Art and science

Tratto dal numero di febbraio 2020 di Physics World dove è apparso con il titolo “Sound designs”. I membri dell’Istituto di Fisica possono godere del problema completo tramite l’app Physics World.

La ristrutturazione degli edifici pubblici è spesso più complessa di quanto sembri. Anna Demming parla di acustica e architetti di acustica considerazioni dietro di loro progetti per gli spazi pubblici, e alcuni trucchi per affrontare le esigenze contrastanti su questi luoghi

Bristol Old Vic foyer
spazio Complesso Il nuovo foyer e caffetteria al Bristol Old Vic è stata progettata acusticamente in modo che i piccoli gruppi possono godere di conversazioni intime (a sinistra). Sul retro del foyer, la parete dell’auditorium (a destra) ha qualità acustiche che consentono a quest’area di essere utilizzata come spazio per le prestazioni. (Cortesia: Fred Hawarth)

Nel centro storico di Bristol nel Regno Unito, lungo una strada acciottolata fiancheggiata da edifici non corrispondenti, è il più antico teatro in esecuzione continua nel mondo di lingua inglese-il Bristol Old Vic.

Costruito nel 1766, e originariamente chiamato Theatre Royal, l’edificio ha subito una ristrutturazione di svariati milioni di sterline per celebrare il suo 250 ° anniversario. Il lavoro ha richiesto una progettazione dettagliata e attenta per garantire che il grande auditorium georgiano – rinnovato nella prima fase del progetto – possa soddisfare le esigenze acustiche di una vasta gamma di teatro dal vivo, musica e danza.

Altrettanto complesse sono state le esigenze acustiche del resto dell’edificio, che è stato ristrutturato nella seconda fase. Questa seconda fase comprendeva ulteriori spazi per le prestazioni e uffici, così come un foyer che ospita un bar caffetteria e un ulteriore spazio potenziale per le prestazioni. Tutte queste diverse funzioni hanno requisiti acustici specifici e spesso distinti, che possono essere in contrasto con una serie di altre esigenze tecniche, culturali ed estetiche.

Qualcuno che aiuta a superare questo tipo di ostacoli per ottenere il set-up acustico ideale è Bob Essert. Dopo aver studiato ingegneria e musica, nel 2002 ha fondato Sound Space Vision (SSV), una società londinese di acustici e consulenti di architettura.

Uno dei progetti attuali di SSV è una ristrutturazione di £48.8 m di un altro auditorium di Bristol: la Colston Hall della città, che si trova proprio lungo la strada da Bristol Old Vic e dovrebbe riaprire nel 2021. Come una sala da concerto di 1800 posti, la scala di Colston Hall offre un sacco di spazio per gli artisti che si sono esibiti lì fin dalla sua prima apertura nel 1867, dalle orchestre sinfoniche su larga scala ai Beatles. Ha quella che viene spesso descritta come una geometria “da scarpe” – lunga con soffitti alti che danno molto spazio davanti ai musicisti per un suono ricco intorno al pubblico, e meno spazio per il suono che si perde dietro l’area di performance (vedi il rendering di Levitt Bernstein Architects sotto). Il design della scatola da scarpe è un formato classico che alcuni dicono produca la migliore acustica, con nove delle prime 10 sale da concerto del mondo che hanno questa forma secondo un sondaggio 2016 di Business Insider.

Colston Hall render di Levitt Bernstein Architects
Shoebox geometry Colston Hall render di Levitt Bernstein Architects.

Mentre Essert dice che il più grande determinante dell’acustica è la scala, la geometria è al secondo posto nella sua lista di fattori, seguita dai materiali utilizzati. “Tutti e tre giocano una parte”, dice. Una vastità di lunghezza, altezza e scala generale in uno spazio di prestazioni non è, tuttavia, sempre desiderabile. Essert indica la sala della Yehundi Menuhin School nel Surrey, Regno Unito, come esempio in cui SSV mirava a dimensioni più compatte che potessero ospitare 300 persone in uno spazio creato appositamente per esibizioni solistiche e da camera. “Più i confini della stanza sono lontani dall’ascoltatore e in una certa misura dagli interpreti, più il suono è debole”, afferma Essert.

