Arte y ciencia

Tomado de la edición de febrero de 2020 de Physics World donde apareció bajo el título “Sound designs”. Los miembros del Instituto de Física pueden disfrutar del número completo a través de la aplicación Physics World.

La renovación de edificios públicos suele ser más compleja de lo que parece. Anna Demming habla con acústicos y arquitectos sobre las consideraciones acústicas detrás de sus diseños para espacios públicos, y algunos de los trucos para abordar las demandas conflictivas en estos lugares

Vestíbulo Bristol Old Vic
Espacio complejo El nuevo vestíbulo y cafetería de Bristol Old Vic ha sido diseñado acústicamente para que grupos pequeños puedan disfrutar de conversaciones íntimas (izquierda). En la parte posterior del vestíbulo, la pared del auditorio (derecha) tiene cualidades acústicas que permiten que esta área se utilice como espacio de actuación. (Cortesía: Fred Hawarth)

En el centro histórico de la ciudad de Bristol, en el Reino Unido, en una calle adoquinada llena de edificios que no coinciden, se encuentra el teatro en funcionamiento continuo más antiguo del mundo de habla inglesa: el Bristol Old Vic.

Construido en 1766, y originalmente llamado Teatro Real, el edificio se sometió a una renovación de varios millones de libras para conmemorar su 250 aniversario. El trabajo requirió un diseño detallado y cuidadoso para garantizar que el gran auditorio georgiano, renovado en la primera fase del proyecto, pueda satisfacer las necesidades acústicas de una amplia gama de teatro en vivo, música y danza.

Igual de complejos eran los requisitos acústicos del resto del edificio, que fue renovado en la segunda fase. Esta segunda etapa incluyó espacios de actuación y oficinas adicionales, así como un vestíbulo que alberga un bar cafetería y un espacio de actuación potencial adicional. Todas estas funciones diferentes tienen requisitos acústicos específicos y a menudo distintos, que pueden estar en desacuerdo con una gran cantidad de otras demandas técnicas, culturales y estéticas.

Alguien que ayuda a superar este tipo de obstáculos para lograr la configuración acústica ideal es Bob Essert. Después de haber estudiado ingeniería y música, en 2002 creó Sound Space Vision (SSV), una compañía de acústicos y consultores arquitectónicos con sede en Londres.

Uno de los proyectos actuales de SSV es una renovación de £48.8 m de otro auditorio de Bristol: el Colston Hall de la ciudad, que se encuentra justo al final de la carretera de Bristol Old Vic y cuya reapertura está prevista para 2021. Como sala de conciertos con capacidad para 1800 personas, the scale of Colston Hall ofrece mucho espacio para los artistas que han actuado allí desde que abrió sus puertas en 1867, desde orquestas sinfónicas a gran escala hasta los Beatles. Tiene lo que a menudo se describe como una geometría de “caja de zapatos”, larga con techos altos que dan mucho espacio frente a los músicos para un sonido rico alrededor del público, y menos espacio para que el sonido se pierda detrás del área de actuación (ver la representación de Levitt Bernstein Architects a continuación). El diseño de la caja de zapatos es un formato clásico que algunos dicen que produce la mejor acústica, con nueve de las 10 salas de conciertos más importantes del mundo que tienen esta forma según una encuesta de 2016 de Business Insider.

 Colston Hall render de Levitt Bernstein Architects
Geometría de caja de zapatos Colston Hall render de Levitt Bernstein Architects.

Mientras que Essert dice que el mayor determinante de la acústica es la escala, la geometría ocupa el segundo lugar en su lista de factores, seguida de los materiales utilizados. “Los tres juegan un papel”, dice. Sin embargo, una inmensidad de longitud, altura y escala general en un espacio de actuación no siempre es deseable. Essert señala la sala de la Escuela Yehundi Menuhin en Surrey, Reino Unido, como un ejemplo donde SSV buscaba dimensiones más compactas que pudieran acomodar a 300 personas en un espacio diseñado específicamente para actuaciones en solitario y de cámara. “Cuanto más lejos están los límites de la sala del oyente y, en cierta medida, de los intérpretes, más débil es el sonido”, dice Essert.

