Art and science

Taken from the February 2020 issue of Physics World where it appeared under the title “Sound designs”. Os membros do Instituto de física podem desfrutar da edição completa através do Aplicativo Mundo da física.

a renovação de edifícios públicos é muitas vezes mais complexa do que parece. Anna Demming fala para técnicos de acústica e passa arquitetos sobre a acústica considerações atrás de seus projetos para espaços públicos, e alguns do truques para enfrentar as demandas conflitantes sobre estes locais

Bristol Old Vic hall de entrada
Complexo espaço para O novo saguão e café no Bristol Old Vic foi acusticamente projetada de forma que os pequenos grupos podem desfrutar de conversas íntimas (à esquerda). Na parte de trás do hall de entrada, a parede do auditório (à direita) tem qualidades acústicas que permitem que esta área seja usada como um espaço de desempenho. (Cortesia: Fred Hawarth)

No centro histórico da cidade de Bristol, no reino UNIDO, numa rua de calçada forrada com diferentes edifícios, é a mais antiga continuamente executando o teatro no mundo de língua inglesa – o Bristol Old Vic.

construído em 1766, e originalmente chamado de Theatre Royal, o edifício passou por uma remodelação de vários milhões de libras para marcar seu 250º aniversário. O trabalho exigiu um design detalhado e cuidadoso para garantir que o Grande Auditório Georgiano – renovado na primeira fase do projeto – possa atender às necessidades acústicas de uma ampla gama de teatro, música e dança ao vivo.

assim como complexos eram os Requisitos Acústicos do resto do edifício, que foi renovado na segunda fase. Esta segunda etapa incluiu espaços de desempenho e escritórios adicionais, bem como um átrio que acomoda um bar café e um espaço de desempenho potencial adicional. Todas estas diferentes funções têm Requisitos Acústicos específicos e muitas vezes distintos, que podem estar em desacordo com uma série de outras exigências técnicas, culturais e estéticas.

alguém que ajuda a superar este tipo de obstáculos para alcançar o cenário acústico ideal é Bob Essert. Tendo estudado engenharia e música, em 2002 criou a Sound Space Vision (SSV)-uma empresa londrina de especialistas em acústica e arquitetura.

um dos projectos actuais da SSV é a renovação de um outro Auditório de Bristol com 48,8 milhões de libras.: = = ligações externas = = Como um local de concertos de 1800 lugares, a escala de Colston Hall oferece muito espaço para os artistas que se apresentaram lá desde que abriu em 1867, de orquestras sinfônicas em grande escala para os Beatles. Tem o que é muitas vezes descrito como uma geometria “shoebox” – longa com tectos altos que dão muito espaço em frente aos músicos para um som rico em torno do público, e menos espaço para o som se perder atrás da área de performance (veja abaixo a renderização dos arquitetos Levitt Bernstein). O design shoebox é um formato clássico que alguns dizem produzir a melhor acústica, com nove das 10 melhores salas de concertos do mundo tendo esta forma de acordo com uma pesquisa de 2016 feita por Business Insider.

Colston Hall render by Levitt Bernstein Architects
Shoebox geometry Colston Hall render by Levitt Bernstein Architects.Enquanto Essert diz que o maior determinante da acústica é a escala, a geometria vem em segundo lugar em sua lista de fatores, seguido pelos materiais utilizados. “Os três desempenham um papel”, diz ele. Uma vastidão de comprimento, altura e escala geral em um espaço de desempenho não é, no entanto, sempre desejável. Essert aponta para o hall na escola Yehundi Menuhin em Surrey, Reino Unido, como um exemplo onde a SSV visava dimensões mais compactas que poderiam acomodar 300 pessoas em um espaço construído especificamente para performances solo e Câmara. “Quanto mais longe os limites da sala são do ouvinte e, em certa medida, dos artistas, mais fraco é o som”, diz Essert.

em termos simples, você pode pensar em ondas sonoras atenuando e perdendo intensidade ao viajar através das dimensões da sala. Como Essert enfatiza, quão alto um som de performance é um fator chave para fazer o público se sentir envolvido e imerso na experiência, e como resultado, projetar especificamente para artistas solo significa idealmente projetar um espaço menor. Então, como um solo pode ser ouvido em um espaço projetado para acomodar uma orquestra sinfônica completa, e dar uma sensação de intimidade em um salão que senta 1800?

