Sala koncertowa: projektowanie akustyczne

Projekt doskonałej sali koncertowej przeznaczonej do koncertów muzyki symfonicznej zależy nie tylko od zapewnienia wyśmienitej akustyki widowni, ale również odpowiedniego zaplanowania i skoordynowania budynku.

Celem tego procesu jest uzyskanie wysokiej "sprawności" akustycznej całego obiektu. Wiąże się to z uwzględnieniem takich zagadnień, jak: zewnętrzne, przenoszone przez grunt, wibracje; zewnętrzne źródła hałasu; zewnętrzna i wewnętrzna izolacja przeciwdźwiękowa; hałas emitowany przez urządzenia mechaniczne oraz planowanie przestrzenne budynku.
Krótki, techniczny wgląd w proces przygotowania projektu akustycznego został przedstawiony na przykładzie sali koncertowej Helix w Dublinie (2002; autorzy: A&D Wejchert Architects; akustyka: Arup Acoustics; prezentacja w "A-m" 4/2003; 10/2003).

Akustyka sali 

Aktywna współpraca akustyków z architektami rozpoczęła się już na etapie wstępnych planów i projektowania audytorium. Wybrana przez architekta koncepcja przewidywała owalny kształt sali z eleganckim wykończeniem z drewna. W pierwszych etapach planowania należało ustalić kształt, kubaturę i wymiary sali koncertowej. Przeprowadzone przez akustyków wstępne obliczenia wskazywały, że proponowana kubatura jest niewystarczająca dla muzyki symfonicznej, dlatego też zaproponowali oni podniesienie dachu o 7 m, do wysokości 20 m.
Ze względu na akustykę sali geometria owalu lub koła nie jest korzystna, ponieważ daje nierówne pole dźwięku i skupia dźwięk w tak zwanych "gorących punktach". Z tego względu akustycy zaproponowali wyrównanie bocznych ścian oraz przerwanie krzywizny w dwóch końcach sali. Jednak wtedy pojawił się kolejny problem - długie, równoległe ściany boczne. Płaszczyzny równoległe nie są zalecane w akustyce, ponieważ dochodzi między nimi do wielokrotnego odbicia dźwięku. To zjawisko nazywane jest "trzepoczącym echem". Aby mu zapobiec, we wnętrzu sali można wprowadzić powierzchnie rozpraszające odbicie albo ukośne ściany. Wobec ograniczonych funduszy, zastosowano drugie rozwiązanie.
Kolejnym trudnym zagadnieniem, także wynikającym z geometrii, były fronty balkonów. Dawniej sale koncertowe bogato zdobiono ornamentami i płaskorzeźbami, dzięki czemu dźwięk był rozpraszany w naturalny sposób. Stosowane współcześnie duże, płaskie powierzchnie powodują dość silne odbicie dźwięku. Jeśli front balkonu jest gładki i płaski, może odbić dźwięk w kierunku sceny, wywołując przeszkadzające wykonawcom echo. Dobrym i ekonomicznym rozwiązaniem było nadanie przodom balkonów trójkątnego przekroju. Dzięki temu dźwięk został przekierowany w dół, ku siedzącej na parterze publiczności (wspomagając dźwięk odbity), oraz w górę, ku rozpraszającemu dźwięk sufitowi (wzmacniając siłę pogłosu). W obecnie wznoszonych salach koncertowych powszechnie zawiesza się nad sceną odbijające ekrany akustyczne. Zapewniają one wczesne odbicie wzmacniające dźwięk orkiestry i poprawiające jego czystość. W sali koncertowej Helix ekran akustyczny zapewnia wczesne odbicie dźwięku w kierunku publiczności siedzącej w ostatnich rzędach parteru. Bardzo ważne są również warunki akustyczne sceny. Jeśli członkowie orkiestry nie mogą się nawzajem słyszeć, nie będą również dobrze ze sobą grać. Dlatego wokół orkiestry wykonano osłonę, odbijającą dźwięk w kierunku muzyków. Tę samą funkcję pełni także ekran nad sceną. Uzyskanie właściwych warunków pogłosu dla muzyki symfonicznej, 2,5-2,8 s przy niskiej częstotliwości (125-250 Hz) i 2,0-2,2 s przy średniej (500-1000 Hz) - wymagało zastosowania odpowiedniego wykończenia. Głównym elementem absorbującym dźwięki średniej częstotliwości jest widownia. Dzięki fotelom zaprojektowanym w taki sposób, by miały tę samą charakterystykę absorpcji dźwięku, co siedzące w nich osoby, zapewniono takie samo brzmienie muzyki przy pełnej widowni i zapełnionej tylko w połowie. Ściany sali miały zostać wykończone drewnem. Wybór ten mógłby stanowić problem z punktu widzenia akustyki i wymagał szczegółowego dopracowania. Rezonans dźwiękowy związany ze złym doborem i sposobem zamocowania drewna użytego do pokrycia ścian może powodować nadmierną absorpcję dźwięków niskiej częstotliwości. Dlatego ostatecznie zastosowano dwie warstwy płyt wiórowych średniej gęstości, sztywno przymocowanych do betonowych ścian. Pierwszą warstwę przytwierdzono śrubami i dodatkowo uszczelniono. Warstwę zewnętrzną pokryto fornirem i przymocowano do warstwy spodniej. Dzięki temu absorpcja dźwięków niskiej częstotliwości została zminimalizowana.