In termini semplici si può pensare alle onde sonore che attenuano e perdono intensità mentre viaggiano attraverso le dimensioni della stanza. Come sottolinea Essert, quanto forte suoni una performance è un fattore chiave per far sentire il pubblico avvolto e immerso nell’esperienza, e di conseguenza progettare specificamente per artisti solisti significa idealmente progettare uno spazio più piccolo. Quindi, come può un assolo essere ascoltato in uno spazio progettato per ospitare un’orchestra sinfonica completa, e dare una sensazione di intimità in una sala che può ospitare 1800?

Reflections on sound design

In definitiva l’impatto di una produzione sul pubblico è dominato dall’abilità artistica degli artisti sul palco. Tuttavia, un effetto che può aiutare una performance a suonare intima e avvolgente, anche in una sala enorme, è il suono riflesso. Poiché il suono si muove a una velocità finita – 343 m/s in aria secca a 20 °C – qualsiasi riflessione dai confini della stanza raggiungerà qualcuno nel pubblico con un ritardo di diversi millisecondi rispetto al suono che ha viaggiato direttamente dagli interpreti. Potresti non sentire consapevolmente il ritardo, ma Essert sottolinea che mentre il cervello assembla l’ingresso audio, questo ritardo – e in modo cruciale, l’ampiezza e la direzione di arrivo – influisce sull’esperienza.

Gli arredi morbidi al contrario delle pareti dure smorzeranno questi riflessi come dimostrato nel 1895 dal fisico statunitense Wallace Clement Sabine, che è ampiamente riconosciuto come il fondatore dell’acustica architettonica. Durante un incarico per migliorare l’acustica della Fogg lecture hall dell’Università di Harvard, si armò di una canna d’organo e di un cronometro e intraprese una serie di esperimenti, determinando a orecchio quanto tempo un suono impiegava a decadere mentre, ad esempio, cambiava il numero di cuscini nella stanza. Sabine stabilì presto che era l’area dei cuscini (o qualsiasi materiale assorbente) che era linearmente correlata al tempo di riverbero.

L’avvento dell’oscilloscopio negli anni ‘ 60 ha spostato la tecnologia acustica di una marcia in più, rendendo possibile l’immagine diretta dell’ingresso sonoro e analizzare i ritardi di queste riflessioni. I ricercatori hanno quindi iniziato a scoprire di più sul ruolo della direzione del suono. Ad esempio, le riflessioni dai lati possono far sentire il pubblico più immerso nell’esperienza, semplicemente circondato dal suono.

Un apprezzamento del ruolo delle riflessioni ha attirato l’attenzione sul modo in cui il suono viene alimentato da una superficie all’altra e ha influenzato la progettazione degli spazi di performance. La geometria di base della scatola da scarpe è ancora popolare tra gli architetti come lo è stato fin dalla costruzione delle chiese medievali, in effetti le sale da concerto del loro giorno. Ma nei primi anni 1980 – dopo la ricerca negli anni 1960 e 1970 di Michael Barron e Harold Marshall nel Regno Unito e gruppi di ricerca a Gottinga e Berlino – Essert e altri acustici iniziarono a modellare geometrie per guidare il suono. Ingegnerizzando la direzione in cui riflettevano il suono, potevano portare più suono dal lato. Esempi di questa architettura includono il Christchurch Town Hall in Nuova Zelanda, la Royal Concert Hall di Nottingham, nel Regno Unito, e il Meyerson Symphony Center di Dallas, negli Stati Uniti.