Reflections on sound design

finally the impact of a production on the audience is dominated by the artistry of the performers on stage. No entanto, um efeito que pode ajudar a uma performance de som íntimo e envolvente, mesmo em uma sala enorme, é o som refletido. Porque o som se move a uma velocidade finita-343 m / S em ar seco a 20 °c – qualquer reflexão dos limites da sala chegará a alguém na platéia com um atraso de vários milissegundos em comparação com o som que viajou diretamente dos artistas. Você pode não ouvir conscientemente o atraso, mas Essert aponta que à medida que o cérebro ajusta a entrada de áudio, este atraso – e crucialmente, a amplitude e direção da chegada – afeta a experiência.

mobiliário macio ao contrário de paredes duras irá amortecer estas reflexões como demonstrado em 1895 pelo físico norte-americano Wallace Clement Sabine, que é amplamente reconhecido como o fundador da acústica arquitetônica. Durante uma missão para melhorar a acústica do Fogg lecture hall na Universidade de Harvard, ele se armou com um tubo de órgão e um cronômetro e embarcou em uma série de experimentos, determinando por orelha quanto tempo um som levou para decair, como ele, por exemplo, mudou o número de almofadas na sala. Sabine logo estabeleceu que era a área de almofadas (ou qualquer material absorvente) que estava linearmente relacionado com o tempo de reverberação.

the advent of the oscilloscope in the 1960s moved acoustics technology up a gear, making it possible to directly image sound input and analyse the delays from these reflections. Os pesquisadores então começaram a descobrir mais sobre o papel da direção do som. Por exemplo, reflexões dos lados podem fazer o público sentir-se mais imerso na experiência, apenas por estar rodeado pelo som.

uma apreciação do papel das reflexões chamou a atenção para a forma como o som é alimentado de uma superfície para outra, e afetou o projeto de espaços de desempenho. A geometria básica da caixa de sapatos ainda é popular entre os arquitetos como tem sido desde a construção das igrejas medievais, efetivamente as salas de concerto de seus dias. Mas no início da década de 1980 – seguindo pesquisas nas décadas de 1960 e 1970 por Michael Barron e Harold Marshall NO REINO UNIDO e grupos de pesquisa em Göttingen e Berlim – Essert e outros acústicos começaram a moldar geometrias para guiar o som. Ao projetar a direção na qual eles refletiam o som, eles poderiam trazer mais som de lado. Exemplos desta arquitetura incluem o Christchurch Town Hall na Nova Zelândia, O Royal Concert Hall em Nottingham, Reino Unido, e o Meyerson Symphony Center em Dallas, Estados Unidos.

níveis de som

Colston Hall já viu várias renovações e reconstruções (Figura 1), sendo a mais recente em 1951 liderada por Philip Hope Bagenal, o acústico mais prolífico do Reino Unido. A renovação de 1936 tinha sido focada no cinema-que era então o principal uso do mercado para salões dessa natureza – resultando em uma ênfase em linhas de visão, capacidade de audiência e som de cinema. Mas, tendo sobrevivido à Blitz, a sala de concertos foi vítima de um incêndio iniciado por um cigarro em 1945, e na reconstrução de 1951, Bagenal e arquiteto J Nelson Meredith restaurou o interior para priorizar performances de música clássica. Mais notavelmente, Bagenal e outros acústicos no Reino Unido na época sentiram que as salas de concertos Britânicas não tinham definição. A vida musical e o gosto Britânico tinham sido coloridos pelo som das câmaras municipais em todo o país, explica Essert – “altos, espaços de chão plano que produziam um som lamacento”.

Figura 1
1 reforma em várias fases Colston Hall de Bristol foi remodelado várias vezes, incluindo em 1936 (top left) e 1951 (top right). Para o projeto atual, a Sound Space Vision tomou medidas sonoras espaciais do espaço (inferior esquerdo) e criou um modelo acústico do projeto proposto (inferior direito). (Cortesia: Visão do espaço sonoro)

Bagenal endossou um plano retangular para Colston Hall e introduziu materiais que absorveriam o baixo”para evitar o boom”. Em particular, ele adicionou uma copa ao longo do palco para projetar a clareza dos instrumentos de cordas. Embora o osciloscópio ainda não tenha sido estabelecido em 1951, então não estava disponível para ajudar o design, tinha sido percebido que as canopias podem refletir o som de volta para os músicos para que eles possam ouvir a si mesmos.

