10
TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN ŽIVOTNOM JUBILEJU HUSNIJE KURTOVIĆA) Miomir Mijić, Dragana Šumarac Pavlović, Elektrotehnički fakultet u Beogradu. Rad po pozivu Sadržaj Dizajn prostorija za živamuzička izvođenja, pre svega operskih i koncertnih sala, predstavlja najsloženiji poduhvat u akustičkom projektovanju. U Laboratoriji za akustiku Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu akumulirano je višedecenijsko iskustvo u toj oblasti projektantskog delovanja, započeto radom profesora Husnije Kurtovića. Ovaj pregledni rad predstavlja pokušaj da se sintetizuje viđenje tehnologije projektovanja prostorija za muzička izvođenja iz današnje vizure stručnog tima Laboratorije. Pobrojane su vrste projektantskih alata koji se moraju koristiti pri dizajnu takvih postorija i komentarisane su njihove osobine proverene u praksi. Takođe su izloženi iskustveni zaključci o prednostima i eventualnim zamkama primene svakog od njih. 1. UVOD Akustički dizajn prostorija za živamuzička izvođenja, pre svega operskih sala i koncertnih sala raznih vrsta, razlikuje se od svih drugih projektantskih zadataka u oblasti akustike. Razlog je što su zahtevi na osnovu kojih se podešava impulsni odziv prostorije takve namene zasnovani na multidimenzio- nalnim kriterijumima, ne uvek do kraja definisanim, a pri tome sa stanovitom dozom subjektivnog. Naime, proces slušanja muzike u nekoj sali može se prikazati kao proces preslikavanja, ilustrovan šematski na slici 1. U tom procesu fizički prostor sale, definisan njenim geometrijskim osobinama (na makro i mikro planu) i materijalizacijom unutrašnjih površina određuje karakteristike zvučnog polja koje će u njoj nastati. Fizičke osobine tog polja preslikavaju se dalje u subjektivni domen zvučne slike koja nastaje u svesti slušaoca. KRITERIJUMI ZVUCNA SLIKA ZVUCNO POLJE FIZICKI PROSTOR SALE AKUSTICKI DIZAJN ESTETSKI ZAHTEVI Slika 1 – Šematski prikaz procesa preslikavanja od fizičkog prostora sale, preko zvučnog polja do zvučne slike. Prikazane su pozicije kriterijuma i akusti čkog dizajna u tom lancu. Akustički dizajn sala je ustanovljen preslikavanjem unazad. Polazna tačka u tom procesu je skup estetskih zahteva u odnosu na zvučnu sliku koju prima slušalac. Oni se definišu u subjektivnom domenu percepcije muzike i prostora. Kriterijumi akustičkog dizajna postavljaju se u odnosu na fizičke osobine zvučnog polja sa kojim se zadovoljavaju prethodno utvrđeni estetski kriterijumi. Na kraju tog lanca preslikavanja unazadpojavljuje se akustički dizajn kao proces koji ima zadatak da definiše fizički prostor sale na način kojim će se zadovoljiti utvrđeni kriterijumi, odnosno još ranije utvrđeni estetski zahtevi. U realizaciji akustičkog dizajna neke prostorije kriterijumi se utvrđuju kao skup zahteva koji se odnose na poželjne vrednosti raznih jednobrojnih parametara izvedenih iz njenog akustičkog odziva [1-9]. U tom skupu mogu se razdvojiti dve osnovne grupe. To su derivati monauralnog impulsnog odziva (takozvani monauralni kriterijumi), koji se definišu na impulsnom odzivu registrovanom jednim neusmerenim mikrofonom, i derivati binauralnih impulsnih odziva (binauralni kriterijumi), koji se izračunavaju upoređenjem dva impulsna odziva snimljena levim i desnim uvom veštačke glave ili nekim drugim prikladnim sistemom sa dva mikrofona. Iako u literaturi još ne postoji konsenzus oko toga koji fizi čki parametri, odnosno njihove poželjne vrednosti, čine potpun skup kriterijuma akusti čkog dizajna prostorija, postoji relativno izdiferenciran stav o četiri osnovna, za koje je dokazano da su međusobno ortogonalni: nivo zvuka, kašnjenje prvih refleksija (početni vremenski džep), vreme reverberacije i interauralni kroskorelacioni koeficijent (IACC). Činjenica je da, osim ovih, postoje i drugi parametri čiji su značaj pojedini autori dokazivali i koji su razmatrani u literaturi [10-22]. Bez obzira na usvojeni koncept parametara na kojima se zasniva kriterijum, njihove poželjne vrednosti postavljaju se kao polazne pretpostavke koje bi trebalo ostvariti akusti čkim dizajnom. Razlike koje postoje među stavovima raznih autora, prikazanih u literaturi, pokazuju da taj skup parametara još nije zatvoren i da je to još uvek predmet istraživanja. Neki od predloženih parametara otvaraju razna nova pitanja na koja još uvek nema preciznih i konačnih odgovora. Na primer, kašnjenje prvih refleksija kao kriterijum otvara pitanje poželjnih pravaca njihovog nailaska i trajanja vremenskog intervala u kome prve refleksije još uvek doprinose estetici zvučne slike. Dalje, kriterijum poželjne vrednosti vremena reverberacije opterećen je otvorenim pitanjem koji od mogućih postupaka izračunavanja ima najbolju korelaciju s estetskim doživljajem (T10, T20, T30, ETD, T 160ms ). Sve to čini da posao akusti čkog dizajna često usput zahteva i rešavanje nekih teorijskih nedorečenosti čije razjašnjavanje nameću konkretne okolnosti projektovanog prostora. Zbog toga rad na akusti čkom dizajnu koncertnih i operskih prostora u sebi neizostavno sadrži dozu istraživanja. Složenost kriterijuma za ocenu kvaliteta i njihove specifičnosti učinili su akustičko dizajniranje sala neuporedivo delikatnijim od dizajniranja prostorija drugih namena. Iz toga je proizišla i znatno veća odgovornost akustičkog konsultanta, pa je veoma ozbiljno pitanje tehnologije rada na akustičkom dizajnu. To su, pre svega, pitanja pouzdanosti primenjenih alata i ispravnosti procedura za predikciju zvučnog polja. Stoga je u ovom radu učinjen pokušaj da se na osnovu iskustva na poslovima akusti čkog konsaltinga, ste čenog u timu okupljenom oko Laboratorije za akustiku Elektrotehni čkog fakulteta u Beogradu, prikaže vi đenje tehnologije projektovanja prostorija za muzi čka izvođenja. Komentarisane su osobine projektantskih alata utvr đene u praksi i izloženi su iskustveni zaključci o prednostima i zamkama koje donosi primena svakog od njih. Zbornik radova 50. Konferencije za ETRAN, Beograd, 6-8. juna 2006, tom II Proc. 50th ETRAN Conference, Belgrade, June 6-8, 2006, Vol. II 400

TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF

(RAD POSVEĆEN ŽIVOTNOM JUBILEJU HUSNIJE KURTOVIĆA) Miomir Mijić, Dragana Šumarac Pavlović, Elektrotehnički fakultet u Beogradu.

