konst och vetenskap

hämtad från februari 2020-utgåvan av Physics World där den dök upp under titeln “Sound designs”. Medlemmar av Institutet för fysik kan njuta av hela frågan via Physics World app.

renoveringen av offentliga byggnader är ofta mer komplex än vad som syns. Anna Demming pratar med akustiker och arkitekter om de akustiska övervägandena bakom deras design för offentliga utrymmen, och några av knepen för att ta itu med de motstridiga kraven på dessa platser

Bristol Old Vic foyer
Complex space den nya foyer och Caf Kazaki på Bristol Old Vic har akustiskt utformade så att små grupper kan njuta av intima samtal (vänster). På baksidan av hallen har auditoriumväggen (höger) akustiska egenskaper som gör att detta område kan användas som ett prestationsutrymme. (Artighet: Fred Hawarth)

i den historiska stadskärnan i Bristol i Storbritannien, ner en kullerstensgata kantad med omaka byggnader, är den äldsta kontinuerligt kör teater i den engelsktalande världen-Bristol Old Vic.

byggnaden byggdes 1766 och kallades ursprungligen Theatre Royal och genomgick en renovering på flera miljoner pund för att markera sitt 250-årsjubileum. Arbetet krävde detaljerad och noggrann design för att säkerställa att det stora georgiska auditoriet – renoverat i projektets första fas – kan tillgodose de akustiska behoven hos ett brett utbud av levande teater, musik och dans.

lika komplexa var de akustiska kraven i resten av byggnaden, som renoverades i fas två. Denna andra etapp inkluderade ytterligare prestationsutrymmen och kontor, samt en foyer som rymmer en caf-baren och ett ytterligare potentiellt prestationsutrymme. Alla dessa olika funktioner har specifika och ofta distinkta akustiska krav, vilket kan vara i strid med en mängd andra tekniska, kulturella och estetiska krav.

någon som hjälper till att övervinna dessa typer av hinder för att uppnå den perfekta akustiska inställningen är Bob Essert. Efter att ha studerat både teknik och musik startade han 2002 Sound Space Vision (SSV) – ett Londonbaserat företag av akustiker och arkitektkonsulter.

ett av SSV: s pågående projekt är en 48,8 m lång renovering av ett annat Bristol auditorium: stadens Colston Hall, som ligger precis på vägen från Bristol Old Vic och kommer att öppnas igen 2021. Som en 1800-sits konsertplats erbjuder Colston Halls skala gott om plats för de artister som har uppträtt där sedan den först öppnades 1867, från fullskaliga symfoniorkestrar till Beatles. Den har vad som ofta beskrivs som en “skokartong” geometri – lång med högt i tak som ger gott om plats framför musikerna för ett rikt ljud runt publiken och mindre utrymme för att ljudet ska gå vilse bakom performance-området (se Levitt Bernstein Architects rendering nedan). Shoebox-designen är ett klassiskt format som vissa säger ger den bästa akustiken, med nio av världens 10 bästa konsertsalar som har denna form enligt EN 2016-undersökning av Business Insider.

Colston Hall återges av Levitt Bernstein Architects
skokartong geometri Colston Hall återges av Levitt Bernstein Architects.

medan Essert säger att den största determinanten av akustik är skala, kommer geometri på andra plats på sin lista över faktorer, följt av de material som används. “Alla tre spelar en roll”, säger han. En omfattning av längd, höjd och allmän skala i ett prestationsutrymme är emellertid inte alltid önskvärt. Essert pekar på hallen på Yehundi Menuhin School i Surrey, Storbritannien, som ett exempel där SSV siktade på mer kompakta dimensioner som kunde rymma 300 personer i ett utrymme utformat speciellt för solo-och kammarföreställningar. “Ju längre bort rummets gränser är från lyssnaren och till viss del artisterna, desto svagare är ljudet”, säger Essert.

i enkla termer kan du tänka på ljudvågor som dämpar och förlorar intensitet när de reser över rummets dimensioner. Som Essert betonar, hur högt en föreställning låter är en nyckelfaktor för att få publiken att känna sig omslagen och nedsänkt i upplevelsen, och som ett resultat att utforma specifikt för soloartister innebär att man idealiskt utformar ett mindre utrymme. Så hur kan en solo höras i ett utrymme utformat för att rymma en full symfoniorkester och ge en känsla av intimitet i en hall med plats för 1800?