uma das questões que estão agora a ser abordadas pelas renovações da SSV em Colston Hall é uma falha literal desta cobertura. Seguindo extensões para o palco para acomodar orquestras maiores, o dossel não cobre mais a seção de cordas que se senta na frente do palco. Além disso, ele também aparece na vanguarda, direcionando o som para o público e tornando ainda mais difícil para os músicos de corda para ouvir a si mesmos. Entre as renovações que a SSV está ajudando a implementar será uma cobertura ampliada e reformulada com mais Armação para atender a requisitos técnicos mais extensos.Nem todas as reflexões são úteis. Varandas do Colston Hall anteriormente, se estendeu por 14 linhas do auditório, criando uma “zona morta” para centenas de lugares: reflexões múltiplas do fundo da varanda atenuado muito o som, deixando-o seco e fraco quando chegou a bancos na parte de trás da camada sob a varanda. O projeto de renovação incluirá a divisão da varanda de uma estrutura profunda em duas mais rasas, de modo que não haja assentos tão profundos sob um teto baixo.

Symbiotic solutions

Back at Bristol Old Vic, reflections again came in handy to meet the multipurpose needs of the new foyer. Ele foi habilmente projetado para que as pessoas possam desfrutar de uma conversa tranquila durante um café sem ser ensurdecido pelo som da conversa de todos os outros. No entanto, com uma pressão para maximizar a receita do edifício, o mesmo espaço também precisa fornecer uma atmosfera mais vibrante e é até projetado para acomodar shows, onde o público quer estar imerso em som. Vangelis Koufoudakis – um acústico da Empresa de design Charcoalblue, que trabalhou na remodelação Bristol Old Vic-admite que tentar atender requisitos polivalentes como este pode ser problemático. “Você pode acabar com algo como um sofá – cama-não é um grande sofá e não é uma grande cama.”Felizmente, arquitetos e acústicos do projeto foram capazes de “escavar” uma solução única 250 anos em construção.

No mundo da acústica, nós amamos formas irregulares porque eles param de som com foco indesejados ou acústico artefactos

Vangelis Koufoudakis

No caso de um hall de entrada, os arquitetos estavam ansiosos para fornecer um espaço aberto que ligava o teatro para a rua da cidade e além. A maioria das paredes da área de café-bar são de absorção de som. Ângulos irregulares em oposição a paredes paralelas evitam ressonâncias estranhas e a sala faz uso liberal de madeira reciclada e limalhas de madeira que absorvem o som e convertem – no em calor. O tecto do átrio é uma grelha diagonal estrutural formada por madeira laminada colada – vigas “glulam”. As diagonais formam ângulos irregulares que remontam às geometrias históricas da sala no resto do edifício. “No mundo da acústica, nós amamos formas irregulares porque elas param de focar o som ou outros artefatos acústicos indesejados”, diz Koufoudakis. Como resultado destes e de outros truques acústicos do comércio, o vasto foyer de plano aberto-que você pode esperar para Som clanging e echoey – fornece a acústica perfeita para um tête – à-tête tranquilo. Como então permitir uma atmosfera mais vibrante no mesmo espaço em momentos diferentes?

ao desenterrar a parede de pedra original do edifício para o auditório georgiano no extremo oposto da área do café-bar, a equipa do projecto foi capaz de explorá-la como pano de fundo acústico para um espaço de desempenho directamente à frente. A parede em si está partida e embolsada da passagem do tempo, o que significa que reflete um som difuso sem estranhas ressonâncias de alta frequência. “É uma incrível superfície arquitetônica que revela as cicatrizes históricas do Teatro”, diz Tom Gibson de Haworth Tompkins e o arquiteto do projeto para a segunda fase da remodelação. A massa térmica da superfície rugosa da alvenaria também ajuda a regular a temperatura no bar café.

Level-headed design

the foyer benefits too from another architectural quirk that turned to be a blessing in disguise. Vários add-ons e renovações ao longo dos séculos desde que o teatro foi construído pela primeira vez levaram a diferentes níveis de terra. A equipe do projeto não queria perturbar a laje ou fundações da década de 1970, pois isso poderia ter sido caro e um risco Arqueológico. “Basicamente, a velha Muralha da cidade costumava correr pelo hall de entrada e estávamos preocupados em encontrar alguns esqueletos históricos”, diz Gibson. Um dos desafios do design foi, portanto, resolver a diferença entre os pisos históricos, os pisos dos anos 70 e os níveis recentemente propostos. A solução tem sido a rampa do novo átrio para baixo ao nível da rua Para fornecer acesso universal pela primeira vez na história do teatro, enquanto o piso térreo superior cria uma conveniente área elevada em frente ao auditório original.