Rad po pozivu

Sadržaj – Dizajn prostorija za ″živa″ muzička izvođenja, pre svega operskih i koncertnih sala, predstavlja najsloženiji poduhvat u akustičkom projektovanju. U Laboratoriji za akustiku Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu akumulirano je višedecenijsko iskustvo u toj oblasti projektantskog delovanja, započeto radom profesora Husnije Kurtovića. Ovaj pregledni rad predstavlja pokušaj da se sintetizuje viđenje tehnologije projektovanja prostorija za muzička izvođenja iz današnje vizure stručnog tima Laboratorije. Pobrojane su vrste projektantskih alata koji se moraju koristiti pri dizajnu takvih postorija i komentarisane su njihove osobine proverene u praksi. Takođe su izloženi iskustveni zaključci o prednostima i eventualnim zamkama primene svakog od njih.

1. UVOD Akustički dizajn prostorija za ″živa″ muzička izvođenja, pre svega operskih sala i koncertnih sala raznih vrsta, razlikuje se od svih drugih projektantskih zadataka u oblasti akustike. Razlog je što su zahtevi na osnovu kojih se podešava impulsni odziv prostorije takve namene zasnovani na multidimenzio-nalnim kriterijumima, ne uvek do kraja definisanim, a pri tome sa stanovitom dozom subjektivnog. Naime, proces slušanja muzike u nekoj sali može se prikazati kao proces preslikavanja, ilustrovan šematski na slici 1. U tom procesu fizički prostor sale, definisan njenim geometrijskim osobinama (na makro i mikro planu) i materijalizacijom unutrašnjih površina određuje karakteristike zvučnog polja koje će u njoj nastati. Fizičke osobine tog polja preslikavaju se dalje u subjektivni domen zvučne slike koja nastaje u svesti slušaoca.

KRITERIJUMI

ZVUCNA SLIKA

ZVUCNO POLJE

FIZICKIPROSTOR SALE

AKUSTICKI DIZAJN ESTETSKI ZAHTEVI Slika 1 – Šematski prikaz procesa preslikavanja od fizičkog

prostora sale, preko zvučnog polja do zvučne slike. Prikazane su pozicije kriterijuma i akustičkog dizajna u tom lancu.

Akustički dizajn sala je ustanovljen preslikavanjem ″unazad″. Polazna tačka u tom procesu je skup estetskih zahteva u odnosu na zvučnu sliku koju prima slušalac. Oni se definišu u subjektivnom domenu percepcije muzike i prostora. Kriterijumi akustičkog dizajna postavljaju se u odnosu na fizičke osobine zvučnog polja sa kojim se zadovoljavaju prethodno utvrđeni estetski kriterijumi. Na kraju tog lanca preslikavanja ″unazad″ pojavljuje se akustički dizajn kao proces koji ima zadatak da definiše fizički prostor sale na način kojim će se zadovoljiti utvrđeni kriterijumi, odnosno još ranije utvrđeni estetski zahtevi.

U realizaciji akustičkog dizajna neke prostorije kriterijumi se utvrđuju kao skup zahteva koji se odnose na poželjne vrednosti raznih jednobrojnih parametara izvedenih iz njenog akustičkog odziva [1-9]. U tom skupu mogu se razdvojiti dve osnovne grupe. To su derivati monauralnog impulsnog odziva (takozvani monauralni kriterijumi), koji se definišu na impulsnom odzivu registrovanom jednim neusmerenim mikrofonom, i derivati binauralnih impulsnih odziva (binauralni kriterijumi), koji se izračunavaju upoređenjem dva impulsna odziva snimljena levim i desnim uvom veštačke glave ili nekim drugim prikladnim sistemom sa dva mikrofona. Iako u literaturi još ne postoji konsenzus oko toga koji fizički parametri, odnosno njihove poželjne vrednosti, čine potpun skup kriterijuma akustičkog dizajna prostorija, postoji relativno izdiferenciran stav o četiri osnovna, za koje je dokazano da su međusobno ortogonalni: nivo zvuka, kašnjenje prvih refleksija (početni vremenski džep), vreme reverberacije i interauralni kroskorelacioni koeficijent (IACC). Činjenica je da, osim ovih, postoje i drugi parametri čiji su značaj pojedini autori dokazivali i koji su razmatrani u literaturi [10-22]. Bez obzira na usvojeni koncept parametara na kojima se zasniva kriterijum, njihove poželjne vrednosti postavljaju se kao polazne pretpostavke koje bi trebalo ostvariti akustičkim dizajnom. Razlike koje postoje među stavovima raznih autora, prikazanih u literaturi, pokazuju da taj skup parametara još nije zatvoren i da je to još uvek predmet istraživanja. Neki od predloženih parametara otvaraju razna nova pitanja na koja još uvek nema preciznih i konačnih odgovora. Na primer, kašnjenje prvih refleksija kao kriterijum otvara pitanje poželjnih pravaca njihovog nailaska i trajanja vremenskog intervala u kome prve refleksije još uvek doprinose estetici zvučne slike. Dalje, kriterijum poželjne vrednosti vremena reverberacije opterećen je otvorenim pitanjem koji od mogućih postupaka izračunavanja ima najbolju korelaciju s estetskim doživljajem (T10, T20, T30, ETD, T160ms). Sve to čini da posao akustičkog dizajna često usput zahteva i rešavanje nekih teorijskih nedorečenosti čije razjašnjavanje nameću konkretne okolnosti projektovanog prostora. Zbog toga rad na akustičkom dizajnu koncertnih i operskih prostora u sebi neizostavno sadrži dozu istraživanja. Složenost kriterijuma za ocenu kvaliteta i njihove specifičnosti učinili su akustičko dizajniranje sala neuporedivo delikatnijim od dizajniranja prostorija drugih namena. Iz toga je proizišla i znatno veća odgovornost akustičkog konsultanta, pa je veoma ozbiljno pitanje tehnologije rada na akustičkom dizajnu. To su, pre svega, pitanja pouzdanosti primenjenih alata i ispravnosti procedura za predikciju zvučnog polja. Stoga je u ovom radu učinjen pokušaj da se na osnovu iskustva na poslovima akustičkog konsaltinga, stečenog u timu okupljenom oko Laboratorije za akustiku Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu, prikaže viđenje tehnologije projektovanja prostorija za muzička izvođenja. Komentarisane su osobine projektantskih alata utvrđene u praksi i izloženi su iskustveni zaključci o prednostima i zamkama koje donosi primena svakog od njih.