Livelli di suono

Colston Hall ha già visto diverse ristrutturazioni e ricostruzioni (figura 1), la più recente è stata nel 1951 guidata da Philip Hope Bagenal, il più prolifico acoustician di sala da concerto del Regno Unito di quel periodo. La ristrutturazione del 1936 era stata incentrata sul cinema-che era allora l’uso leader di mercato per sale di quella natura-con conseguente enfasi sulle linee di vista, sulla capacità del pubblico e sul suono del cinema. Ma, dopo essere sopravvissuto al Blitz, la sala da concerto cadde vittima di un incendio appiccato da una sigaretta nel 1945, e nella ricostruzione del 1951, Bagenal e l’architetto J Nelson Meredith restaurarono l’interno per dare la priorità alle esibizioni di musica classica. In particolare, Bagenal e altri acustici nel Regno Unito all’epoca ritenevano che le sale da concerto britanniche mancassero di definizione. La vita musicale e il gusto britannico erano stati colorati dal suono dei municipi in tutto il paese, spiega Essert – “spazi alti e piatti che producevano un suono fangoso”.

Figura 1
1 Rifacimento in più fasi La Colston Hall di Bristol è stata ristrutturata più volte, tra cui nel 1936 (in alto a sinistra) e nel 1951 (in alto a destra). Per il progetto attuale, Sound Space Vision ha preso misure sonore spaziali dello spazio (in basso a sinistra) e ha creato un modello acustico al computer del progetto proposto (in basso a destra). (Cortesia: Suono Spazio Visione)

Bagenal approvò un piano rettangolare a gradini per Colston Hall e introdusse materiali che avrebbero assorbito i bassi “per evitare il boom”. In particolare, ha aggiunto un baldacchino sopra il palco per proiettare la chiarezza degli strumenti a corda. Anche se l’oscilloscopio non era ancora stato istituito nel 1951, quindi non disponibile per aiutare la progettazione, si era reso conto che i baldacchini possono riflettere il suono ai musicisti in modo che possano ascoltare se stessi.

Uno dei problemi ora affrontati dai lavori di ristrutturazione di SSV a Colston Hall è una mancanza letterale di questo baldacchino. A seguito di estensioni al palco per ospitare orchestre più grandi, il baldacchino non copre più la sezione di archi che siedono nella parte anteriore del palco. Inoltre, si presenta anche sul bordo d’attacco, dirigendo il suono verso il pubblico e rendendo ancora più difficile per i musicisti di archi ascoltare se stessi. Tra i lavori di ristrutturazione SSV sta aiutando implementare sarà un baldacchino esteso e rimodellato con più sartiame in esso per soddisfare i requisiti tecnici più estesi.

Non tutte le riflessioni sono utili. I balconi della Colston Hall si estendevano in precedenza su 14 file dell’auditorium, creando una “zona morta” per centinaia di posti: i riflessi multipli dal fondo del balcone attenuavano molto il suono, lasciandolo asciutto e debole quando raggiungeva i sedili sul retro del livello sotto il balcone. Il progetto di ristrutturazione includerà la divisione del balcone da una struttura profonda in due più basse in modo che non ci siano posti così profondi sotto un soffitto basso.

Symbiotic solutions

Tornato al Bristol Old Vic, reflections è tornato utile per soddisfare le esigenze polivalenti del nuovo foyer. È stato progettato in modo intelligente in modo che le persone possano godere di una conversazione tranquilla davanti a un caffè senza essere assordate dal suono delle chiacchiere di tutti gli altri. Tuttavia, con una pressione per massimizzare le entrate dall’edificio, lo stesso spazio deve anche fornire un’atmosfera più vibrante ed è persino progettato per ospitare concerti, dove il pubblico vuole essere immerso nel suono. Vangelis Koufoudakis – un acustico dello studio di progettazione Charcoalblue che ha lavorato alla ristrutturazione di Bristol Old Vic-ammette che cercare di soddisfare requisiti multiuso come questo può essere problematico. “Si può finire con qualcosa di simile a un divano letto – non è un grande divano e non è un grande letto.”Fortunatamente, architetti e acustici sul progetto sono stati in grado di” scavare ” una soluzione unica 250 anni in divenire.