Izolacja akustyczna

Dynamika utworu muzycznego powoduje, że chwile ciszy mogą być równie dramatyczne jak fragmenty forte. Ciągły hałas pochodzący z zewnątrz może znacznie zmniejszyć zakres tej dynamiki. Dlatego też ważne jest, aby audytorium było odizolowane od zakłóceń dochodzących z zewnątrz. Po przeprowadzeniu pomiaru hałasu środowiskowego w proponowanej lokalizacji, akustycy przedstawili architektom konstrukcję, która spełniała akustyczne wymagania budynku. Typowe, zewnętrzne ściany, tworzące wewnętrzną łupinę sali, wykonane są z żelbetu grubości 450 mm i obłożone granitem. Dach ma strukturę kompozytową złożoną z metalowego pokrycia na 100 mm warstwie izolacyjnej, 200 mm pustce powietrznej, 100 mm warstwie izolacyjnej i 200 mm profilowanym betonowym suficie.
Podstawowym problemem dotyczącym wewnętrznej izolacji dźwiękowej był hałas dochodzący z foyer i przejść. Budynek Helix rozplanowano w taki sposób, by wokół audytorium powstała strefa buforowa, złożona z szachtów instalacyjnych, pomieszczeń pomocniczych, etc., znacznie redukując tym samym wymagania akustyczne dla ścian działowych. W rezultacie typowe ściany wewnętrzne audytorium można było wykonać z żelbetu grubości 200 mm. Aby drzwi nie pogorszyły dobrej izolacji dźwiękowej, stworzono hole dźwiękowe. Pomieszczenia te mają dwie pary solidnych drewnianych drzwi wyposażonych w uszczelki.

Wnętrze teatru Sadler's Wells w Londynie;

Hałas z instalacji klimatyzacyjnych i elektrycznych

Staranne planowanie sprawiło, że konieczne stało się zastosowanie jedynie wstępnego tłumika i wytłumienie przewodów. Aby "buczenie" elementów oświetleniowych nie przekraczało kryterium dopuszczalnego hałasu, wybrano świetlówki kompaktowe z regulatorami wysokiej częstotliwości, zaś transformatory umieszczono poza salą koncertową.

Modelowanie akustyczne i auralizacja

Współczesne techniki projektowania sal koncertowych obejmują symulację akustyczną z zastosowaniem modelowania komputerowego. Proponowana geometria sali wprowadzana jest do komputera. Możliwe jest dzięki temu wyznaczenie i przeanalizowanie ścieżki odbicia dźwięku. Najbardziej interesującą częścią tej analizy jest odsłuchanie muzyki z projektowanej (lub analizowanej) sali koncertowej z każdego wybranego miejsca na "wirtualnej" widowni. Jest to auralizacja (termin pokrewny wizualizacji). Proces auralizacji polega na przebywaniu w wyciszonym pokoju z głośnikami i słuchaniu muzyki z symulowanej przez komputer sali koncertowej. W wirtualnym projekcie można wprowadzić różne zmiany - podwyższyć sufit lub wprowadzić głębsze balkony, a efekt tych zmian ocenić "na słuch". Przy zastosowaniu tego procesu, projekt akustyki sali koncertowej może być wykonany "na miarę" - stosownie do wytycznych i upodobań klienta.