Zbornik radova 50. Konferencije za ETRAN, Beograd, 6-8. juna 2006, tom II Proc. 50th ETRAN Conference, Belgrade, June 6-8, 2006, Vol. II

400

Page 2: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

2. OPŠTA METODOLOGIJA PROJEKTOVANJA U dizajnu prostora za muzička izvođenja danas je na raspolaganju širok izbor alata i postupaka. Tome je doprinelo nekoliko relativno nezavisnih tokova razvoja. Prvo, danas postoji bogata istorija projektovanja: mnoštvo pisanih dokumenata o akustičkim rešenjima koncertnih i operskih sala širom sveta, prikazi rezultata objektivnih merenja u njima, a publikovane su i subjektivne ocene njihovog kvaliteta. Drugo, postoji obimna teorijska literatura o poželjnim fizičkim svojstvima zvučnog polja da bi se postigao odgovarajući estetski kvalitet zvučne slike. I najzad, razvoj tehnologije doneo je široku rasprostranjenost računarskih resursa čija je primena postala standard i u akustičkom dizajnu. Njihova primena je praćena razvojem komercijalnih softverskih paketa za razne specifične namene, pre svega za simulaciju zvučnog polja i za akustička merenja. Sve to veoma je unapredilo praksu akustičkih konsultanata, pa je ona danas značajno drugačija nego što je bila pre samo deceniju ili nešto više. Verovatno najinteresantnija pojava u domenu akustičkog dizajna prostorija jeste proliferacija softverskih paketa koji služe za simula- ciju zvučnog polja. Oni su uglavnom zasnovani na geometrijskom modelu (rej-trejsing, teorija likova ili neka njihova kombinacija). Elegantnost softverskih alata, bogatstvo varijeteta rezultata koje daju i njihovih prezentacija, a još sve to u opštoj atmosferi kompjuterizacije svih segmenata života, indukovali su stvaranje pogrešnog utiska ″nepodnošljive lakoće akustičkog projektovanja″. Štaviše, atraktivnost primene softverskih alata učinila je da mnogi steknu utisak o ″kraju istorije″ razvoja tehnologije projektovanja. Ipak, dosadašnja iskustva na praktičnim zadacima akustičkog dizajna prostorija za muzička izvođenja, sa svom složenošću polaznih kriterijuma kvaliteta koje bi trebalo ostvariti, pokazala su da istorija razvoja projektovanja ni izbliza nije ″došla svome kraju″. Šta više, pristup akustičkom projektovanju se samo dodatno zakomplikovao na jedan specifičan način. Čini se da su dva bitna razloga za to. Prvi je intenzivan razvoj teorije zvučnog polja u poslednjih dvadesetak godina, zahvaljujući primeni računara možda i najintenzivniji još od vremena Sabina. Taj razvoj je pokazao šta su još uvek ″bele″ oblasti ljudskog znanja u modelovanju zvučnog polja u prostorijama i u subjektivnom doživljaju estetike zvučne slike. Drugi razlog je razvoj računarskih alata u oblasti merenja i analize, koji je otvorio nove vidike o pojavama u zvučnom polju i pokazao stanovitu ograničenost teorijskih modela s kojima se akustički konsultanti po inerciji rutinski služe u projektovanju. Rezimirajući stanje kakvo je danas, može se reći da se u akustičkom projektovanju prostorija za ″živa″ muzička izvođenja danas pojavljuje nekoliko pristupa, odnosno alata, koje akustički konsultanti koriste. To su: - simulacija pomoću softverskih modela, - merenja na fizičkim modelima prostorija, - banka podataka o rezultatima merenja u realnim prostorima sličnih fizičkih karakteristika, - iskustvene procene. Svaki od ovih alata ima svoje specifičnosti. One se mogu manifestovati kao prednosti, kao ograničenja ili kao zamke. Zbog svega toga čini se da je danas maksimalno naglašena potreba za tradicionalnim kvalitetima akustičkih konsultanata, kao što su iskustvo, intuicija, slobodna procena i slično. Samo, sada su ti kvaliteti prevashodno potrebni da bi se izgradio pravilan odnos prema raznim alatima, to jest prema ograničenjima korišćenih algoritama i pri selekciji mnoštva numeričkih

podataka koji se unose u program ili generišu kao rezultat njihovog rada.

3. SIMULACIJA POMOĆU SOFTVERSKIH MODELA Kada je računar postao osnovna inženjerska alatka, to je neumitno dovelo do uvođenja raznih softverskih paketa u proces akustičkog dizajna prostorija. Platforma za algoritme koji se pri tome koriste je geometrijski model zvučnog polja, koji je maksimalno prilagođen mogućnostima numeričke analize. Njegova najvažnija osobina koja ga predodređuje za dizajn jeste mogućnost predikcije impulsnog odziva prostorije, a iza toga i mogućnost izračunavanja relevantnih parametara koji predstavljaju kriterijume akustičkog kvaliteta prostorija [23-47]. Na tržištu danas postoji čitav niz manje ili više složenih softverskih paketa napravljenih da služe kao alat u akustičkom dizajnu. Uz to, u literaturi postoje opisani rezultati takmičarskih upoređivanja komercijalnih softvera i njihovih dometa u predikciji akustičkih osobina koncertnih sala (mada je to uvek i takmičenje timova koji su tim programima obavili posao modelovanja) [48,49]. Iako je korišćenje specijalizovanih softverskih paketa postalo standard konsultantskog rada, u svakom pokušaju modelovanja neke prostorije postoje pitanja koja ne dobijaju definitivne odgovore, i na koje dizajneri u svakom novom poduhvatu moraju iznova da traže rešenja. Praksa je pokazala da se mogu izdvojiti četiri pitanja koja nemaju apsolutne odgovore i koja u projektovanju zahtevaju procene, odnosno lični stav akustičara: - granice u odnosu rej-trejsing simulacije i teorije likova pri računanju impulsnog odziva, - optimalni nivo preciznosti modelovanja unutrašnje geometrije prostorije, - procena veličine sketeringa i - procena vrednosti koeficijenta apsorpcije koje se dodeljuju pojedinim površinama u prostoriji. Vidi se da ova pitanja načelno dolaze iz dva domena. Prvi domen su polazne pretpostavke geometrijskog modela i ograničenja koja iz njih proizilaze u procesu modelovanja, a drugi domen su ulazni podaci o osobinama površina u prostoriji koji u praksi mogu imati stanovitu varijabilnost. Kao posledica svega toga, rezultate dobijene softverskom simulacijom nije moguće prihvatati kao potpuno tačne i konačne, i uvek je potreban napor da bi se izračunati rezultati koliko-toliko približili onome što bi bilo realnost. Drugim rečima, bez jasnog znanja o modalitetima njegovog korišćenja, sam softver nije alatka kojom se može izvršiti dovoljno tačna predikcija zvučnog polja, dobiti eksplicitna saznanja o kvalitetu zamišljenog akustičkog dizajna i tako zaključiti posao na akustičkom dizajnu neke sale. Iskustvo je pokazalo da softversko modelovanje ima veću upotrebnu vrednost u akustičkom dizajnu ako se, umesto traganja za globalnim rezultatom predikcije odziva projektovane prostorije, traže partikularni odgovori na pitanja u kom smeru eventualne planirane akustičke intervencije menjaju akustički odziv prostorije. U projektantskoj praksi se pokazalo da pažljvo smišljena ″pitanja″ i traženje odgovora na njih pomoću softverskog modela predstavlja najkorisniji oblik primene ove vrste projektantskog alata. 3.1 Pitanje granice između teorije likova i rej-trejsinga pri simulaciji polja U literaturi je pokazano da je za modelovanje prvih refleksija najpogodnija teorija likova, jer se u primeni rej-trejsing algoritma može dogoditi jedan od dva nepovoljna

401

Page 3: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

događaja. Prvi je da nijedan pušteni zrak ne pogodi neke površine koje bi u realnosti na mestu prijemnika dale neke prve refleksije, a drugi da, čak i kada površina od koje se javlja prva refleksija biva pogođena zrakom, energija tako reflektovanog zraka bude znatno manja od one koja bi bila u realnosti. Zbog toga se u komercijalnim softverskim paketima uobičajeno koristi hibridni pristup, pa se pri izračunavanju impulsnog odziva prostorije refleksije dobijene teorijom likova superponiraju sa impulsnim odzivom određenim rej-trejsing simulacijom.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50

1

rela

tivna

am

plitu

da

vreme (s)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50

1

rela

tivna

am

plitu

da

vreme (s)

Slika 2 – Primer izračunatih impulsnih odziva u jednoj sali bez uključivanja likova (gore) i sa likovima do četvrtog reda

za određivanje prvih refleksija (dole).

