Priestorov á akustika

1. Priestorová akustika

2. Začiatky – WallaceSabine

3. Wallace Sabine • Wallace Clement Sabine (1868-1919) • Profesor matematiky a prírodnej filozofie na Harvarde • Zakladateľ priestorovej akustiky • Collected Papers (1922)

4. Fogg Art Museum • Postavené v r. 1895, veľmi zlá akustika v posluchárni • Harvard požiadal Sabina o príležitosť • Zistil, že príčinou zlej akustiky bol extrémny dozvuk a odstránil ho pomocou plstených prikrývok na stenách Pierce, s. 151

5. Symphony Hall, Boston • Prvý veľký úspech priestorovej akustiky ako vedy bol Sabinov návrh Symphony Hall v Bostone • Postavená 1900 • Dodnes považovaná za akusticky vynikajúcu sálu Pierce, s. 153

6. Dozvuk

7. Dozvuk • Dozvuk je kľúčovým pojmom, ktorý Sabine zadefinoval • Dodnes sa považuje za základnú charakteristiku akustických vlastností miestnosti • Definoval ho ako čas, za ktorý prestaneme počuť zvuk v miestnosti

8. Návrh ideálnych dozvukov • Ktoré základné parametre je potrebné brať do úvahy? • Reč alebo hudba vyžadujú dlhší dozvuk? • Hodí sa organová hudba do katedrály? • Kam by ste umiestnili sakrálnu vokálnu hudbu? • A kam nahrávacie štúdio? dozvuk (s) objem (m3) Syrový, s. 386

9. Exaktnejšia formulácia dozvuku • Neskôr lepšie meracie prístroje (Sabine používal iba svoje uši, stopky a organovú píšťalu) umožnili presnejšie merania • Dnes sa dozvuk definuje ako doba, za ktorú klesne hladina zvuku o 60dB. Nerovnomerné šírenie zvuku Šum na pozadí spôsobuje, že nedochádza k poklesu 60dB Niektoré oblasti zanikajú skôr Hall, s. 326

10. PhilharmonicHall Negatívny príklad

11. Philharmonic Hall (Lincoln Center, NYC) • Nie každý vedecky motivovaný prístup k návrhu miestností dopadol skvele • Leo Beranek, autor návrhu, sa značne opieral o vedecké výpočty. Pierce, s. 155 • Vo svojej knihe vydanou 2 mesiace pre otvorením, s pýchou píše: • „Vrcholom tejto knihy je opísanie starostlivého plánovania PhilharmonicHall v Lincolnovom Centre. Šťastenu konečne vystriedala podrobná analýza a náročná aplikácia akustických princípov, ktoré sú síce nové, no s pevnými základmi.“ (Music, Acoustics, and ArchitecturalDesign, 1962) • LeoBeranek sa síce opieral o akustické výpočty, no vynechal so svojho postupu veľmi dôležitý krok: • Chýbalo experimentálne overenie na modeliakustického priestoru.

12. Ako to dopadlo? • Ako iste tušíte, dopadlo to katastrofou • Základné nedostatky (detailne ich neskôr popísal Manfred Schroeder) boli: • Ozvena na mnohých miestach • Hráči nepočuli ani seba, ani svojich spoluhráčov • Veľmi krátky dozvuk • Zvuk sa šíril v miestnosti veľmi nerovnomerne • Najhoršie: nízke frekvencie boli skoro úplne potlačené – čelá a kontrabasy nebolo skoro vôbec počuť

13. Problém nízkych frekvencií • Problém bol, v nízkej intenzite hlbokých tónov pri priamom akustickom signále Pierce, s. 157 • A tiež pri nízkej intenzite odrazeného zvuku v nízkych frekvenciách (všimnite si otáčajúce panely na strope – príliš malé pre nízke frekvencie.) Pierce, s. 158

14. Problém nízkych frekvencií (pokračovanie) • Nebolo to až tak zrejmé z meraní akustickej energie za prvú sekundu. • Dôvodom potlačenia priameho zvuku pri nízkych frekvenciách boli sedadlá a ich sklon • Dôvodom potlačenia pri zvuku odrazenom od stropu bola malá veľkosť panelov. Pierce, s. 156 • Prečo sa to neprejavilo na energii za prvú sekundu? • Hlboké frekvencie sa za prvú sekundu síce stihli niekoľko krát odraziť v miestnosti a dopadnúť na merané miesto, no to bolo už príliš neskoro a neboli vnímané ako súčasť zahratého tónu ale iba ako šum.

15. Dohra • Nakoniec sa rozhodli miestnosť prestavať • Autorom prestavby bol známy akustik Cyril Harris. • Dnes sa táto miestnosť volá Avery Fischer Hall. • Bolo niekoľko pokusov vylepšiť akustiku PhilharmonicHall: • Pevne sa uzavrelo pódium, aby hráči mohli počuť sami seba • Rozptyľujúce telesá sa umiestnili na steny, aby umožnili lepšiu difúziu • Predné časti balkónov sa obložili dlaždicami a zadné steny absorpčným materiálom, čo zabránilo vzniku ozvien • Avšak toto ešte znížilo dozvuk na 1.85 s. Pierce, s. 159

16. Akustika ako vedecká disciplína

17. Základné problémy priest. akustiky • Jednoducho povedané, priestorová akustika skúma akustickú kvalitu priestorov • Dva základné problémové okruhy: • 1. Aké sú naše akustické preferencie • Čo preferujú poslucháči • Ako na tieto preferencie vplýva typ hudby (či reči) • Čo preferujú hráči • 2. Ako je možné naše preferencie dosiahnuť • Je možné skĺbiť požiadavky hráčov aj poslucháčov? • Čo určuje dozvuk? • Ako eliminovať nežiaduce javy?