En términos simples, se puede pensar en que las ondas sonoras se atenúan y pierden intensidad a medida que viajan a través de las dimensiones de la habitación. Como enfatiza Essert, lo fuerte que suena una actuación es un factor clave para hacer que el público se sienta envuelto e inmerso en la experiencia, y como resultado, diseñar específicamente para artistas solistas significa diseñar idealmente un espacio más pequeño. Entonces, ¿cómo se puede escuchar un solo en un espacio diseñado para acomodar una orquesta sinfónica completa y dar una sensación de intimidad en un salón con capacidad para 1800 personas?

Reflexiones sobre el diseño de sonido

En última instancia, el impacto de una producción en el público está dominado por el arte de los artistas en el escenario. Sin embargo, un efecto que puede ayudar a que una actuación suene íntima y envolvente, incluso en una sala enorme, es el sonido reflejado. Debido a que el sonido se mueve a una velocidad finita, 343 m/s en aire seco a 20 °C, cualquier reflejo de los límites de la sala llegará a alguien en la audiencia con un retraso de varios milisegundos en comparación con el sonido que ha viajado directamente de los intérpretes. Es posible que no escuches conscientemente el retraso, pero Essert señala que a medida que el cerebro ensambla la entrada de audio, este retraso, y fundamentalmente, la amplitud y dirección de llegada, afecta la experiencia.

Los muebles blandos en lugar de las paredes duras amortiguarán estos reflejos, como demostró en 1895 el físico estadounidense Wallace Clement Sabine, ampliamente reconocido como el fundador de la acústica arquitectónica. Durante una tarea para mejorar la acústica de la sala de conferencias Fogg en la Universidad de Harvard, se armó con un tubo de órgano y un cronómetro y se embarcó en una serie de experimentos, determinando por oído cuánto tiempo tardaba un sonido en decaer, ya que, por ejemplo, cambiaba el número de cojines en la habitación. Sabine pronto estableció que era el área de los cojines (o cualquier material absorbente) lo que estaba linealmente relacionado con el tiempo de reverberación.

La llegada del osciloscopio en la década de 1960 aceleró la tecnología acústica, lo que permitió captar directamente la entrada de sonido y analizar los retrasos de estas reflexiones. Los investigadores comenzaron a averiguar más sobre el papel de la dirección del sonido. Por ejemplo, los reflejos de los lados pueden hacer que el público se sienta más inmerso en la experiencia, solo por estar rodeado por el sonido.

Una apreciación del papel de los reflejos llamó la atención sobre la forma en que el sonido se alimenta de una superficie a otra, y afectó el diseño de los espacios de actuación. La geometría básica de la caja de zapatos sigue siendo popular entre los arquitectos, como lo ha sido desde la construcción de iglesias medievales, efectivamente las salas de conciertos de su época. Pero a principios de la década de 1980, después de la investigación realizada en las décadas de 1960 y 1970 por Michael Barron y Harold Marshall en el Reino Unido y grupos de investigación en Göttingen y Berlín, Essert y otros especialistas en acústica comenzaron a moldear geometrías para guiar el sonido. Al diseñar la dirección en la que reflejaban el sonido, podían traer más sonido desde el costado. Ejemplos de esta arquitectura incluyen el Ayuntamiento de Christchurch en Nueva Zelanda, el Royal Concert Hall en Nottingham, Reino Unido, y el Meyerson Symphony Center en Dallas, Estados Unidos.