Međutim, uvođenje likova krije u sebi neke opasnosti koje unose greške ako se u tome ne nađe prava mera. Naime, teorija likova ne uzima u obzir veličinu refleksione površine. Izračunata refleksija će u svim okolnostima biti nezavisna od realnog energetskog udela refleksione ravni. Čak i kada je ravan veoma mala, algoritam će izračunati njenu refleksiju na mestu prijemnika. Potrebno je samo da ona ima odgovarajući geometrijski položaj u prostoru, bez obzira što u realnosti takva refleksija energetski možda ne bi bila značajna. U tom smislu, uzimanje likova višeg reda može povećati nerealnost početnog dela izračunatog impulsnog odziva jer se u njemu dobijaju reflektovane komponente relativno velikog intenziteta, koje bi u realnosti bile zanemarljive. Od onoga koji koristi program se očekuje da u svakom konkretnom slučaju proceni do kog reda su likovi svrsishodni u procesu određivanja impulsnog odziva. Da bi se praktično ilustrovao problem određivanja granice između primene likova i rej-trejsinga, na slici 2 je prikazan početni deo izračunatog impulsnog odziva u modelu jedne sale određen na dva načina. U gornjem delu

slike prikazan je odziv za čije izračunavanje nisu korišćeni likovi već samo rej-trejsing, a u donjem delu slike je odziv iste prostorije izračunat uz korišćenje likova do četvrtog reda. Jasno se vidi da se u ova dva slučaja razlikuje početni deo impulsnog odziva, odnosno struktura prvih refleksija, samo zbog razlika u postupku izračunavanja. Još jedna ilustracija značaja izbora granice u kombinovanju teorije likova i rej-trejsing simulacije prikazan je na slici 3. To su rezultati izračunavanja udela lateralne energije (LF) u istom modelu gde su dobijeni i odzivi sa slike 2. Vidi se da odluka o granici korišćenja likova pri simulaciji može proizvesti razlike koje su veće od 30%.

63 125 250 500 1000 2000 4000 80000.0

0.1

0.2

0.3

LF sa likovima LF bez likova

LF

frekvencija (HZ)

Slika 3 – Razlike u izračunatim vrednostima lateralne energije (LF) pomoću algoritma sa i bez likova.

Prema tome, jasno je da način na koji se primenjuje geometrijski model, odnosno način simulacije zvučnog polja, proizvodi razlike u dobijenim rezultatima. Izračunavanje impulsnog odziva bez primene likova po definiciji je manjkavo u domenu prvih refleksija, a korišćenje teorije likova za preciznije određivanje prvih refleksija zahteva nalaženje prave mere. Konačan odgovor, odnosno univerzalnu preporuku kako da se primene algoritmi, nije moguće dati. To zavisi od konkretnih okolnosti, odnosno od specifičnosti geometrije sale, a konačan je samo zaključak da postoji stepen neizvesnosti koga treba biti svestan pri modelovanju.

3.2 Pitanje optimalne preciznosti modelovanja unutrašnje geometrije

Prilikom izrade softverskog modela neke prostorije uvek se otvara pitanje preciznosti u prenošenju njenih geometrijski detalja iz realnosti u model. Prilikom izračunavanja komponenti odziva koje daju likovi pojava veoma malih površina u modelu može povećati rizik da se njihov značaj u odzivu predimenzioniše, i da prve refleksije budu nerealno velikog intenziteta. Arhitektonski crteži, koji predstavljaju polaznu osnovu za izradu softverskih modela, po pravilu imaju predstavljene sve detalje značajne za izvođenje enterijera, ali taj nivo detaljnosti nije relevantan u akustičkoj analizi. U takvim okolnostima veoma značajan korak u procesu modelovanju je procena stepena uprošćavanja koji se mora pri- meniti pri transformaciji arhitekture u geometriju akustičkog modela. Ova faza rada nema jasna pravila po kojima bi se to moglo izvesti, već je to pitanje procene u svakom konkretnom slučaju. Nivo optimalnog uprošćavanja veoma zavisi od koncepta geometrije prostora. Da bi se ilustrovao značaj pojednostavljivanja geometrije sale u akustičkom modelu, na

402

Page 4: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

slici 4 su prikazani rezultati izračunavanja impulsnog odziva u modelu jedne sale za dva slučaja složenosti geometrije graničnih površina. Gornja slika pokazuje odziv izračunat u modelu koji je veran odraz arhitek- tonskog crteža, a na donjoj slici je prikazan odziv u istoj sali izračunat nakon logičnih pojednostavljenja u prikazivanju geometrije površina. Efekat koji u realnosti nastaje na usitnjenim površinama, u modelu se modeluje adekvatnim vrednostima koeficijenta difuznosti refleksija površine koja ih objedinjuje. Sa slike se vidi da je veličina direktnog zvuka i najjačih reflesija u oba slučaja ista, ali je u ovom primeru mnoštvo malih površina u procesu geometrijskog modelovanja kao rezultat prouzrokovalo osiromašenje globalne strukture impulsnog odziva, što predstavlja udaljavanje od realnosti.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-1

0

1

rela

tivna

am

plitu

da

vreme (s)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-1

0

1

rela

tivna

am

plitu

da

vreme (s) Slika 4 – Ilustracija razlike predikcije impulsnog odziva u modelu sale sa različitim nivoom detaljnosti: gore – model

sa mnogo detalja; dole – pojednostavljeni model.

3.3 Pitanje procene vrednosti koeficijenta difuznosti refleksija na graničnim površinama

Modelovanje difuznih refleksija koje nastaju zbog reljefnosti površine ili usled difrakcije na ivicama u geometrijskoj teoriji se modeluje dodeljivanjem koeficijenta difuznosti refleksije (scattering coefficient). Ono što u procesu projektovanja ovaj aspekt čini posebno složenim je činjenica da u literaturi još uvek ne postoje precizniji podaci o koeficijentima difuznosti različitih površina. Šta više, u standardima se ova osobina refleksionih površina tretira i kvantifikuje na dva različita načina, pa i podaci koji se eventualno mogu naći mogu biti kvalitativno različiti [50-56]. Vrednost koeficijenta difuznosti refleksija značajno utiče na izračunati odziv prostorije. Zbog toga procena njegove vrednosti za površine u sali koja se modeluje predstavlja ozbiljno pitanje. Na slici 5 je prikazana jedna ilustracija značaja ove procene. U dve različite sale, uzete iz laboratorijske arhive, analiziran je uticaj promene difuznosti

refleksija na akustički odziv. Pomoću softverskog modela analizirana je vrednost vremena reverberacije (T30) u funkciji promene vrednosti koeficijenta difuznosti refleksija na zidovima i plafonu. Radi lakšeg upoređenja, dobijeni rezultat je u obe sale normalizovan na vrednost koja se dobija Ajringovim obrascem (vrednost 1 znači da je T30 izračunato simulacijom jednako vrednosti po Ajringu).

