Az akusztikus tudomány fejlődése a történelem során

Az akusztikus tudomány fejlődése a történelem során

-Vissza a múltba

Minden fizikailag felfogható mechanikai hullám -a föld rezgéshullámaitól a zenén keresztül, a hőrezgéseken át az akusztika tudományához tartozik.
A zenei akusztika a zeneelméletet, a hangszerek fizikáját, a pszichoakusztikát,( ami a fülünk működésével és az agyi érzékeléssel foglalkozik), és a műszaki akusztikát foglalja magában.
Az akusztika tudományának kialakulása a történelem régi korszakaiba nyúlik vissza.
Az ősi máltai templomok(nagyjából 6000 évvel ezelőtt épültek) építése során elsődleges szempont lehetett a megfelelő akusztika és hangzásvilág kialakítása.

Hang terjedése!

Már az ókorban felismerték, hogy szabad téren, sík felületen a beszéd, a hang csak kisebb távolságig hallható és érthető. Arra is rájöttek, hogy a hang felfelé terjedve tisztábban érthető és messzebbre is elhallatszik. Ezeket a megfigyeléseket felhasználták a szónoklatok és nyilvános beszédek során. Az ókori színházak kialakulásában is szerepet játszott a megfelelő térhangzás . A szabad téri színházi játékok élvezetét az épületek falai akusztikailag is fokozták. A félkör alakú, emelkedő ülésrend is az ókor egyik felfedezése. Felismerték, hogy az érthetőséget a távolság befolyásolja. A görög típusú színházak esetében az anyaghasználat is fontos volt a tökéketes akusztika szempontjából.

Színpad felületének fontossága:

A színpad járófelülete általában fából készült, a kőfalak pedig a hang visszaverődésében és szétszórásában játszottak szerepet. Ha nagyszámú kórus lépett fel, a kőből készült orkhesztra( tánctér, kórusszínpad) felületét szalmával szórták fel a hang visszaverődésének csökkentése érdekében. A nézőtér (theatron) kialakításánál is szem előtt tartották az emberi beszéd terjedésének irányát és távolságát. Ahhoz, hogy a kifogástalan érthetőséget és hangerőt elérjék, a színház oldalsó és hátsó részére nem kerülhettek nézők. Így egy ellipszis alakú nézőtér alakult ki, 25-30 fokos emelkedési szöggel.

A theatron kőszékei szétszórták a hangokat, meggátolva a visszhangok keletkezését. A sorok alá kővázákat helyeztek el a hangrezgés érdekében, ezzel is javítva a hangerőt és az érthetőséget.
Az antik görög színházak üléseinek lépcsőzetes elrendezésű hatását ahhoz hasonlították, ahogy egy modern hangstúdióban, vagy akusztikai laboratóriumban hatnak a szigetelésre használt, méretre vágott hangelnyelő anyagok. Az üléssorok tompítják az 500 Hertz alatti hangokat, és ezzel a leggyakoribb zajt, a nézők mormogását, a szél susogását, vagy a lapozást szűrik. Ez a frekvenciahatár ideális a zajok kiszűrésére a szakértők szerint.

Akár 60 méterre is elhallatszódott a hang!

Ezzel a módszerrel vált lehetségessé az, hogy Epidauroszban, ahol a híres színház 14 ezer nézőt képes befogadni, a színpadtól 60 méterre lévő utolsó sorban is érteni lehet a színészek által elmondottakat.A római színházak jelentős változásokon mentek keresztül. A színpad és a nézőtér félkör alakú lett, a közönség közelebb került a színpadhoz. A színház teljes beépítése hatalmas hangvető felületeket eredményezett, melyek növelték a hangeloszlást. A színpad szélessége és mélysége is megnőtt, ami rontott az akusztikán. A legfelső sorok mögé árkádos tetőszerkezetet hoztak létre, a megfelelő hangzás elérésének érdekében, kihasználva e falak visszaverő képességét.

Megjelentek a páholysorok és a függöny is.

A rómaiak találmánya a zárt terű vásárcsarnok, ahol népgyűléseket tartottak, ezek a sík mennyezetű,jó arányokkal rendelkező épületek a kiváló akusztikájú előadótermek ősei. Az ókorban a színházépítésre korlátozódott az akusztika.
A középkorban már inkább a templomépítésnél vált fontossá. Az újonnan épült bazilikákban és templomokban a prédikációk és a közös énekek ideális hangzására helyezték a hangsúlyt. A román stílusú-kisebb- építmények még jól funkcionáltak akusztikusan. A gótikus stílusra jellemző kupolák sokat rontottak az adottságokon. Az építészetben egyre inkább elterjedtek a hatalmas terek, melyek kezelhetetlen hangzást eredményeztek. A reneszánsz idején a még nagyobb méretek miatt tovább romlottak az akusztikai viszonyok.

A középkorban a tudomány fejlődésének megtorpanásával évszázadokig nem fejlődött az akusztika tudománya.