Niveles de sonido

Colston Hall ya ha sido objeto de varias renovaciones y reconstrucciones (figura 1), la más reciente en 1951 dirigida por Philip Hope Bagenal, el acústico de salas de conciertos más prolífico del Reino Unido de ese período. La renovación de 1936 se había centrado en el cine, que entonces era el uso líder del mercado para salas de esa naturaleza, lo que resultó en un énfasis en las líneas de visión, la capacidad de audiencia y el sonido del cine. Pero, habiendo sobrevivido al bombardeo, la sala de conciertos fue víctima de un incendio provocado por un cigarrillo en 1945, y en la reconstrucción de 1951, Bagenal y el arquitecto J Nelson Meredith restauraron el interior para priorizar las actuaciones de música clásica. En particular, Bagenal y otros especialistas en acústica en el Reino Unido en ese entonces sentían que las salas de conciertos británicas carecían de definición. La vida y el gusto musical británico se habían visto teñidos por el sonido de los ayuntamientos de todo el país, explica Essert: “espacios altos y planos que producían un sonido fangoso”.

 Figura 1
1 Cambio de imagen multifásico El Colston Hall de Bristol ha sido renovado varias veces, incluso en 1936 (arriba a la izquierda) y 1951 (arriba a la derecha). Para el proyecto actual, Sound Space Visión tomó medidas de sonido espacial del espacio (abajo a la izquierda) y creó un modelo de computadora acústica del diseño propuesto (abajo a la derecha). (Cortesía: Visión del Espacio Sonoro)

Bagenal aprobó un plan rectangular escalonado para Colston Hall e introdujo materiales que absorberían el bajo “para evitar el boom”. En particular, añadió un dosel sobre el escenario para proyectar la claridad de los instrumentos de cuerda. Aunque el osciloscopio aún no se había establecido en 1951, por lo que no estaba disponible para ayudar en el diseño, se había dado cuenta de que las marquesinas pueden reflejar el sonido a los músicos para que puedan escucharse a sí mismos.

Uno de los problemas que ahora están siendo abordados por las renovaciones de SSV en Colston Hall es una deficiencia literal de este dosel. Después de las extensiones al escenario para acomodar orquestas más grandes, el dosel ya no cubre la sección de cuerdas que se sienta en la parte delantera del escenario. Además, también aparece en el borde de ataque, dirigiendo el sonido a la audiencia y haciendo que sea aún más difícil para los músicos de cuerda escucharse a sí mismos. Entre las renovaciones que SSV está ayudando a implementar, habrá una cubierta ampliada y remodelada con más aparejos para cumplir con los requisitos técnicos más extensos.

Tampoco todas las reflexiones son útiles. Los balcones de Colston Hall se extendían anteriormente sobre 14 filas del auditorio, creando una” zona muerta ” para cientos de asientos: múltiples reflejos desde la parte inferior del balcón atenuaban gran parte del sonido, dejándolo seco y débil en el momento en que llegaba a los asientos en la parte posterior de la grada debajo del balcón. El proyecto de renovación incluirá dividir el balcón de una estructura profunda en dos más superficiales para que no haya asientos tan profundos bajo un techo bajo.

Soluciones simbióticas

De vuelta en el Bristol Old Vic, reflections volvió a ser útil para satisfacer las necesidades polivalentes del nuevo vestíbulo. Ha sido diseñado inteligentemente para que las personas puedan disfrutar de una conversación tranquila mientras toman un café sin ensordecerse por el sonido de la charla de los demás. Sin embargo, con la presión de maximizar los ingresos del edificio, el mismo espacio también necesita proporcionar una atmósfera más vibrante e incluso está diseñado para acomodar conciertos, donde el público desea sumergirse en el sonido. Vangelis Koufoudakis, un especialista en acústica de la firma de diseño Charcoalblue que trabajó en la remodelación de Bristol Old Vic, admite que tratar de cumplir con requisitos polivalentes como este puede ser problemático. “Puedes terminar con algo como un sofá cama – no es un gran sofá y no es una gran cama.”Afortunadamente, los arquitectos y especialistas en acústica del proyecto pudieron “desenterrar” una solución única de 250 años de fabricación.