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

norm

aliz

ovan

o vr

eme

reve

rber

acije

koeficijent difuznosti refleksija Slika 5 – Primer analize uticaja koeficijenta difuznosti

refleksija na unutrašnjim površinama u dve geometrijski različite sale.

Dijagrami sa slike 5 pokazuju da dve posmatrane sale različito reaguju na promene difuznosti. U praksi bi to značilo da se u njima akustički odziv različito menja pri promeni reljefa na zidovima i plafonu. Jasno je da će se eventualna veća greška u proceni vrednosti koeficijenta difuznosti refleksija odraziti na izračunati odziv, što dalje može dovesti do pogrešnih zaključaka, a time možda i do nepotrebnih intervencija u enterijeru.

3.4 Pitanje procene vrednosti koeficijenta apsorpcije površina

Podaci o koeficijentima apsorpcije koji su na raspolaganju u literaturi (priručnici, atesti, prospektna dokumentacija) dobijeni su standardnom metodom merenja u reverberacionim komorama. To podrazumeva da je testirani uzorak bio izložen zvučnom polju za koje je prethodno učinjen napor da se dovoljno približi difuznom. Raspodela verovatnoće uglova incidencije zvučne energije koja poga-đa testirani uzorak odgovara okolnostima difuznog polja, pa i izme- rena statistička srednja vrednost koeficijenta apsorpcije predstavlja rezultat usrednjavanja koje nastaje u takvim okolnostima [57-60]. Međutim, u opštem slučaju koeficijent apsorpcije koji neka refleksiona površina u sali ispoljava zavistan je od upadnog ugla. Kao ilustracija ove pojave, na slici 6 je prikazan teorijski dijagram promene vrednosti koeficijenta apsorpcije debelog poroznog materijala u funkciji upadnog ugla zvučnog talasa. Vrednosti koja bi bila izmerena u reverberacionoj komori predstavlja srednju vrednost pri raspodeli verovatnoće uglova incidencije kakva je zastupljena u primenjenoj mernoj proceduri. Osim toga, izmerena vrednost sadrži i uticaj ivičnog efekta u meri koja odgovara površini relativno kompaktne pravougaone forme materijala kakva se uobičajeno postavlja u mernim komorama. U salama gde zbog auditorijuma (i otvora bine u operama) postoji izrazita neuniformnost rasporeda apsorpcije, pretpostavke za nastanak difuznog polja nisu ni izdaleka zadovoljene. Osim što u takvim prostorijama ne postoje uslovi za pouzdanu primenu

403

Page 5: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

statističkog modela, za proces njihovog projektovanja od posebnog je značaja i činjenica da oblici raspodele verovatnoće uglova incidencije nisu jednaki onima u reverberacionim komorama.

0 30 60 900.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

koef

icije

nt a

psor

pcije

ugao incidencije (o) Slika 6 – Teorijski dijagram zavisnosti od upadnog ugla vrednosti koeficijenta apsorpcije debelog sloja poroznog

materijala.

0 30 60 900

vero

atno

ca

ugao incidencije (o)

0 30 60 900

vero

atno

ca

ugao incidencije (o)

Slika 7 – Verovatnoća uglova incidencije u jednoj paralelopipednoj prostoriji: gore - kada je difuznost površina u

njoj minimalna; dole - kada je difuznost maksimalna (prema H.Kutrufu [68])

Raspodela verovatnoća ulova incidencije na nekoj površini u sali varira u zavisnosti od njenog položaja u odnosu na geometrijsku formu prostora i neposredno okruženje. U salama su sasvim moguće okolnosti u kojima efekat neke površine na zvučno polje pri pobudi sa bine zavisi od aposorpcije koju ona ispoljava pri relativno velikim

uglovima (kada dominira kosa incidencija), odnosno kada je verovatnoća normalne incidencije mala. Zbog toga će ispoljena vrednost njenog koeficijenta apsorpcije u opštem slučaju biti drugačija od one koja se dobija iz literature. Kao ilustracija ovog problema, na slici 7 su prikazane izračunate raspodele verovatnoća uglova incidencije u jednoj paralelopipednoj prostoriji za dva ekstremna slučaja difuznosti površina: kada u prostoriji nema difuznih refleksija i kada su sve refleksije potpuno difuzne. Jasno je da će površina koja ima ugaono zavistan koeficijent apsorpcije ispoljavati različitu vrednost koeficijenta apsorpcije u ova dva pokazana slučaja. Primer sa slike 7 nameće zaključak da vrednosti koeficijenata apsorpcije koje se unose u program za simulaciju zvučnog polja za pojedine površine moraju biti u izvesnoj meri korigovane u odnosu na vrednosti izmerene u reverberacionim komorama. Za neke karakteristične površine u salama, kao što je, na primer, površina auditorijuma ili površina portalnog otvora, postoje vrednosti procenjivane na osnovu merenja u realnim uslovima raznih sala. Međutim, nema preciznih uputstava o tome kako vršiti takve korekcije u opštem slučaju. Zato je u projektovanju neophodno vraćanje bazičnoj teoriji apsorpcije. Potrebno je procenjivati ili računati moguće oblike raspodela upadnih uglova zvuka za njenu poziciju u sali i mogući uticaj ivičnog efekta, i na osnovu toga uvoditi korekcije podataka o koeficijentu apsorpcije.

4. ISPITIVANJA U FIZIČKIM MODELIMA Predikcija zvučnog polja u prostorijama pomoću njihovih fizičkih modela, napravljenih u nekoj smanjenoj razmeri, predstavlja jednu od najstarijih metoda korišćenih u projektovanju. Još veoma davno su se u literaturi pojavili podaci o primeni jednostavnih fizičkih modela, kao što su dvodimenzionalni modeli sa vodom i talasima na površini i modeli sa svetlosnim izvorom i ogledalima kao refleksionim ravnima. U njima su se nekakve analize polja mogle obavljati jednostavnim posmatranjem, bez pomoći sofisticirane merne opreme i analize signala.

Slika 8 – Fizički model sale Narodnog pozorišta u Beogradu

napravljen u razmeri 1:10 (Laboratorija za akustiku ETF, 1989.).

U literaturi postoje zapisi da su fizički modeli korišćeni u projektovanju gotovo svih značajnijih sala izgrađenih tokom druge polovine dvadesetog veka. Korišćeni modeli su bili u razmerama od 1:10 do 1:50. Na slici 8 prikazana je unutrašnjost fizičkog modela sale Narodnog pozorišta u Beogradu, napravljenog u razmeri 1:10 u Laboratoriji za akustiku Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu. Taj model je

404

Page 6: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

korišćen tokom projektovanja u fazi rekonstrukcije zgrade ovog pozorišta krajem osamdesetih godina. Razvoj računara i pojava komercijalnih softverskih paketa za predikciju zvučnog polja pomoću geometrijskog modela stvorili su privid da je vreme fizičkih modela prošlo. Dve njihove značajne osobine bile su konfrontirane prividnoj jednostavnosti izrade i korišćenja softverskih modela: relativno visoka cena i dugačak vremenski rok potreban za fizičku izradu. Zbog toga se u periodu pred sam kraj dvadesetog veka fizičko modelovanje, sa retkim izuzetcima, uglavnom nije pominjalo u literaturi.