reflektioner om ljuddesign

i slutändan domineras en Produktions inverkan på publiken av artisterna på scenen. En effekt som kan hjälpa en föreställning att låta intim och omslutande, även i en stor hall, reflekteras ljud. Eftersom ljudet rör sig med en ändlig hastighet – 343 m/s i torr luft vid 20 kcal C – kommer alla reflektioner från rummets gränser att nå någon i publiken med en fördröjning på flera millisekunder jämfört med ljudet som har rest direkt från artisterna. Du kanske inte medvetet hör förseningen, men Essert påpekar att när hjärnan monterar ljudingång påverkar denna fördröjning – och väsentligt amplituden och ankomstriktningen – upplevelsen.

mjuka möbler i motsats till hårda väggar kommer att dämpa dessa reflektioner som demonstrerades 1895 av den amerikanska fysikern Wallace Clement Sabine, som är allmänt erkänd som grundare av arkitektonisk akustik. Under ett uppdrag att förbättra akustiken i Fogg-föreläsningssalen vid Harvard University beväpnade han sig med ett orgelrör och ett stoppur och inledde en serie experiment och bestämde för örat hur lång tid ett ljud tog för att förfalla när han till exempel ändrade antalet kuddar i rummet. Sabine konstaterade snart att det var området med kuddar (eller något absorberande material) som var linjärt relaterat till efterklangstid.

tillkomsten av oscilloskopet på 1960-talet flyttade akustiktekniken upp i en växel, vilket gjorde det möjligt att direkt bildljudingång och analysera fördröjningarna från dessa reflektioner. Forskare började sedan ta reda på mer om ljudriktningens Roll. Till exempel kan reflektioner från sidorna få publiken att känna sig mer nedsänkt i upplevelsen, bara genom att vara omgiven av ljudet.

en uppskattning av reflektionernas Roll uppmärksammade hur ljudet matas från en yta till en annan och påverkade utformningen av prestandautrymmen. Den grundläggande skokartonggeometrin är fortfarande populär bland arkitekter som den har varit sedan byggandet av medeltida kyrkor, effektivt konsertsalarna på deras tid. Men i början av 1980 – talet – efter forskning på 1960-och 1970-talet av Michael Barron och Harold Marshall i Storbritannien och forskargrupper i G. Genom att konstruera riktningen i vilken de reflekterade ljudet kunde de få mer ljud in från sidan. Exempel på denna arkitektur inkluderar Christchurch Town Hall i Nya Zeeland, Royal Concert Hall i Nottingham, Storbritannien, och Meyerson Symphony Center i Dallas, USA.

ljudnivåer

Colston Hall har redan sett flera renoveringar och rekonstruktioner (figur 1), den senaste var 1951 ledd av Philip Hope Bagenal, Storbritanniens mest produktiva konserthusakustiker under den perioden. Renoveringen 1936 hade varit inriktad på film-som då var den marknadsledande användningen för hallar av den naturen – vilket resulterade i betoning på synlinjer, publikkapacitet och filmljud. Men efter att ha överlevt Blitz blev konserthuset offer för en brand som startades av en cigarett 1945, och i ombyggnaden 1951 återställde Bagenal och arkitekten J Nelson Meredith interiören för att prioritera klassiska musikföreställningar. Framför allt kände Bagenal och andra akustiker i Storbritannien då att brittiska konsertsalar saknade definition. Det brittiska musikaliska livet och smaken hade färgats av ljudet från Stadshus runt om i landet, förklarar Essert – “höga, platta golvytor som producerade ett lerigt ljud”.

Figur 1
1 Många fas makeover Bristol Colston Hall har renoverats flera gånger, bland annat i 1936 (uppe till vänster) och 1951 (uppe till höger). För det aktuella projektet tog Sound Space Vision rumsliga ljudmätningar av utrymmet (längst ner till vänster) och skapade en akustisk datormodell av den föreslagna designen (längst ner till höger). (Artighet: Sound Space Vision)

Bagenal godkände en stegad rektangulär plan för Colston Hall och introducerade material som skulle absorbera bas “för att undvika BOM”. I synnerhet lade han till en baldakin över scenen för att projicera tydligheten i stränginstrument. Även om oscilloskopet ännu inte var etablerat i 1951 så inte tillgängligt för att hjälpa till med design, hade man insett att baldakiner kan reflektera ljud tillbaka till musiker så att de kan höra sig själva.