En el mundo de la acústica, nos encantan las formas irregulares porque detienen el enfoque del sonido u otros artefactos acústicos no deseados

Vangelis Koufoudakis

En el caso del vestíbulo, los arquitectos querían proporcionar un espacio abierto que conectara el teatro con la calle y la ciudad más allá. La mayoría de las paredes de la zona del bar-cafetería absorben el sonido. Los ángulos irregulares en oposición a las paredes paralelas evitan resonancias extrañas y la habitación hace un uso liberal de lana de madera: madera reciclada y limaduras de madera que absorben el sonido y lo convierten en calor. El techo del vestíbulo es una rejilla diagonal estructural formada por vigas de madera laminada encolada – “glulam”. Las diagonales forman ángulos irregulares que se remontan a geometrías históricas de habitaciones en el resto del edificio. “En el mundo de la acústica, nos encantan las formas irregulares porque detienen el enfoque del sonido u otros artefactos acústicos no deseados”, dice Koufoudakis. Como resultado de estos y otros trucos acústicos del oficio, el amplio vestíbulo de planta abierta, que es de esperar que suene resonante y resonante, proporciona la acústica perfecta para un tête-à – tête silencioso. Entonces, ¿cómo permitir una atmósfera más vibrante en el mismo espacio en momentos diferentes?

Al desenterrar el muro de piedra original del edificio hasta el auditorio georgiano en el extremo más alejado de la zona del café-bar, el equipo del proyecto pudo explotarlo como un telón de fondo que reflejaba acústicamente para un espacio de actuación directamente en frente. La pared en sí está rota y marcada por el paso del tiempo, lo que significa que refleja un sonido difuso sin resonancias extrañas de alta frecuencia. “Es una superficie arquitectónica increíble que revela las cicatrices históricas del teatro”, dice Tom Gibson de Haworth Tompkins y el arquitecto del proyecto para la segunda fase de la remodelación. La masa térmica de la superficie de mampostería resistente también ayuda a regular la temperatura en la cafetería.

Diseño de cabeza plana

El vestíbulo también se beneficia de otra peculiaridad arquitectónica que resultó ser una bendición disfrazada. Varios complementos y renovaciones a lo largo de los siglos desde que el teatro se construyó por primera vez han llevado a diferentes niveles del suelo. El equipo del proyecto no quería perturbar la losa o los cimientos del sótano de la década de 1970, ya que esto podría haber sido costoso y un riesgo arqueológico. “Básicamente, la antigua muralla de la ciudad solía atravesar el vestíbulo y nos preocupaba que pudiéramos encontrar algunos esqueletos históricos”, dice Gibson. Uno de los desafíos de diseño fue, por lo tanto, resolver la diferencia entre los niveles de piso históricos, los niveles de piso de la década de 1970 y los niveles recientemente propuestos. La solución ha sido la rampa del nuevo vestíbulo hasta el nivel de la calle para proporcionar acceso universal por primera vez en la historia del teatro, mientras que el nivel superior de la planta baja crea una conveniente zona de escenario elevada frente a la pared original del auditorio.

 Figura 2
2 Siglos de fabricación Estos modelos 3D de Nolli muestran Bristol Old Vic antes (a) y después (b) de su reurbanización 2016-2018. El edificio original del teatro se alejó deliberadamente de la calle y, a lo largo de sus 254 años de historia, ha habido muchas entradas diferentes. En la década de 1970 se utilizó un edificio adyacente llamado Coopers’ Hall para este propósito. El nuevo vestíbulo especialmente construido ha permitido que Coopers’ Hall se reacondicione como un espacio para eventos y un pequeño estudio de teatro. (Cortesía de Haworth Tompkins)