Figure2
2 séculos na fabricação destes modelos em 3D Nolli mostram Bristol Old Vic antes (a) e depois (b) de sua remodelação 2016-2018. O edifício original do teatro foi deliberadamente colocado para trás uma distância da rua e ao longo de sua história de 254 anos tem havido muitas entradas diferentes. Na década de 1970, um edifício adjacente chamado “Coopers’ Hall ” foi usado para este propósito. O novo hall de entrada, construído com o propósito, permitiu que o salão Coopers fosse remodelado como um espaço para eventos e um pequeno teatro de estúdio. (Cortesia: Haworth Tompkins)

os arquitetos também foram capazes de explorar os vários níveis de terra em todo o local para ventilar o teatro de estúdio do local. Esta sala relativamente pequena foi movida do porão e do rés-do-chão em frente do auditório para o porão e o rés-do-chão na seção do hall dos Coopers, um edifício adjacente que serviu como entrada do teatro no projeto da década de 1970 (Figura 2). O movimento levou a uma altura da cabeça não compatível no porão diretamente sob o hall de entrada ao lado da rua e criou restrições de espaço que dificultaram a instalação de ventiladores mecânicos tradicionais, que precisam de muito espaço. “Havia, de qualquer forma, uma intenção da equipe do projeto para ventilar naturalmente o novo estúdio theatre para economizar energia e custos associados”, acrescenta Gibson. Os espaços subterrâneos (com altura da cabeça não compatível, uma vez que o novo piso térreo da entrada foi projetado) proporcionaram uma oportunidade de construir em um novo “labirinto”de ventilação natural. Ele atrai o ar do telhado do átrio através de um labirinto de alvenaria, que arrepia e acalma o ar exterior barulhento. O resultado: cool air entra no studio theatre com perturbações acústicas mínimas.

in fine shape

nem todas as declarações arquitetônicas vêm de um afortunado alinhamento de requisitos técnicos pragmáticos, no entanto. A Berliner Philharmonie, na Alemanha, é amplamente considerada um marco na história do design de salas de concerto, e fez um marco na partida da geometria básica shoebox que havia dominado por tanto tempo. Foi construído entre 1960 e 1963 para substituir a antiga casa da Orquestra Filarmônica de Berlim, que havia sido bombardeada na Segunda Guerra Mundial. “As pessoas sempre se reúnem em círculos quando ouvem música informalmente”, disse o arquiteto Hans Scharoun, uma observação que o levou a projetar a sala de concertos com o público sentado em torno da Orquestra nas encostas de uma grande tigela, como terraços de vinha. Este projeto ousado inspirou uma série de arquitetos que também queriam fazer “um edifício de declaração” e a geometria da vinha tem sido amplamente adotada ao longo dos últimos 15 anos.

Berliner Philharmonie
Sounds different The Berliner Philharmonie was built in 1960-1963 with a design that resembles a bowl or a vineyard. A largura é o dobro da de um design típico shoebox. (Cortesia: / posztos)

no entanto, a geometria da vinha tem sido menos popular entre os acústicos. Quando o público é espalhado até agora em uma sala tão ampla, a intensidade sonora e a intensidade subjetiva da música são reduzidas para todos. Como resultado, estender a forma surround para uma sala de 2000 lugares sem varandas reduz a intensidade e imersão em som que foi pretendido por um compositor musical. E como o público circunda o palco, as pessoas sentadas atrás da Orquestra ouvirão as coisas de forma diferente das da frente, e instrumentos como o trombone podem soar brilhantes no eixo, mas mais silenciosos em outros lugares. “Você pode estar efetivamente recebendo um concerto de trompa francesa porque você está apenas a um metro deles”, diz Essert.