en av de frågor som nu behandlas av SSV: s renoveringar i Colston Hall är en bokstavlig brist på denna baldakin. Efter förlängningar till scenen för att rymma större orkestrar täcker baldakinen inte längre strängavsnittet som sitter på scenens framsida. Dessutom dyker det också upp i framkanten, riktar ljudet ut till publiken och gör det ännu svårare för strängmusikerna att höra sig själva. Bland de renoveringar som SSV hjälper till att implementera kommer att vara en utökad och omformad baldakin med mer riggning i den för att möta mer omfattande tekniska krav.

inte alla reflektioner är till hjälp heller. Balkongerna i Colston Hall sträckte sig tidigare över 14 rader av auditoriet och skapade en “död zon” för hundratals platser: flera reflektioner från botten av balkongen dämpade mycket av ljudet och lämnade det torrt och svagt när det nådde sätena på baksidan av nivån under balkongen. Renoveringsprojektet kommer att omfatta att dela balkongen från en djup struktur i två grundare så att det inte finns några platser så djupt under ett lågt tak.

symbiotiska lösningar

tillbaka på Bristol Old Vic kom reflektioner igen till nytta för att möta de nya foyers mångsidiga behov. Det har utformats smart så att människor kan njuta av en lugn konversation över en kaffe utan att bli dövade av ljudet av alla andras Prat. Men med ett tryck för att maximera intäkterna från byggnaden måste samma utrymme också ge en mer levande atmosfär och är till och med utformad för att rymma spelningar, där publiken vill vara nedsänkt i ljud. Vangelis Koufoudakis-en akustiker från designföretaget Charcoalblue som arbetade med renoveringen av Bristol Old Vic – medger att det kan vara problematiskt att försöka uppfylla mångsidiga krav som detta. “Du kan sluta med något som en bäddsoffa – det är inte en bra soffa och det är inte en bra säng.”Lyckligtvis kunde arkitekter och akustiker på projektet “gräva ut” en unik lösning 250 år i vardande.

i akustikvärlden älskar vi oregelbundna former eftersom de stoppar ljudfokusering eller andra oönskade akustiska artefakter

Vangelis Koufoudakis

när det gäller lobbyn var arkitekterna angelägna om att tillhandahålla ett öppet utrymme som kopplade teatern till gatan och staden bortom. De flesta väggarna i CAF-baren är ljudabsorberande. Oregelbundna vinklar i motsats till parallella väggar undviker konstiga resonanser och rummet använder sig liberalt av Träull – återvunnet virke och träfiltreringar som absorberar ljud och omvandlar det till värme. Taket på lobbyn är ett strukturellt diagonalt galler som bildas av limmade laminerade virke – “limträ” balkar. Diagonalerna bildar oregelbundna vinklar som spårar tillbaka till historiska rumsgeometrier i resten av byggnaden. “I akustikvärlden älskar vi oregelbundna former eftersom de stoppar ljudfokusering eller andra oönskade akustiska artefakter”, säger Koufoudakis. Som ett resultat av dessa och andra akustiska tricks i handeln, den stora öppen planlösning foyer-som du kan förvänta dig att låta klingande och echoey – ger den perfekta akustiken för en lugn t exporte – exporte-exporte. Hur kan man då möjliggöra en mer levande atmosfär i samma utrymme vid olika tidpunkter?

genom att gräva upp byggnadens ursprungliga stenmur till det georgiska auditoriet längst bort i CAF-baren i CAF, kunde projektgruppen utnyttja den som en akustiskt reflekterande bakgrund för ett prestationsutrymme direkt framför. Väggen själv är trasig och pockmarked från tidens gång, vilket innebär att den speglar ett diffust ljud utan konstiga högfrekventa resonanser. “Det är en fantastisk arkitektonisk yta som avslöjar teaterns historiska ärr”, säger Tom Gibson från Haworth Tompkins och projektarkitekten för fas två av renoveringen. Den termiska massan på den robusta murytan hjälper också till att reglera temperaturen i CAF-baren.

plan design

lobbyn drar också nytta av en annan arkitektonisk quirk som visade sig vara en välsignelse i förklädnad. Olika tillägg och renoveringar under århundradena sedan teatern först byggdes har lett till olika marknivåer. Projektgruppen ville inte störa 1970-talets källarplatta eller stiftelser eftersom det kunde ha varit dyrt och en arkeologisk risk. “I grund och botten brukade den gamla stadsmuren springa genom lobbyn och vi var oroliga att vi kunde hitta några historiska skelett”, säger Gibson. En av designutmaningarna var därför att lösa skillnaden mellan de historiska golvnivåerna, 1970-talets golvnivåer och de nyligen föreslagna nivåerna. Lösningen har varit att ramp den nya lobbyn ner till gatunivå för att ge universell åtkomst för första gången i teaterns historia, medan den övre bottenvåningen skapar ett bekvämt upphöjt scenområde framför den ursprungliga auditoriumväggen.