Los arquitectos también han podido explotar los diversos niveles del suelo en todo el sitio para ventilar el teatro estudio del lugar. Esta sala relativamente pequeña se trasladó del sótano y la planta baja frente al auditorio al sótano y la planta baja en la sección de la Sala Coopers, un edificio adyacente que sirvió como entrada al teatro en el diseño de la década de 1970 (figura 2). El movimiento llevó a una altura de la cabeza no conforme en el sótano directamente debajo del vestíbulo junto a la calle y creó limitaciones de espacio que dificultaron la instalación de ventiladores mecánicos tradicionales, que necesitan mucho espacio. “En cualquier caso, el equipo del proyecto intentó ventilar naturalmente el nuevo studio theatre para ahorrar energía y costos asociados”, agrega Gibson. Los espacios del sótano (con altura de la cabeza no compatible una vez que se diseñó el nuevo vestíbulo en la planta baja) brindaron la oportunidad de construir un nuevo “laberinto”de ventilación natural. Atrae el aire del techo del vestíbulo a través de un laberinto de mampostería, que enfría y calma el ruidoso aire exterior. El resultado: el aire fresco entra en el teatro de estudio con una perturbación acústica mínima.

En forma fina

Sin embargo, no todas las declaraciones arquitectónicas provienen de una alineación afortunada de requisitos técnicos pragmáticos. La Filarmónica de Berlín en Alemania es ampliamente considerada un hito en la historia del diseño de salas de conciertos, y marcó un hito en la geometría básica de la caja de zapatos que había dominado durante tanto tiempo. Fue construido entre 1960 y 1963 para reemplazar la antigua sede de la Orquesta Filarmónica de Berlín, que había sido bombardeada en la Segunda Guerra Mundial. “La gente siempre se reúne en círculos cuando escucha música de manera informal”, dijo el arquitecto Hans Scharoun, una observación que lo llevó a diseñar la sala de conciertos con el público sentado alrededor de la orquesta en las laderas de un tazón grande, como terrazas de viñedos. Este diseño audaz inspiró a varios arquitectos que también querían hacer “un edificio llamativo” y la geometría del viñedo se ha adoptado ampliamente en los últimos 15 años.

Berliner Philharmonie
Suena diferente La Filarmónica de Berlín fue construida en 1960-1963 con un diseño que se asemeja a un tazón o un viñedo. El ancho es el doble que el de una caja de zapatos típica. (Cortesía: / posztos)

Sin embargo, la geometría del viñedo ha sido menos popular entre los acústicos. Cuando el público está tan disperso en una sala tan amplia, la intensidad del sonido y la intensidad subjetiva de la música se reducen para todos. Como resultado, extender la forma envolvente a una sala de 2000 asientos sin balcones reduce la intensidad y la inmersión en el sonido que pretendían los compositores musicales. Y debido a que el público rodea el escenario, las personas sentadas detrás de la orquesta oirán las cosas de manera diferente a las que están delante, y los instrumentos como el trombón pueden sonar brillantes en el eje, pero más silenciosos en otros lugares. “Es posible que esté obteniendo un concierto de trompa francesa porque está a solo dos pies de distancia de ellos”, dice Essert.

Es por eso que Essert siente que la geometría similar a una caja de zapatos está recuperándose. También ha habido interés en la psicoacústica de las salas de conciertos altas y estrechas para evitar que el público se sienta “encerrado”. El nuevo techo en Colston Hall, por ejemplo, tendrá un ligero tono en los lados, mitigando los efectos de enfoque negativos del techo anteriormente cóncavo. Las curvas convexas extienden el sonido de una manera útil y se desvían de un cuboide puro, sintiéndose menos “cuadradas”.

Multitarea

Otro desafío en lugares como Colston Hall es atender música amplificada y no amplificada en el mismo espacio. Mientras que la acústica optimizada para una orquesta enriquecerá idealmente el sonido, los diseños para música amplificada buscan claridad de sonido con poca reverberación para que lo que el público oye sea casi exactamente lo que proviene de los altavoces. La ingeniería digital puede ajustar los niveles para una actuación amplificada en un espacio neutro idealizado hasta cierto punto, pero no puede reemplazar por completo lo que haría una sala con una acústica más rica para una actuación clásica en vivo. Trabajando con las limitaciones de los presupuestos de construcción, se pueden incorporar paneles retráctiles hechos de tablero de fibra de vidrio o incluso cortinas para absorber la reverberación para la música amplificada e introducir cierta versatilidad acústica.