A XVI. században készültek az első zenei célra átalakított templombelsők, dómok. Az egyik ilyen híres dóm, a Lipcsében található Thomaskirche, ahol Johann Sebastian Bach is előadta számos művét, a zeneszerző számára nagyon lényeges volt az igényes és optimális hangzás.
A XVII. században a színházépítés ismét fellendült. Alaprajzuk a görög-római színházakéhoz hasonlított, azzal az eltéréssel, hogy a nézősorokat egymás fölé helyezték el és teljes tetőszerkezetet építettek. Sorra épültek a színházak, operaházak, hangversenytermek.

Már Galilei is akusztikus volt?

Galilei volt az első, akinek a XVII. században megjelent,az akusztikáról szóló műve geometriai levezetéseket, hangterelést, hangvezetési terveket említ, valamint foglalkozik a visszhangokkal és az utórengéssel. Ez idő tájt határozzák meg a hang hozzávetőleges terjedési sebességét is. A XVIII.-XIX. században épült a legtöbb színház és hangversenyterem.
Napjainkban a termek sok tekintetben eltérnek a korábbiaktól.Sokszor anyagi megfontolásból megpróbálnak többcélra használható termeket építeni. Számtalan olyan eset van, amikor az építészetileg, funkcionálisan és anyagilag is megfelelően kialakított termekben elektronikus hangosítással próbálják orvosolni az egyébként rossz akusztikát, ami nem mindig megoldás a problémára.

A szabadtéri hangterjedés jellemzője, hogy a fizikai hang terjedését nem akadályozza semmilyen elnyelő vagy visszaverő felület.

A gyakorlatban ez nem teljesül, pl.

• Földfelszín visszaverő tulajdonsága
• és a levegő hangelnyelése következtében.

A hangforrás hangteljesítményszintje és a tér hangnyomásszintje közötti kapcsolat a tér állapotától függ:

• hőmérséklet,
• páratartalom,
• szél.

A különböző hőmérsékletű légrétegekben a hang más-más sebességgel terjed. Két különböző hőmérsékletű közeg határfelületén mindig a hidegebb felé törik.

Nyári napokon az embertömeg által kibocsátott hő miatt a hang elhajlik a magasabban lévő hideg levegőrétegek felé. A levegőben a hang terjedési sebessége a hőmérséklet emelkedésével nő. Az általában előforduló nyomás és páratartalom nincsenek hatással a hang terjedési sebességére.A szél irányából a hang terjedési sebessége hozzáadódik, így messzebbre hangzik, széllel szemben kivonódik és a hang elhal.Szabadtérben a növényzet is csillapítja a hang terjedését.

Belső terek esetében kétféle hangteret különböztethetünk meg:

• diffúz
• és a közvetlen hangteret.

Amikor egy teremben bekapcsolunk egy hangforrást, az először a közvetlen hangteret hozza létre, ezután a falakról visszaverődve létrejön a visszavert hangtér is. A két tér egymásra gyakorolt hatásának köszönhetjük a bennünk kialakuló tér-irány és távolságérzetet.

Egy nem megfelelően szellőztetett teremben a hőmérséklet felfelé emelkedik, és a hanghullámok elhajlása miatt több fontos mennyezeti visszaverődés is megszűnhet. Ha fordított hőmérsékleti viszonyok vannak, akkor a közönséghez kevesebb közvetlen hangenergia jut a fölfelé elhajló hangsugarak miatt. Emiatt az üléssorokat felfelé emelkedővé kell tervezni. A hang két pont között a legrövidebb úton, azaz az egyenes mentén terjed.

A belső terek másik legfontosabb hangjelensége a visszaverődés.Amikor egy hanghullám falba ütközik, három részre oszlik az energiája. Első része visszaverődik, a második része belép a falba, ahol egy része elnyelődik, hővé alakul. Harmadik része kilép a falból és továbbhalad. A kilépés előtt egy kis része újra visszaverődik és elnyelődik.

Egy épület belső tereinek kialakítása során nemcsak építészeti, hanem akusztikai irányelveknek kell teljesülni ahhoz, hogy megfelelő létesítmény jöjjön létre.Az akusztika szempontjából, fontos, hogy a terem kifelé és befelé is zajvédett legyen, és belső hangzása zenei vagy prózai értelemben a legoptimálisabb legyen. A felületek borítása is rendkívül meghatározó a hangelnyelés-visszaverődés miatt.

Például:

• hungarocell
• vagy néhány habszivacs igen rossz hangelnyelő anyagok, mivel belső szerkezetükben a pólusok nem átjárhatók, így nem alakul ki megfelelő áramlás. Keményebb, rugózott faszerkezetek ideális megoldást jelentenek a hangelnyelés során. A mély hangok(200-300 HZ alatt) elnyeléséhez feltétlenül szükséges megfelelő felszerelés, annak érdekében, hogy egyensúlyba hozzuk a szobában a hang teljes tartományát.

Az olasz humanista művész, Leon Battista Alberti szavait idézve, a Perfect Acoustic mindenkor a tökéletes hangzás elérésére törekszik termékei segítségével.

„A tökéletesség valamennyi részlet tökéletes összhangja, amikor semmit sem lehet hozzátenni vagy elvenni anélkül, hogy az egész ne károsodjék.”