Figure2
2 århundraden i att göra dessa 3D Nolli-modeller visar Bristol Old Vic före (A) och efter (b) dess 2016-2018 ombyggnad. Den ursprungliga teaterbyggnaden var medvetet satt tillbaka ett avstånd från gatan och under sin 254-åriga historia har det funnits många olika ingångar. På 1970-talet användes en intilliggande byggnad som heter Coopers’ Hall för detta ändamål. Den nya specialbyggda lobbyn har gjort det möjligt för Coopers Hall att renoveras som ett evenemangsutrymme och en liten studioteater. (Med tillstånd: Haworth Tompkins)

arkitekterna har också kunnat utnyttja de olika marknivåerna på hela platsen för att ventilera arenans studioteater. Detta relativt lilla rum flyttades från källaren och bottenvåningen framför auditoriet till källaren och bottenvåningen i Coopers Hall-sektionen, en intilliggande byggnad som fungerade som teaterns ingång på 1970-talets design (figur 2). Flytten ledde till en icke-kompatibel Huvudhöjd i källaren direkt under lobbyn bredvid gatan och skapade utrymmesbegränsningar som gjorde det svårt att installera traditionella mekaniska ventilatorer, som behöver mycket utrymme. “Det var i alla fall en avsikt från projektgruppen att naturligt ventilera den nya studioteatern för att spara energi och tillhörande kostnader”, tillägger Gibson. Källarutrymmena (med icke-kompatibel Huvudhöjd när den nya lobbyn på bottenvåningen designades) gav möjlighet att bygga in en ny naturlig ventilation “labyrint”. Det drar in luft från taket på lobbyn genom en murad labyrint, som fryser och tystnar den bullriga utomhusluften. Resultatet: kall luft kommer in i studioteatern med minimal akustisk störning.

i fin form

inte alla arkitektoniska uttalanden kommer från en lycklig anpassning av pragmatiska tekniska krav, dock. Berliner Philharmonie i Tyskland anses allmänt vara en milstolpe i konserthusdesignens historia och gjorde en milstolpe avvikelse från den grundläggande skokartonggeometri som dominerat så länge. Det byggdes mellan 1960 och 1963 för att ersätta det tidigare hemmet för Berlins Filharmoniska Orkester, som bombades under andra världskriget. “Människor samlas alltid i cirklar när de lyssnar på musik informellt”, sa arkitekten Hans Scharoun, en observation som fick honom att utforma konserthuset med publiken som satt runt orkestern i sluttningarna av en stor skål, som vingårdsterrasser. Denna djärva design inspirerade ett antal arkitekter som också ville göra “en statement building” och vingårdsgeometrin har antagits allmänt under de senaste 15 åren.

Berliner Philharmonie
låter annorlunda Berliner Philharmonie byggdes 1960-1963 med en design som liknar en skål eller en vingård. Bredden är dubbelt så stor som en typisk skokartongdesign. (Med tillstånd: /posztos)

vingårdsgeometrin har dock varit mindre populär bland akustiker. När publiken sprids ut så långt i ett så stort rum reduceras ljudintensiteten och den subjektiva intensiteten i musiken för alla. Som ett resultat, utvidga surround formen till en 2000-sits hall utan balkonger minskar intensiteten och nedsänkning i ljud som var avsedd av en musikalisk Kompositörer. Och eftersom publiken omger scenen kommer människor som sitter bakom orkestern att höra saker annorlunda än de framför, och instrument som trombonen kan låta ljusa på axis men tystare någon annanstans. “Du kan effektivt få en fransk hornkonsert eftersom du bara är två meter från dem”, säger Essert.

därför känner Essert att den skokartongliknande geometrin får en väckelse. Det har också varit intresse för psykoakustiken i höga smala konsertsalar för att hindra publiken från att känna sig “inramad”. Det nya taket i Colston Hall kommer till exempel att ha en liten tonhöjd på sidorna, vilket mildrar de negativa fokuseringseffekterna av det tidigare konkava taket. Konvexa kurvor sprider ljudet på ett användbart sätt och avviker från en ren kuboid, känner sig mindre “boxy”.