Nel mondo dell’acustica, amiamo le forme irregolari perché fermano la messa a fuoco del suono o altri artefatti acustici indesiderati

Vangelis Koufoudakis

Nel caso del foyer, gli architetti erano desiderosi di fornire uno spazio aperto che collegasse il teatro alla strada e alla città oltre. La maggior parte delle pareti della zona bar-caffetteria sono fonoassorbenti. Angoli irregolari al contrario di pareti parallele evitare risonanze strane e la stanza fa un uso liberale di lana di legno – legno riciclato e limatura di legno che assorbono il suono e convertirlo in calore. Il soffitto del foyer è una griglia diagonale strutturale formata da legno lamellare incollato – travi “lamellare”. Le diagonali formano angoli irregolari che ricalcano le geometrie storiche della stanza nel resto dell’edificio. “Nel mondo dell’acustica, amiamo le forme irregolari perché fermano la messa a fuoco del suono o altri artefatti acustici indesiderati”, afferma Koufoudakis. Come risultato di questi e altri trucchi acustici del mestiere, il vasto foyer a pianta aperta-che ci si potrebbe aspettare di suonare clangante ed echoey – fornisce l’acustica perfetta per un tranquillo tête – à-tête. Come quindi consentire un’atmosfera più vibrante nello stesso spazio in momenti diversi?

Dissotterrando il muro di pietra originale dell’edificio all’auditorium georgiano all’estremità dell’area café-bar, il team di progetto è stato in grado di sfruttarlo come sfondo riflettente acusticamente per uno spazio di performance direttamente di fronte. Il muro stesso è rotto e intascato dal passare del tempo, il che significa che riflette un suono diffuso senza strane risonanze ad alta frequenza. “È una superficie architettonica straordinaria che rivela le cicatrici storiche del teatro”, afferma Tom Gibson di Haworth Tompkins e l’architetto del progetto per la fase due della ristrutturazione. La massa termica della superficie in muratura robusta aiuta anche a regolare la temperatura nel bar caffetteria.

Level-headed design

Il foyer beneficia anche di un altro capriccio architettonico che si è rivelato essere una benedizione sotto mentite spoglie. Vari add-on e ristrutturazioni nel corso dei secoli da quando il teatro è stato costruito hanno portato a diversi livelli del suolo. Il team di progetto non ha voluto disturbare il 1970 lastra seminterrato o fondazioni come questo avrebbe potuto essere costoso e un rischio archeologico. “Fondamentalmente, il vecchio muro della città attraversava il foyer e temevamo di trovare alcuni scheletri storici”, dice Gibson. Una delle sfide progettuali è stata quindi quella di risolvere la differenza tra i livelli storici del pavimento, i livelli del pavimento degli anni ‘ 70 e i livelli appena proposti. La soluzione è stata quella di far scendere il nuovo foyer fino al livello della strada per consentire l’accesso universale per la prima volta nella storia del teatro, mentre il piano superiore crea una comoda area rialzata di fronte alla parete originale dell’auditorium.

Figure2
2 secoli in divenire Questi modelli 3D Nolli mostrano Bristol Old Vic prima (a) e dopo (b) la sua riqualificazione 2016-2018. L’edificio originale del teatro è stato deliberatamente arretrato a una distanza dalla strada e nel corso dei suoi 254 anni di storia ci sono stati molti ingressi diversi. Nel 1970 un edificio adiacente chiamato Coopers ‘ Hall è stato utilizzato per questo scopo. Il nuovo foyer appositamente costruito ha permesso a Coopers ‘ Hall di essere ristrutturato come spazio per eventi e un piccolo teatro studio. (Per gentile concessione: Haworth Tompkins)

Gli architetti sono stati anche in grado di sfruttare i vari livelli del terreno in tutto il sito per ventilare il teatro studio della sede. Questa stanza relativamente piccola è stata spostata dal seminterrato e dal piano terra di fronte all’auditorium al seminterrato e al piano terra nella sezione della Coopers’ Hall, un edificio adiacente che fungeva da ingresso del teatro nel progetto degli anni ‘ 70 (figura 2). La mossa ha portato a un’altezza della testa non conforme nel seminterrato direttamente sotto il foyer vicino alla strada e ha creato vincoli di spazio che hanno reso difficile l’installazione di ventilatori meccanici tradizionali, che hanno bisogno di molto spazio. “C’era in ogni caso l’intento del team di progetto di ventilare naturalmente il nuovo teatro studio per risparmiare energia e costi associati”, aggiunge Gibson. Gli spazi del seminterrato (con altezza della testa non conforme una volta progettato il nuovo livello del piano terra del foyer) hanno fornito l’opportunità di costruire un nuovo “labirinto”di ventilazione naturale. Attinge aria dal tetto del foyer attraverso un labirinto in muratura, che raffredda e calma l’aria rumorosa esterna. Il risultato: l’aria fresca entra nel teatro studio con il minimo disturbo acustico.

