De ontwikkeling van de akoestische wetenschap door de geschiedenis heen

De ontwikkeling van de akoestische wetenschap door de geschiedenis heen

Elke fysiek waarneembare mechanische golf – van de trillingsgolven van de aarde, via muziek tot thermische trillingen – behoort tot de wetenschap van de akoestiek.
Muzikale akoestiek omvat muziektheorie, de fysica van instrumenten, psychoakoestiek (die zich met het functioneren van onze oren en hersensperceptie bezig houdt), en technische akoestiek.
De ontwikkeling van de akoestische wetenschap gaat terug tot de oudheid in de geschiedenis.
Tijdens de bouw van de oude Maltese kerken (ongeveer 6000 jaar geleden gebouwd), was de belangrijkste overweging misschien het ontwerpen van de juiste akoestiek en klankwereld.

Geluid verspreid!

In de oudheid werd erkend dat in een open ruimte, op een vlakke ondergrond, spraak en geluid slechts op een kleine afstand kunnen gehoord en begrepen worden. Ze realiseerden zich ook dat het geluid dat naar boven verspreidde, duidelijker en verder weg te horen was. Deze observaties werden in  openbare toespraken gebruikt. Passende surround sound speelde ook een rol bij de ontwikkeling van oude theaters. Het plezier van openluchttheaterspellen werd ook akoestisch versterkt door de muren van de gebouwen. De halfronde, oplopende zitgroep is ook een ontdekking uit de oudheid. Erkend werd dat verstaanbaarheid door afstand beïnvloed wordt . In het geval van theaters van het Griekse type was ook het materiaalgebruik belangrijk voor een perfecte akoestiek.

Belang van het podiumoppervlak:

Het loopvlak van het podium was meestal van hout en de stenen muren speelden een rol bij de weerkaatsing en verstrooiing van geluid. Bij het optreden van grote koren werd het oppervlak van het stenen orkest (dansvloer, koorpodium) met stro bedekt om de geluidsreflectie te verminderen. De richting en afstand van de verspreiding van menselijke spraak werden ook in acht genomen bij het ontwerpen van de zaal (theatron). Om een ​​onberispelijke verstaanbaarheid en volume te bereiken, mochten toeschouwers niet naar de zij- en achterkant van het theater gaan zitten. Zo werd een elliptische zaal gevormd met een elevatiehoek van 25-30 graden.

De stenen stoelen van het theater verspreidden de geluiden, waardoor echo’s werden voorkomen. Stenen vazen ​​werden onder de rijen geplaatst voor geluidstrilling, waardoor het volume en de verstaanbaarheid verbeterd werden.
Het  effect van de trapachtig geplaatste stoelen in oude Griekse theaters kan met het effect van op maat gesneden geluidsabsorberende materialen vergeleken worden, die voor isolatie worden gebruikt in een moderne geluidsstudio of akoestisch laboratorium. De rijen stoelen dempen geluiden onder de 500 Hertz en filteren het meest voorkomende geluiden: het murmelen of bladeren van het publiek, windblazen etc.weg. Deze frequentielimiet is volgens experts ideaal om ruis weg te filteren.

Het geluid was tot op 60 meter afstand te horen!

Met deze methode werd het mogelijk dat in Epidaurus, waar het beroemde theater aan 14.000 toeschouwers heeft plaats geboden, ook nog in de laatste rij – op 60 meter afstand van het podium – te verstaan was wat de acteurs zeiden. Romeinse theaters hebben grote veranderingen ondergaan. Het podium en auditorium werden halfrond, het publiek kwam dichter bij het podium. De volledige integratie van het theater resulteerde in enorme geluidsoppervlakken die de geluidsverdeling verhoogden. Ook de breedte en diepte van het podium namen toe, om dit doel te bereiken. Achter de bovenste rijen werd een boogvormige dakconstructie gecreëerd om het juiste geluid te bereiken, gebruik makend van het reflecterende vermogen van deze muren.

Er verschenen ook rijen loges en gordijnen.

De uitvinding van de Romeinen is de afgesloten markthal waar burgerlijke bijeenkomsten werden gehouden. Deze gebouwen werden met een plat dak en goed geproportioneerd gebouwd en zijn de ‘stam’ van collegezalen met een uitstekende akoestiek. In de oudheid was de akoestiek beperkt tot theaterbouw.
In de middeleeuwen werd het belangrijker in de kerkbouw. In de nieuw gebouwde basilieken en kerken lag de nadruk op het ideale geluid van preken en gemeenschappelijke liederen. De kleinere gebouwen met  Roemeense stijl werkten akoestisch nog steeds goed. De koepels die kenmerkend zijn voor de gotische stijl, hebben de effecten veel verpest. Enorme ruimtes kwamen steeds vaker voor in de architectuur, wat in onbeheersbaar geluid resulteerde. Tijdens de Renaissance verslechterden de akoestische omstandighede door nog grotere afmetingen nog verder.