é por isso que Essert sente que a geometria shoebox está a reavivar. Também tem havido interesse nos psicoacústicos de salas de concertos estreitas e altas para impedir o público de se sentir “encurralado”. O novo teto em Colston Hall, por exemplo, terá um ligeiro tom nos lados, mitigando os efeitos negativos de focagem do teto previamente côncavo. Curvas convexas espalham o som de uma forma útil e desviam-se de um cubóide puro, sentindo-se menos “roxo”.

multitarefas

outro desafio em locais como Colston Hall é atender a música amplificada e não amplificada no mesmo espaço. Enquanto a acústica otimizada para uma orquestra irá enriquecer idealmente o som, os projetos para a música amplificada visam a clareza do som com pouca reverberação de modo que o que o público ouve é quase exatamente o que está vindo dos alto-falantes. A engenharia Digital pode ajustar níveis para um desempenho amplificado em um espaço neutro idealizado a um grau, mas não pode substituir totalmente o que uma sala com acústica mais rica faria para um desempenho clássico ao vivo. Trabalhando com restrições de orçamentos de construção, painéis retrátil feitos a partir de placa de fibra de vidro ou mesmo apenas cortinas podem ser incorporados para absorver a reverberação para a música amplificada e introduzir alguma versatilidade acústica.

Um dos SSV projetos que levou estas versatilidade requisitos para um novo nível foi o Xiqu Centro em Hong Kong, onde o espaço para atender não apenas para amplificado e não amplificada música Ocidental, mas várias tradições de óperas Chinesas de Pequim, Xangai, Cantão e Hong Kong também. Otimizar este local de concerto significava fornecer os meios para equilibrar o som dos cantores em relação à orquestra, e para imitar a acústica ao ar livre que essas tradições foram promovidas. Os acabamentos da sala e o sistema de áudio no centro Xiqu foram desenvolvidos lado a lado.

Xiqu Centre
inusual needs the Xiqu Centre
in Hong Kong has unusual acoustic demands. O auditório foi projetado com formas complexas, aberturas e isolamento para absorver ou dispersar o som, incluindo cortinas motorizadas que podem ser ajustadas conforme necessário. (Cortesia: Sound Space Vision)

a situação torna-se ainda mais complicada, no entanto, como os acústicos não estão mais atendendo para as audiências que esperam grande som orquestral ao vivo. Os músicos de hoje esperam ouvir algo que soe como o que ouvem em seus sistemas de som em casa. O problema é que estas gravações são gerados por engenheiros que localizar microfones cuidadosamente identificadas posições ao redor da sala ou estúdio de gravação e, em seguida, eletronicamente misturar os níveis e adicionar canais para que possa ouvir a clareza do solo e tem a ressonância da sala ao mesmo tempo. “Você não pode realmente obter esse som”, diz Essert. “Mas os nossos ouvidos foram sintonizados com isso.”Uma abordagem para proporcionar clareza simultânea, ressonância e envolvimento com a arquitetura é construir uma sala dentro de uma sala.

a ideia surgiu durante os projetos de Essert com Russell Johnson da Artec Consultants em Nova Iorque, onde ele se viu repetidamente confrontado com o problema de conceber soluções de design multiusos. Na década de 1980 Artec introduziu uma “câmara de reverberação” para certas salas de concertos, como o Meyerson Symphony Center em Dallas, EUA, e Symphony Hall em Birmingham, Reino Unido. Essencialmente isto une a sala de concertos interior que o público vê para um espaço secundário, muitas vezes usando portas de concreto em pivots pesados. Esse espaço secundário normalmente terá um volume de vários milhares de metros cúbicos e pode ser um espaço” duro” ou “macio” dependendo do uso de cortinas. Isto permite-lhe agir como um absorvedor de rede ou gerador de reverberação de rede, mas o decaimento de tempo inicial da sala – o primeiro decaimento de 10-20 dB de som após a sua chegada – é gerado pela geometria da sala interior. A ideia foi desenvolvida pela Artec em Singapura, Los Angeles, Reykjavik e Budapeste, e também influenciou a equipe de design trabalhando na Filarmônica de Paris. Essert usou os mesmos princípios na Sage Gateshead no Reino Unido, ligando parcialmente o espaço principal com outro acima de um teto móvel.

enquanto o design acústico é baseado na física do som, ele depende de uma legião de outras considerações estruturais e técnicas que se multiplicam como locais assumem funções adicionais para ajudar seus fluxos de receita. E quando se trata de renovar espaços históricos, as soluções de engenharia não só devem ser sensíveis à história do edifício, mas também cumprir com as restrições de planejamento e atender às expectativas de público. Conseguir essa combinação complicada não é um feito fácil. Mas ao garantir que todos os fatores que contribuem se reúnem-geometria sala, linhas de visão, conforto, Características arquitetônicas, materiais de construção e assim por diante – arquitetos e acústicos podem fornecer uma experiência que, seja rap ou Rapsódia, café ou cabaré, deixa todo artista visitante, cliente e membro do público conteúdo.

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