Uno de los proyectos de SSV que llevó estos requisitos de versatilidad a un nuevo nivel fue el Centro Xiqu en Hong Kong, donde el espacio tiene que atender no solo a la música occidental amplificada y no amplificada, sino también a varias tradiciones de óperas chinas de Beijing, Shanghai, Guangdong y Hong Kong. Optimizar esta sala de conciertos significaba proporcionar los medios para equilibrar el sonido de los cantantes con respecto a la orquesta, y emular la acústica al aire libre en la que se fomentaban estas tradiciones. Los acabados de la sala y el sistema de audio en el Centro Xiqu se desarrollaron de la mano.

 Centro Xiqu
Necesidades inusuales El Centro Xiqu
en Hong Kong tiene demandas acústicas inusuales. Presenta una amplia gama de estilos musicales, por lo que el auditorio se diseñó con formas complejas, huecos y aislamiento para absorber o dispersar el sonido, incluidas cortinas motorizadas que se pueden ajustar según sea necesario. (Cortesía: Sound Space Visión)

Sin embargo, la situación se complica aún más, ya que los acústicos ya no atienden al público que espera un gran sonido orquestal en vivo. Los asistentes al concierto de hoy en día esperan escuchar algo que suene como lo que escuchan en sus sistemas de sonido en casa. El problema es que estas grabaciones son generadas por ingenieros que localizan micrófonos en posiciones cuidadosamente identificadas alrededor de la sala o el estudio de grabación y luego mezclan electrónicamente los niveles y agregan canales para que pueda escuchar la claridad del solo y tener la resonancia de la sala al mismo tiempo. “En realidad no se puede obtener ese sonido”, dice Essert. “Pero nuestros oídos han estado en sintonía con él.”Un enfoque para ofrecer claridad, resonancia y envolvente simultáneas con la arquitectura es construir una habitación dentro de una habitación.

La idea surgió durante los proyectos de Essert con Russell Johnson de Artec Consultants en Nueva York, donde se encontró repetidamente enfrentado al problema de idear soluciones de diseño multipropósito. En la década de 1980, Artec introdujo una “cámara de reverberación” en ciertas salas de conciertos, como el Meyerson Symphony Center en Dallas, Estados Unidos, y el Symphony Hall en Birmingham, Reino Unido. Esencialmente, esto combina la sala de conciertos interna que el público ve con un espacio secundario, a menudo utilizando puertas de concreto sobre pivotes pesados. Ese espacio secundario generalmente tendrá un volumen de otros varios miles de metros cúbicos y puede ser un espacio” duro “o” blando ” dependiendo del uso de cortinas. Esto le permite actuar como un absorbedor de red o generador de reverberación de red, pero el decaimiento de tiempo inicial de la habitación, el primer decaimiento de sonido de 10-20 dB después de que llegue, se genera por la geometría de la habitación interior. La idea fue desarrollada por Artec en Singapur, Los Ángeles, Reikiavik y Budapest, y también influyó en el equipo de diseño que trabaja en la Filarmónica de París. Essert utilizó los mismos principios en el Sage Gateshead en el Reino Unido, acoplando parcialmente el espacio principal con otro por encima de un techo móvil.

Mientras que el diseño acústico se basa en la física del sonido, depende de una legión de otras consideraciones estructurales y técnicas que se multiplican a medida que los lugares adquieren funciones adicionales para ayudar a sus flujos de ingresos. Y cuando se trata de renovar lugares históricos, las soluciones de ingeniería no solo deben ser sensibles a la historia del edificio, sino que también deben cumplir con las limitaciones de planificación y satisfacer las amplias expectativas del público. Lograr esa combinación difícil no es una tarea fácil. Pero al garantizar que todos los factores que contribuyen a ello se unan (geometría de la habitación, líneas de visión, comodidad, características arquitectónicas, materiales de construcción, etc.), los arquitectos y acústicos pueden proporcionar una experiencia que, ya sea rap o rapsodia, café o cabaret, deja contenido a cada artista visitante, cliente y miembro de la audiencia.

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