Slika 9– Izgled jedne projektovane sale (arhitektonski 3D model) sa označenim reljefnim detaljem iz zone spoja zida i plafona (gore) i fizički model istog detalja u razmeri 1:10

(dole).

Međutim, iskustvo na projektovanju pokazalo je da u enterijeru sala mogu postojati značajni uticaji na zvučno polje koji se, zbog teorijskih ograničenja pobrojanih u prethodnom poglavlju, ne mogu sagledati softverskim modelovanjem. To je ozbiljan nedostatak softverskih alata u okolnostima kada se postavljaju najviši zahtevi akustičkog dizajna, kao što je to u slučaju koncertnih i operskih sala. Zbog toga je jasno da vreme fizičkih modela ipak još nije prošlo, ali se otvara ozbiljno pitanje modusa njihovog korišćenja u procesu projektovanja. To je prevashodno pitanje njihovog uklapanja u realne vremenske rokove i finansijske gabarite, uobičajene kod nas danas kada se radi o projektovanju građevinskih objekata. Klasičan pristup izradi fizičkog modela projektovane sale i merenja u njemu značajno izlaze iz tih okvira. U projektantskoj praksi Laboratorije za akustiku, kao odgovor na takvo pitanje, učinjen je pokušaj da se nekako koriste kvaliteti fizičkih modela, a da se ipak takvo modelovanje prilagodi realnosti današnjeg projektovanja. Iz

toga je proizišla ideja da se ono koristi kao dopunska metoda softverskom modelovanju, a ne za predikciju odziva sale u celini, kao što je to ranije bilo uobičajeno. Osnova te ideje je da se kao predmet ispitivanja uzimaju samo pojedini detalji enterijera i delovi površina, a zadatak koji se postavlja je sagledavanje prirode difuznih refleksija koje se na njima javljaju, što je nemoguće u softverskom pristupu. Merenja na fizičkim modelima kao dopuna softverskim alatima vrši se standardnom mernom opremom za rad u smanjenim modelima, sa varničarom kao izvorom impulsne pobude i mernim mikrofonom kao prijemnikom. Za takva merenja dovoljno je raspolagati sa adekvatno velikom prostorijom, tako da se u vremenskom domenu u snimku može izvršiti izdvajanje relevantnih delova impulsnog odziva. U signalu impulsnog odziva izdvaja se refleksija od postavljenog modela, a odbacuju refleksije koje kasnije dolaze od zidova prostorije u kojoj se vrši merenje.

0.000 0.001 0.002 0.003-1

0

1

rela

tivna

am

plitu

da

vreme (s)

0.000 0.001 0.002 0.003-1

0

1

rela

tivna

am

plitu

da

vreme (s)

Slika 10 – Rezultat analize doprinosa difuzora na parcijalnom fizičkom modelu: gore - direktan impuls iz varničara, dole – isti impuls reflektovan od modela površine sa difuzorom (oba impulsa su normalizovani; vremenska osa je ostala u razmeri

1:10).

Na slici 9 prikazan je jedan primer takve upotrebe parcijalnih fizičkih modela. Predstavljen je izgled jedne projektovane sale (arhitektonska 3D simulacija) i fizički model detalja zida i plafona iz nje, napravljen u razmeri 1:10. Ispitivanje prirode refleksija vršeno je za slučaj ravnih zidova i zidova sa projektovanim reljefnim formama. Na slici 10 prikazani su primeri snimljenih signala za ova dva slučaja. Na gornjem dijagramu je pokazan snimljen direktan zvuk, to jest izgled pobudnog impulsa generisanog varničarem, a na donjem dijagramu je prikazan isti impuls registrovan nakon refleksije od modela površine sa ispitivanom reljefnom formom. Pri tumačenju odziva treba uzeti u obzir da je na slikama

405

Page 7: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

vremenska osa ostala kakva je u smanjenom modelu. U realnosti bi ona bila razvučena sa faktorom 10. Smisao ovakvog merenja je da se iz registrovanog odziva ispitivane površine sagleda efekat projektovanog difuzora. Sa slike se vidi da je on u odzivu površine prouzrokovao razvlačenje reflektovane energije u vremenu. Ta pojava je manifestacija povećavanja ukupnog udela difuzne refleksije od analizirane reljefne površine. U prikazanom primeru projektantska razrada detalja difuzora podrazumevala je variranje njegove forme da bi se dobilo što veće razvlačenje impulsa u vremenu. Ispitivanje na modelu omogućilo je sagledavanje efekta planiranih formi i izbor najefikasnijeg oblika površine.

5 BAZA PODATAKA O MERENJIMA U REALNIM PROSTORIMA Najkompleksniji uvid u svojstva zvučnog polja ostvaruje se merenjima u realnim salama. Nijedan matematički model, odnosno softverski paket namenjen simulaciji, ali ni merenja u fizičkim modelima, ne mogu dati podatke sa kompleksnošću i pouzdanošću koju daje neposredno merenje u realnim prostorijama. Takva merenja se baziraju na mogućnostima koje nudi savremena tehnologija određivanja impulsnih odziva prenosnih sistema (MLS, sweep), u kombinaciji sa odgovarajućim neusmerenim zvučnim izvorom i mernim mikrofonom kao prijemnikom, koji može biti jedan neusmereni (monauralno merenje), veštačka glava (binauralno merenje) ili neka kombinacija više mikrofona odgovarajućih karakteristika (na primer, sa dvokružnom karakteristikom usmerenosti kao što je to pri merenju LF). Posebno je značajno što se rezultati merenja u realnim prostorima mogu odmah integrisati sa subjektivnim ocenama akustičkog kvaliteta dobijenim na licu mesta, čime se dobija zaokružena slika o analiziranoj sali. Zbog kompleksnosti podataka koje pružaju, u svakom procesu akustičkog projektovanja veoma je značajno raspolagati sa što većim brojem raznih mernih podataka o odzivima realnih sala i zaključcima koji iz njih proizilaze. Oni daju pouzdane informacije koje, pod određenim okolnostima, mogu poslužiti kao osnova za zaključivanje u procesu dizajna novih prostora. Pozitivna iskustva iz dosadašnje prakse Laboratorije za akustiku pokazuju da se na spisak alata akustičkog dizajna sala za muzička izvođenja mora uvrstiti i baza podataka sa rezultatima merenja i analize postojećih sala. Što je ta banka podataka veća, to je veća i mogućnost da će neka od analiziranih sala u arhivi biti po veličini, geometrijskim atributima ili makar u detaljima dovoljno slična prostoriji koja je predmet projektovanja. Izmereni podaci tada predstavljaju najvažnije elemente za procenu akustičkog odziva buduće sale, jer su pouzdaniji od podataka dobijenih u modelima. Postupci modelovanja, uvek bremeniti raznim ograničenjima, tada se koriste samo za ocenu uticaja koji će imati razlike između sale sa čijim izmerenim podacima se raspolaže i projektovanog prostora. U danas već obimnoj akustičkoj literaturi postoje informacije o brojnim salama koje su analizirane merenjima i subjektivnim ocenjivanjem. Ipak, broj mogućih varijeteta u geometrijskim i enterijerskim karakteristikama sala za muzička izvođenja daleko prevazilazi skup podataka koji se mogu naći u literaturi. Tome najviše doprinosi razvoj arhitekture i estetike enterijera, koji nameću stalno traganje

za novim formama i izgledima, pa podaci o raznim merenjima iz literature uglavnom ne sadrže dovoljno upotrebljivih podataka o svim aspektima koji se mogu pojaviti u procedu dizajna. U takvim okolnostima popunjavanje baze podataka o rezultatima merenja i ocenjivanja u svim dostupnim prostorima predstavlja permanentan zadatak akustičkog konsultanta. Može se reći da merenja u salama koja izvode akustički konsultanti radi popunjavanja sopstvene baze podataka imaju dva važna aspekta. Prvo, merenja prestavljaju najbolju školu u kojoj se uči akustički dizajn, jer se tom prilikom integrišu i međusobno korelišu merni podaci, neposredan uvid u detalje enterijera i subjektivni utisak. Drugo, postiže se primarni cilj, popunjava se sopstvena baza podataka koja će biti osnova za neki budući dizajn.