In forma fine

Non tutte le dichiarazioni architettoniche provengono da un fortunato allineamento di requisiti tecnici pragmatici, tuttavia. La Berliner Philharmonie in Germania è ampiamente considerata una pietra miliare nella storia del design delle sale da concerto e ha fatto un punto di partenza dalla geometria di base della scatola da scarpe che aveva dominato per così tanto tempo. Fu costruito tra il 1960 e il 1963 per sostituire l’ex sede dell’orchestra Filarmonica di Berlino, che era stata bombardata durante la seconda guerra mondiale. “La gente si riunisce sempre in cerchio quando ascolta la musica in modo informale”, ha detto l’architetto Hans Scharoun, un’osservazione che lo ha portato a progettare la sala da concerto con il pubblico seduto intorno all’orchestra sulle pendici di una grande ciotola, come terrazze di vigneti. Questo design audace ha ispirato un certo numero di architetti che volevano anche fare “un edificio di dichiarazione” e la geometria del vigneto è stata ampiamente adottata negli ultimi 15 anni.

Berliner Philharmonie
Suoni diversi La Berliner Philharmonie è stata costruita nel 1960-1963 con un design che ricorda una ciotola o un vigneto. La larghezza è doppia di quella di un tipico design della scatola da scarpe. (Per gentile concessione: / posztos)

Tuttavia, la geometria del vigneto è stata meno popolare tra gli acustici. Quando il pubblico è distribuito così lontano in una stanza così ampia, l’intensità del suono e l’intensità soggettiva della musica sono ridotte per tutti. Di conseguenza, estendere la forma surround a una sala da 2000 posti senza balconi riduce l’intensità e l’immersione nel suono che è stato inteso da un compositore musicale. E poiché il pubblico circonda il palco, le persone sedute dietro l’orchestra sentiranno le cose in modo diverso rispetto a quelle davanti, e strumenti come il trombone possono suonare luminosi sull’asse ma più silenziosi altrove. “Potresti effettivamente ottenere un concerto per corno francese perché sei a soli due piedi da loro”, dice Essert.

Ecco perché Essert sente che la geometria simile a una scatola da scarpe sta rinascendo. C’è stato anche interesse per la psicoacustica delle alte e strette sale da concerto per impedire al pubblico di sentirsi “in scatola”. Il nuovo soffitto di Colston Hall, ad esempio, avrà un leggero passo ai lati, attenuando gli effetti negativi di messa a fuoco del soffitto precedentemente concavo. Le curve convesse diffondono il suono in modo utile e si discostano da un cuboide puro, sentendosi meno “boxy”.

Multitasking

Un’altra sfida in luoghi come Colston Hall è quella di soddisfare la musica amplificata e non amplificata nello stesso spazio. Mentre l’acustica ottimizzata per un’orchestra arricchirà idealmente il suono, i progetti per la musica amplificata mirano alla chiarezza del suono con poco riverbero in modo che ciò che il pubblico sente sia quasi esattamente ciò che proviene dagli altoparlanti. L’ingegneria digitale può regolare i livelli per una performance amplificata in uno spazio neutro idealizzato in una certa misura, ma non può sostituire completamente ciò che una stanza con un’acustica più ricca farebbe per una performance classica dal vivo. Lavorando con vincoli di budget di costruzione, pannelli retrattili in fibra di vetro o anche solo tende possono essere incorporati per assorbire il riverbero per la musica amplificata e introdurre una certa versatilità acustica.