18. Sabinov vzorec na výpočet dozvuku • Jednou z našich základných preferencií je vhodný dozvuk. • Dodnes je však nevyriešeným problém, ako určiť dozvuk iba pomocou výpočtov, bez reálnych meraní v danom priestore. • Sabine navrhol tento vzorec, ktorý sa dlho používal: • Pritom v je rýchlosť zvuku, a je koeficient absorpciea L je stredná priama vzdialenosť. • Na odhad strednej vzdialenosti sa používal vzťah: • Pritom V je objem miestnosti a S vnútorná plocha. • To umožňuje prepísať Sabinov vzorec na: • Pritom Seje efektívna absorpčná plocha a možno ju vypočítať pomocou vzťahu:

19. Absorpčné koeficienty Hall, s. 331

20. Vylepšenia výpočtov • Sabinov vzorec je iba približný a nepresný • Carl Eyring na začiatku 30. rokov navrhol vylepšený vzorec: • V 70. rokoch sa začali využívať počítače na modelovanie a odhad dozvuku. • Porovnanie Sabinovho a Eyringovho výpočtu a počítačového modelu (Schroeder): • Vidíme, že najvyššiu hodnotu má Sabine, najnižšiu Schroeder. Pierce, s. 161

21. Syrový, s. 389-390 Príklady dozvukov

22. Dozvuk vs. ozvena • Kým vhodná dĺžka dozvuku je žiadanou vlastnosťou akustického priestoru, ozvena sa považuje za negatívum. • Ako sa líši ozvena od dozvuku? ak. impulz priamy signál intenzita ozveny dozvuk intenzita • Ak jeden (prípadne niekoľko) z odrazených signálov je v čase dostatočne izolovaný, aby ho naše vnímanie rozlíšilo ako samostatný impulz, vzniká ozvena.

23. Vlastné frekvencie miestnosti • Ďalším nepriaznivým faktorom môžu byť vlastné frekvencie miestnosti. • Ak vzdialenosť, ktorú prekoná odrazená zvuková vlna s istou frekvenciou, zodpovedá jej vlnovej dĺžke, daná frekvencia bude v miestnosti zosilnená. • Takáto frekvencia sa nazýva vlastná frekvencia miestnosti. • Miestnosti tvaru kvádra o rozmeroch A, B a C má vlastné frekvencie dané nasledovným vzorcom: • Koeficienty nA, nB a nC sú ľubovoľné celé čísla. Najnižšie vlastné frekvencie vznikajú ak jeden z koeficientov je 1 a ostatné sú 0. • Najproblematickejšie sú nízke vlastné frekvencie a tie sa snažíme eliminovať. Eargle, s. 206

24. Schroeder, Gottlob, Siebrasse • Schroeder so spolupracovníkmi prišli s ďalšími myšlienkami: akustické vlastnosti priestoru neovplyvňuje dozvuk • Na svoje experimenty využili „dokonalý stereo systém“ • Použili nahrávku Jupiterskej symfónie nahratú v akusticky v bezdozvukovej miestnosti (BBC Radio Orchestra) • Tú potom prehrali v 20 slávnych európskych sálach, čím simulovali úplne rovnakú interpretáciu • Túto interpretáciu nasnímali pomocou „umelej hlavy“ a následne prehrávali v bezdozvukovej miestnosti pokusným subjektom • Takto dosiahli objektívne porovnateľné realizácie • Schroeder spomína: • Nikdy nezabudnem na okamih, keď - pohodlne usadený v našej bezdozvukovej miestnosti v Goetingene – som jednoduchým prepnutím gombíka prechádzal z viedenskej Musikvereinsal to Berlínskej Filharmónie. Akustické rozdiely týchto miestností, o ktorých sa verí, „že existujú,“ boli neopísateľne reálne.

25. Pierce, s. 163 Umelá hlava Pierce, s. 165 Pierce, s. 164 Gottlob a Siebrasse s umelou hlavou

26. Výsledky Schroedera a spol. • Poslucháči preferujú dlhé dozvuky, no pod 2,2 s • Poslucháči preferujú, aby obidve uši vnímali rozdielne signály (čím viac sa signály podobajú, tým menej sa páčia) • Úzke sály sú preferované (pravdepodobne preto, lebo vedú k rozdielnym vnemom sprava a zľava)

27. Čo preferujeme? • Vhodný dozvuk • Spokojnosť hráča • Jasnosť zvuku • Bez šumu • Bez ozveny • Rovnomerné šírenie priestorom • no rôzny vnem zľava a sprava, pričom zľava a sprava má prichádzať signál skôr ako zhora