6. ISKUSTVENE PROCENE I PAUŠALNI STAVOVI U literaturi se navodi da je Čarls Garnije (Charles Garnier), projektant poznate opere ″Garnier″ u Parizu, u svojoj knjizi "The Grand Opera in Paris" opisao kako je uporno tražio skrivene faktore dobre akustike. Zaključio je da se ipak treba uzdati i u sreću. Iskustvo sa mogućim varijetetima sala koje su subjektivno dobre navelo ga je na duhovit zaključak da "prostorija koja dobro zvuči mora da bude ili dugačka ili široka, visoka ili niska, od drveta ili kamena, okrugla ili kvadratna". Tako je definisao svoj zaključak da u akustičkom dizajnu prostorija za muzička izvođenja postoji više stepena slobode, to jest da su moguće razne varijacije fizičkih osobina prostorije a da njen akustički odziv bude estetski prihvatljiv slušaocu. Dakle, postoje izvesni aspekti u procesu akustičkog dizajna enterijera prostorija za muzička izvođenja, prevashodno u početnoj fazi formiranja koncepta od kojeg se dalje razrađuje izgled enterijera, koji se ne mogu rešavati egzaktnim inženjerskim postupcima. Postoje različita praktična ograničenja koja nameće objekat, koja proizilaze iz jakih želja arhitekte koji je autor objekta u celini, ili se iz nekih drugih razloga nametnu na putu do konačnog dizajnerskog rešenja. Jedini oslonac koji konsultant može imati u rešavanju takvih pitanja je prethodno iskustvo na osnovu koga se sa poželjnom pouzdanošću mogu definisati paušalni stavovi koji služe kao polazna osnova za dalji rad na dizajnu. Jedno od takvih specifičnih pitanja u procesu dizajna sale je određivanje njenih globalnih geometrijskih proporcija. Taj aspekt dizajna ne podleže strogim formulama, niti je moguće naći pouzdane smernice. Kao ilustracija, na slici 11 su prikazani rezultati analize odnosa karakterističnih dimenzija nekih operskih sala u svetu u funkciji ocene njihovog subjektivnog kvaliteta. Na dijagramima su predstavljeni odnosi dužine i visine sale u odnosu na njenu širinu. Vidi se da najbolje postojeće operske sale, koje su u subjektivnom ocenjivanjima akustičkog kvaliteta razvrstane u opsegu najviših ocena, između 4 i 5, imaju vrlo širok raspon geometrijskih proporcija. S tim saznanjem početak projektovanja sale i određivanje njenih geometrijskih globalnih dimenzija očigledno ima više stepena slobode. Utvrđivanje polaznih geometrijskih konstanti i nalaženje ostalih enterijerskih rešenja u usvojenim proporcijama može se izvršiti samo paušalno, odnosno kao rezultat prethodnog iskustva na sličnim objektima.

406

Page 8: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

Još jedan primer aspekta dizajna sale koji se u početnoj fazi mora rešavati kroz paušalne stavove na osnovu iskustva jeste oblikovanje mikrogeometrije, odnosno difuznosti enterijerskih površina. U literaturi je prikazana jedna moguća metodologija vizuelne procene difuznosti unutrašnjih površina. Ona vodi ka svođenju ocene stanja geometrije na jednobrojni parametar koji se naziva ″Indeks difuznosti površina″ IDP (engleski: SDI – Surface Diffusivity Index). On se vrednuje na skali od 0 do 1, gde jedinica označava maksimalnu realno potrebnu difuznost, a nula okolnost kada su sve unutrašnje površine prostorije ravne.

0 1 2 3 4 50.0

0.5

1.0

1.5

visi

na /

širin

a

ocena kvaliteta sale

0 1 2 3 4 50.0

0.5

1.0

1.5

2.0

duži

na /

širin

a

ocena kvaliteta sale

Slika 11 – Proporcije poznatijih operskih sala u funkciji njihove ocene kvaliteta: odnos visine i širine sale (gore) i

odnos dužine i širine (dole)

0 5 10 15 20 25 300.0

0.5

1.0

inde

ks d

ifuzn

osti

povr

šina

31 sala u opadajucem redu po subjektivnom kvalitetu Slika 12 – Dijagram vrednosti IDP za 31 salu koje su na

dijagramu poređane po opadajućim vrednostima subjektivnih ocena akustičkog kvaliteta. Provučena je procena srednje

vrednosti ocena.

Na slici 12 prikazan je dijagram koji pokazuje korelaciju između vrednosti IDP i subjektivne ocene akustičkog kvaliteta sale (prema Beraneku [2]). Vidi se da pet najbolje ocenjenih koncertnih sala imaju IDP = 1, kao i da postoji prepoznatljiv trend opadanja IDP sa opadanjem subjektivne ocene kvaliteta. U literaturi je pokazano da su najmanje vrednosti IDP zabeležene u salama koje imaju najlošiju subjektivnu ocenu akustičkog kvaliteta. U takvim okolnostima u dizajnu sala postoji korak u kome se moraju načelno definisati difuzne forme koje će biti primenjene, kao i njihov globalni raspored u prostoru. Pri tome je to zadatak koji se mora realizovati zajednički sa arhitektom odgovornim za estetiku enterijera. Samo po sebi je jasno da nikakav matematički alat ne postoji koji bi pri tome mogao da se koristi. Jedini oslonac u tom procesu prosuđivanju i odlu;ivanja je nekakvo prethodno iskustvo. Mada je često korisna i intuicija, iako ne predstavlja egzaktnu kategoriju inženjerskog rada. Iz ova dva opisana primera očigledno je da se u spisak alata kojim se u procesu dizajna sala služe akustički konsultanti mora uvrstiti i iskustvo (što je osnov za intuiciju), iz koga se izvode sve neophodne paušalne procene i polazni stavovi. Putevi razmišljanja u fazi dizajna neke sale uglavnom počinju od toga, pa se tek u kasnijoj fazi može preći na nekakve egzaktne postupke i procedure. Neophodno iskustvo u akustičkom dizajnu može biti formirano na tri načina: - neposrednim slušanjem u raznim salama i zaključivanjem na osnovu vizuelne analize njihovog enterijera, subjektive procene kaliteta zvučne slike i informacija iz građevinske dokumentacije, - iz literature na osnovu publikovanih iskustava i komentara drugih konsultanata i - merenjem u postojećim dostupnim salama i korelisanjem rezultata sa subjektivnim utiscima. Naravno, integrisanje sva tri puta u sticanju iskustva daje najkompleksniju osnovu za usmešan rad akustičkog konsultanta.