Met de stagnatie van de ontwikkeling van de wetenschap in de middeleeuwen, ontwikkelde de wetenschap van de akoestiek zich eeuwenlang niet.

In de 16e eeuw werden de eerste kerkinterieurs en koepels omgebouwd voor muzikale doeleinden. Zo’n beroemde kathedraal, de Thomaskirche in Leipzig, waar Johann Sebastian Bach ook veel van zijn muziekstukken presenteerde. Voor de componist was een verfijnd en optimaal geluid heel belangrijk.
In de 17e eeuw, bloeide de theaterbouw weer op. Hun plattegrond was vergelijkbaar met die van Grieks-Romeinse theaters, behalve dat de rijen zitplaatsen boven elkaar werden geplaatst en er een complete dakconstructie werd gebouwd. Theaters, operahuizen en concertzalen werden de een na de ander gebouwd.

Deed Galilei al aan akoestiek?

Galileo Galilei deed aan het einde van zijn leven enkele belangrijke ontdekkingen in de akoestiek. Zijn werk over akoestiek, gepubliceerd in de 19e eeuw, noemt geometrische afleidingen, geluidsvervorming, geluidsbeheersingsplannen en behandelt echo’s en galm. Rond deze tijd wordt ook de geschatte snelheid van geluidsvoortplanting bepaald. De meeste theaters en concertzalen zijn in de 16e eeuw gebouwd.
Tegenwoordig verschillen de hallen in veel opzichten van de vorige. Om financiële redenen proberen ze vaak multifunctionele zalen te bouwen. Er zijn talloze gevallen waarin architectonisch, functioneel en financieel goed ontworpen kamers proberen om anderszins slechte akoestiek te verhelpen met elektronisch geluid, wat niet altijd de oplossing voor het probleem is.

Het kenmerk van de voortplanting van buitengeluid is dat de voortplanting van fysiek geluid niet wordt gehinderd door een absorberend of reflecterend oppervlak.

In de praktijk is dit niet het geval, b.v.door reflecterende eigenschapen van het aardoppervlaken en door geluidsabsorptie van de lucht.

De relatie tussen het geluidsvermogensniveau van een geluidsbron en het geluidsdrukniveau van een ruimte hangt van de toestand van de ruimte af:

• temperatuur,
• vochtigheid
• wind.

In luchtlagen met verschillende temperaturen reist het geluid met verschillende snelheden. Op het grensvlak van twee media met verschillende temperaturen breken ze altijd naar de richting van de koudere.

Op zomerse dagen, als gevolg van de hitte die door de menigte wordt uitgestraald, buigt het geluid naar de hogere lagen koude lucht. In de lucht neemt de snelheid van geluidsvoortplanting toe met toenemende temperatuur. De gewoonlijk optredende druk en vochtigheid hebben geen invloed op de snelheid van de geluidsvoortplanting.

Bij interieurs kunnen twee soorten geluidsruimten worden onderscheiden:

• diffuus geluidsveid
• en directe geluidsruimte.
• Wanneer u een geluidsbron in een kamer inschakelt, creëert deze eerst de directe geluidsruimte en stuitert vervolgens tegen de muren om de gereflecteerde geluidsruimte te creëren. Het effect van de twee ruimtes op elkaar is te danken aan het gevoel van ruimte en afstand dat zich in men ontwikkelt.

In een slecht geventileerde ruimte stijgt de temperatuur en kunnen verschillende belangrijke plafondreflecties verdwijnen door de afbuiging van geluidsgolven. Als er omgekeerde temperatuursomstandigheden zijn, ontvangt het publiek minder directe geluidsenergie door opwaarts afgebogen geluidsstralen. Daarom moeten de stoelenrijen zo ontworpen zijn dat ze omhoog lopen. Het geluid verspreidt zich tussen twee punten via het kortste pad, dat wil zeggen langs een rechte lijn.

Een ander belangrijk geluidsfenomeen in interieurs is reflectie. Wanneer een geluidsgolf een muur raakt, wordt de energie in drie delen verdeeld. Het eerste deel wordt gereflecteerd, het tweede deel komt de muur binnen, waar een deel wordt geabsorbeerd, omgezet in warmte. Het derde deel verlaat de muur en gaat verder. Voor het verlaten wordt een klein deel weerkaatst en weer opgenomen.

Bij het ontwerpen van de interieurs van een gebouw moet niet alleen aan architectonische maar ook aan akoestische richtlijnen worden voldaan om een ​​goede voorziening te creëren. Door de geluidsabsorberende reflectie is ook de coating van de oppervlakken doorslaggevend.

K.I.