Uno dei progetti di SSV che ha portato queste esigenze di versatilità ad un nuovo livello è stato il Centro Xiqu di Hong Kong, dove lo spazio deve soddisfare non solo la musica occidentale amplificata e non amplificata, ma anche varie tradizioni di opere cinesi da Pechino, Shanghai, Guangdong e Hong Kong. Ottimizzare questa sala da concerto significava fornire i mezzi per bilanciare il suono dei cantanti rispetto all’orchestra e per emulare l’acustica all’aperto su cui queste tradizioni sono state promosse. Le finiture della stanza e il sistema audio nel Centro Xiqu sono stati sviluppati mano nella mano.

Centro Xiqu
Esigenze insolite Il Centro Xiqu
di Hong Kong ha esigenze acustiche insolite. Mette in scena una vasta gamma di stili musicali, quindi l’auditorium è stato progettato con forme complesse, spazi vuoti e isolamento per assorbire o disperdere il suono, comprese le tende motorizzate che possono essere regolate secondo necessità. (Per gentile concessione: Sound Space Vision)

La situazione si complica ulteriormente, tuttavia, poiché gli acustici non sono più in grado di soddisfare il pubblico che si aspetta un grande suono orchestrale dal vivo. I frequentatori di concerti di oggi invece si aspettano di sentire qualcosa che suona come quello che sentono sui loro sistemi audio a casa. Il problema è che queste registrazioni sono generate da ingegneri che localizzano microfoni in posizioni accuratamente identificate intorno alla sala o allo studio di registrazione e quindi mescolano elettronicamente i livelli e aggiungono canali in modo da poter ascoltare la chiarezza dell’assolo e avere la risonanza della stanza allo stesso tempo. “Non si può effettivamente ottenere quel suono,” dice Essert. “Ma le nostre orecchie sono state in sintonia con esso.”Un approccio per fornire chiarezza, risonanza e avvolgimento simultanei con l’architettura è quello di costruire una stanza all’interno di una stanza.

L’idea è emersa durante i progetti di Essert con Russell Johnson di Artec Consultants a New York, dove si è trovato ripetutamente di fronte al problema di ideare soluzioni progettuali polivalenti. Nel 1980 Artec introdusse una” camera di riverbero ” in alcune sale da concerto, come il Meyerson Symphony Center di Dallas, negli Stati Uniti, e la Symphony Hall di Birmingham, nel Regno Unito. Essenzialmente questo accoppia la sala da concerto interna che il pubblico vede in uno spazio secondario, spesso utilizzando porte in cemento su perni pesanti. Quello spazio secondario avrà solitamente un volume di altre diverse migliaia di metri cubi e può essere uno spazio” duro “o” morbido ” a seconda dell’uso delle tende. Ciò gli consente di agire come un assorbitore netto o un generatore di riverbero netto, ma il decadimento temporale iniziale della stanza – il primo decadimento del suono di 10-20 dB dopo che arriva – è generato dalla geometria della stanza interna. L’idea è stata sviluppata ulteriormente da Artec a Singapore, Los Angeles, Reykjavik e Budapest, e ha anche influenzato il team di progettazione che lavora alla Philharmonie di Parigi. Essert ha usato gli stessi principi sul Sage Gateshead nel Regno Unito, parzialmente accoppiando lo spazio principale con un altro sopra un soffitto mobile.

Mentre la progettazione acustica si basa sulla fisica del suono, si basa su una legione di altre considerazioni strutturali e tecniche che si moltiplicano man mano che le sale assumono funzioni aggiuntive per aiutare i loro flussi di entrate. E quando si tratta di ristrutturare luoghi storici, le soluzioni ingegneristiche devono non solo essere sensibili alla storia dell’edificio, ma anche rispettare i vincoli di pianificazione e soddisfare le ampie aspettative del pubblico. Tirare fuori quella combinazione difficile non è un’impresa da poco. Ma assicurando che tutti i fattori che contribuiscono si uniscono-geometria della stanza, linee di vista, comfort, caratteristiche architettoniche, materiali da costruzione e così via – architetti e acustici possono fornire un’esperienza che, sia esso rap o rapsodia, caffè o cabaret, lascia ogni artista in visita, cliente e membro del pubblico contenuti.

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