Multitasking

en annan utmaning i arenor som Colston Hall är att tillgodose förstärkt och icke-förstärkt musik i samma utrymme. Medan akustik optimerad för en orkester idealiskt kommer att berika ljudet, syftar design för förstärkt musik till tydlighet i ljudet med liten efterklang så att det publiken hör är nästan exakt vad som kommer från högtalarna. Digital engineering kan justera nivåerna för en förstärkt prestanda i ett idealiserat neutralt utrymme till en grad, men det kan inte helt ersätta vad ett rum med rikare akustik skulle göra för en levande klassisk prestanda. Arbeta med begränsningar av byggnadsbudgetar, infällbara paneler gjorda av glasfiberbräda eller till och med bara gardiner kan införlivas för att absorbera efterklang för förstärkt musik och introducera lite akustisk mångsidighet.

ett av SSV: s projekt som tog dessa mångsidighetskrav till en ny nivå var Xiqu Center i Hong Kong, där utrymmet måste tillgodose inte bara förstärkt och icke-förstärkt västerländsk musik utan också olika traditioner av kinesiska operaer från Peking, Shanghai, Guangdong och Hong Kong. Optimering av denna konsertlokal innebar att man gav medel för att balansera sångarnas ljud med avseende på orkestern och att efterlikna den utomhusakustik som dessa traditioner främjades på. Rummets finish och ljudsystemet i Xiqu Center utvecklades hand i hand.

Xiqu Center
ovanliga behov Xiqu Center
i Hong Kong har ovanliga akustiska krav. Det arrangerar ett brett utbud av musikstilar, så auditoriet designades med komplexa former, luckor och isolering för att absorbera eller sprida ljud, inklusive motoriserade gardiner som kan justeras efter behov. (Omdirigerad från Sound Space Vision))

situationen blir dock ytterligare komplicerad, eftersom akustiker inte längre tillgodoser publiken som förväntar sig bra live orkesterljud. Dagens konsertbesökare förväntar sig istället att höra något som låter som det de hör på sina ljudsystem hemma. Problemet är att dessa inspelningar genereras av ingenjörer som lokaliserar mikrofoner på noggrant identifierade positioner runt hallen eller inspelningsstudion och sedan elektroniskt blandar nivåerna och lägger till kanaler så att du kan höra soloens tydlighet och ha resonansen i rummet samtidigt. “Du kan faktiskt inte få det ljudet”, säger Essert. “Men våra öron har anpassats till det.”En metod för att leverera samtidig klarhet, resonans och kuvert med arkitektur är att bygga ett rum i ett rum.

tanken uppstod under Esserts projekt med Russell Johnson från Artec Consultants i New York, där han upprepade gånger stod inför problemet med att utforma mångsidiga designlösningar. På 1980-talet introducerade Artec en “efterklangskammare” till vissa konsertsalar, såsom Meyerson Symphony Center i Dallas, USA och Symphony Hall i Birmingham, Storbritannien. I huvudsak kopplar detta den inre konserthuset som publiken ser till ett sekundärt utrymme, ofta med betongdörrar på tunga svängningar. Det sekundära utrymmet har vanligtvis en volym på ytterligare flera tusen kubikmeter och kan vara ett “hårt” eller “mjukt” utrymme beroende på användningen av gardiner. Detta gör det möjligt att fungera som en nettoabsorberare eller netto efterklangsgenerator, men den första tiden förfall av rummet – den första 10-20 dB förfall av ljud efter det anländer – genereras av geometrin i det inre rummet. Tanken utvecklades vidare av Artec i Singapore, Los Angeles, Reykjavik och Budapest, och påverkade också designteamet som arbetar med Paris Philharmonie. Essert använde samma principer på Sage Gateshead i Storbritannien, delvis koppling huvudutrymmet med en annan ovanför ett rörligt tak.

medan akustisk design bygger på ljudets fysik, hänger den på en legion av andra strukturella och tekniska överväganden som multiplicerar när arenor tar på sig ytterligare funktioner för att hjälpa sina intäktsströmmar. Och när det gäller att renovera historiska platser måste tekniska lösningar inte bara vara känsliga för byggnadens historia utan också uppfylla planeringsbegränsningar och uppfylla publikens omfattande förväntningar. Att dra av den knepiga kombinationen är ingen dålig prestation. Men genom att se till att alla bidragande faktorer samlas – rumsgeometri, siktlinjer, komfort, arkitektoniska detaljer, byggmaterial och så vidare – kan arkitekter och akustiker ge en upplevelse som, vare sig det är rap eller rhapsody, kaffe eller cabaret, lämnar varje besökande konstnär, kund och publikmedlemsinnehåll.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.

Back to Top