyce sięga czasów starożytnych w historii.
Podczas budowy starożytnych kościołów maltańskich (zbudowanych około 6000 lat temu) głównym celem mogło być zaprojektowanie odpowiedniej akustyki i świata dźwięku.

Rozprzestrzenianie się dźwięku!

Już w starożytności uznano, że na otwartej przestrzeni, na płaskiej powierzchni, mowę i dźwięk można usłyszeć i zrozumieć tylko z niewielkiej odległości. Zdali sobie również sprawę, że dźwięk rozchodzący się w górę jest wyraźniejszy i można go usłyszeć z większej odległości. Te obserwacje zostały wykorzystane w przemówieniach i wystąpieniach publicznych. Odpowiedni dźwięk przestrzenny odegrał również rolę w rozwoju starożytnych teatrów. Radość z zabawy w teatrze pod gołym niebem potęgowały również akustycznie ściany budynków. Półkolisty, wznoszący się układ siedzeń jest również odkryciem starożytności. Uznano, że odległość wpływa na zrozumiałość. W przypadku teatrów typu greckiego dla doskonałej akustyki znaczenie miało również zastosowanie materiałów.

Znaczenie powierzchni sceny

acoustics science throughout history

Powierzchnia do chodzenia sceny była zwykle wykonana z drewna, a kamienne ściany odgrywały rolę w odbiciu i rozpraszaniu dźwięku. Gdy występowało wiele chórów, powierzchnię kamiennej orkiestry (parkiet, scena chóralna) posypywano słomą, aby zredukować odbicia dźwięku. Projektując audytorium (theatron) uwzględniono także kierunek i odległość rozprzestrzeniania się ludzkiej mowy. Aby osiągnąć nienaganną zrozumiałość i głośność, widzowie nie mogli przejść na bok i na tył teatru. W ten sposób powstało eliptyczne audytorium o kącie elewacji 25-30 stopni.

Kamienne krzesła theatronu rozpraszały dźwięki, zapobiegając tworzeniu się echa. Kamienne wazony zostały umieszczone pod rzędami w celu zapewnienia wibracji dźwięku, poprawiając w ten sposób głośność i zrozumiałość. Efekt rozłożenia w czasie siedzeń 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 przewijanie. Zdaniem ekspertów ta granica częstotliwości jest idealna do odfiltrowywania szumów. Dźwięk był słyszalny z odległości do 60 metrów!

The sound was heard up to 60 meters away!

Dzięki tej metodzie stało się możliwe, że w Epidauros, gdzie słynny teatr może pomieścić 14 000 widzów, ostatnia linia 60 metrów od sceny również może zrozumieć, co powiedzieli aktorzy. Teatry rzymskie przeszły znaczące zmiany. Scena i widownia stały się półokrągłe, publiczność zbliżyła się do sceny. Pełne włączenie teatru zaowocowało ogromnymi powierzchniami dźwiękowymi, które zwiększyły dystrybucję dźwięku. Zwiększyła się również szerokość i głębokość sceny, co pogorszyło akustykę. Za górnymi rzędami utworzono arkadową konstrukcję dachu, aby uzyskać odpowiedni dźwięk, wykorzystując zdolność odblaskową tych ścian.

Pojawiły się również rzędy lóż i zasłon.

Wynalazkiem Rzymian jest zamknięta hala targowa, w której odbywały się wiece, te budynki z płaskim dachem, proporcjonalne, są przodkami sal wykładowych o doskonałej akustyce. W starożytności akustyka ograniczała się do budynku teatru.
W średniowieczu nabrał znaczenia w budownictwie sakralnym. W nowo budowanych bazylikach i kościołach położono nacisk na idealne brzmienie kazań i wspólnych pieśni. Mniejsze konstrukcje w stylu rumuńskim nadal dobrze funkcjonowały akustycznie. Kopuły charakterystyczne dla stylu gotyckiego bardzo zrujnowały cechy. 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.

Was Galilei already acoustic?

W XVI wieku pierwsze wnętrza kościoła i kopuły przebudowano na cele muzyczne. Jedna z takich słynnych katedr, Thomaskirche w Lipsku, w której Johann Sebastian Bach wykonał również wiele swoich utworów, była bardzo ważna dla kompozytora ze względu na wyrafinowane i optymalne brzmienie.
W XVII. wieku, budownictwo teatralne rozkwitło ponownie. Ich plan był podobny do tego z teatrów grecko-rzymskich, z wyjątkiem tego, że widownie ustawiono jeden na drugim i zbudowano pełną konstrukcję dachu. Teatry, opery i sale koncertowe powstawały w szeregu.

Czy Galilei to już akustyka?

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 echami i pogłosem. Mniej więcej w tym czasie określana jest również przybliżona prędkość propagacji dźwięku. Większość teatrów i sal koncertowych powstała w XVIII-XIX wieku.
Obecnie hale różnią się od poprzednich pod wieloma względami. Często próbują budować hale wielofunkcyjne ze względów finansowych. Istnieje niezliczona ilość przypadków, w których dobrze zaprojektowane architektonicznie, funkcjonalnie i finansowo pomieszczenia starają się zaradzić złej akustyce w inny sposób za pomocą dźwięku elektronicznego, co nie zawsze jest rozwiązaniem problemu.

In the case of interiors, two types of sound spaces can be distinguished:

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

W praktyce tak nie jest, np.

  • Odblaskowa 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.

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 wnętrz można wyróżnić dwa rodzaje przestrzeni dźwiękowych:

  • diffuse
  • and direct sound space.

Kiedy włączasz źródło dźwięku w pomieszczeniu, najpierw tworzy ono bezpośrednią przestrzeń dźwiękową, a następnie odbija się od ścian, tworząc odbitą przestrzeń dźwiękową. Wpływ tych dwóch przestrzeni na siebie wynika z poczucia przestrzeni i dystansu, które w nas się rozwijają.

W niewłaściwie wentylowanym pomieszczeniu temperatura wzrasta i kilka ważnych odbić od sufitu może zniknąć z powodu odchylenia fal dźwiękowych. Jeśli występują odwrotne warunki temperaturowe, słuchacze otrzymują mniej bezpośredniej energii dźwiękowej z powodu odchylonych do góry promieni dźwiękowych. Z tego powodu rzędy siedzeń powinny unosić się do góry. Dźwięk rozchodzi się między dwoma punktami na 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 decydująca ze względu na odbicie pochłaniania dźwięku.

acoustic sponge
gąbka akustyczna

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 nic nie można dodać ani odjąć bez uszkodzenia całości”.

Kategorie: Blog