7. ZAKLJUČAK Nesumnjivo je da akustički dizajn prostorija za muzička izvođenja, što znači koncertnih i operskih sala, predstavlja najsloženiji oblik akustičkog angažovanja. Zbog toga je jasno da u tom domenu ne može biti lakih rešenja, niti brzih i jednostavnih postupaka. Dosadašnja iskustva u projektovanju, akumulirana kroz generacije u Laboratoriji za akustiku Elektrotehničkog fakulteta, dovela su do zaključka da samo adekvatna kombinacija sva četiri opisana projektantska alata omogućava dovoljno kvalitetna rešenja i pruža pouzdanost predviđanja akustičkog kvaliteta prostorije koja može biti prihvatljiva u praksi.

Činjenica je takođe da se projektovanje prostorija za muzička izvođenja pojavljuje veoma retko kao zadatak akustičkog konsultanta. Broj građevinskih objekata u kojima postoje takve prostorije, koncertne i operske sale, veoma je mali. Zbog toga u sredini kakva je naša to predstavlja zadatak za koji se tim konsultanata mora dugo da okuplja, priprema i oprema, a samo retko da tu svoju spremljenost javno demonstrira.

407

Page 9: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

7. LITERATURA

[1] ISO 3382: ″Acoustics – Measurement of the

reverberation time of rooms with reference to other acoustical parameters″

[2] L.Beranek, ″Concert halls and opera houses – music, acoustics and architecture″, Springer-Verlag, Njujork, 1996.

[3] Y.Ando, ″Concert Hall Acoustics″ Springer-Verglag, Berlin, 1985.

[4] M.Barron, ″Auditorium Acoustics and Arhitectural design″, E&FN SPON, London, 1993.

[5] V.L.Jordan, ″A group of subjective acoustical criteria for concert halls″, Applied Acoustics, 253-266

[6] V.L.Jordan ″Acoustical design of concert Halls and Theatres″, Applied science publishers, London, 1980.

[7] H.Kuttruff, ″Room Acoustics″, Elsevier Science, London, 1991.

[8] T.Taguti, Y.Ando, ″Music and concert hall Acoustics″ (editors: Y Ando and D. Noson), Academic press, London, 1997.

[9] Y.Ando, ″Architectural Acoustics: Blending Sound sources sound fields and listeners″, AIP press/Springer Verlag, New York, 1998.

[10] R.Mackenzie, ″Auditorium acoustics″, Applied science Publishers, London, 1975.

[11] M.Barron, ˝Interpretation of early decay time times in concert auditoria˝, Acustica,Vol 81 (1995) 320-331

[12] T.Cox, J.Davies, Y.Lam, ″The sensitivity of listeners to early sound field changes in auditoria″, Acustica, Vol 79 (1993) 27-41

[13] M.Barron, L.Lee, ″Energy relations in concert auditoriums I″, JASA, Vol 84 (1988) 618-628

[14] D.Ouis, ″ Study on the realtionship between some room acoustical descriptors″, JAES, Vol 51 (2003) 518-533

[15] Barron M., ″The subjective effects of first reflections in concert halls - The need for lateral reflections″, Journal of sound and vibrations, Vol 15 (1971) 475-494

[16] M.Barron, ″Impulse testing technique for auditoria″, Applied Acoustics, Vol 17 (1984), 165-181

[17] D.Baxa, ″The use of quantitative criteria for the optimum design of concert halls″, JASA, Vol 67 (1980) 2045-2054

[18] D.Griesinger, ″The psyhoacoustics of apparent source with, spacousness and envelopment in performance space″, Acustica-Acta Acustica, Vol. 83 (1997) 721-731

[19] H.Kurtović, ″Povezanost nekih subjektivnih i objektivnih parametara u akustici prostorija″, Nauka tehnika bezbednost (2001) 189-197

[20] L.G.Marshall, ″An acoustics measurement program for evaluating auditoriums based on the early/late sound energy ratio″, JASA, Vol. 96 (1994) 2251-2261

[21] Y.Ando, Y.Kurihara, ″Nonlinear response in evaluating the subjective diffuseness of sound fields″,JASA, Vol 80 (1986) 833-836

[22] S.R.Bistafa, J.S.Bradley, ″Predicting reverberation times in a simulated classroom″, JASA, Vol 108 1721-1731

[23] B.Dalenback, K.Kleiner, P.Svensson, ″A macroscopic view of diffuse reflection″, JAES, Vol 42 (1994) 793-807

[24] R.T.Rendell, ″Computation of edge diffraction for more accurate room acoustics auralization″, Joint 140th Meeting ASA/NOISE-CON 2000, JASA Vol. 108 (2000) No. 5, Pt. 2

[25] B.Dalenback, ″Room acoustic prediction based on a unified treatment of diffuse and specular reflection″, JASA, Vol 102 (1996) 899-909

[26] J.A.S.Angus, ″The effects of specular versus diffuse reflections on the frequency response at the listener″, JAES, Vol 49 (2001) 125-133

[27] Y.H.Kim, S.T.Ahn, ″A reverberation model based on objective parameters of subjective perception″, JAES, Vol. 49 (2001) 786-794

[28] I.Drumm, Y.Lam, ″The adaptive beam-tracing algorithm″, JASA, Vol 107, 1405-1412

[29] J.Rindel, ″The use of computer modeling in room acoustics″, Journal of Vibroengineering, Vol 3 (2000) 219-224

[30] J.Rindel, ″Computer simulation techiques for acoustical design of rooms-how to treat reflections in sound field simulation″, ASVA 97, Tokyo (1997) Proceedings, 201-208

[31] J.Rindel, ″Modeling in auditorium acoustics. from ripple tank and scale models to computer simulations″, Revista de Acustica, Vol XXXIII (3), 31-35

[32] J.Rindel, Lynge Chistensen C., ″Room acoustic simulation and auralization - how close we gwt to the real room″, WESPAC8, Melbourne (2003)

[33] H.Kuttruff, ″Auralization of impulse response modeled on the basis of ray tracing results″, JAES, Vol 41 (1993) 876-880

[34] H.Kuttruff, ″A simple iteration scheme for the computation of decay constants in encolsure with diffusely reflecting boundaries″, JASA, Vol 98 (1995) 288-293

[35] H.Lehnert, ″Systematic errors of the ray tracing algorithm″, Appled Acoustics, Vol 38 (1993) 207-221

[36] E.Gilbert, ″Ray statistics in reverberation″, JASA Vol 83 (1988) 1804-1808

[37] Lam Y. W. ″A comparison of three diffuse reflection modeling methods used in room acoustics computer models″, JASA Vol 100 (4), 1996, 2181-2192

[38] M.Howarth, Y.Lam, ″An assessment of the accuracy of a hybrid room acoustics model with surface diffusion facility″, Applied Acoustics, Vol 60 (2000) 237-251

[39] G.Naylor, J.H.Rindel, ″Predicting room acoustical behaviour with the ODEON computer model″, 124th ASA meeting (1992)

[40] G.Naylor,″Treatment of early and late reflections in a hybrid computer model for room acoustics″, JASA, Vol 92 (1992) 2345

[41] G.Naylor, ″ODEON - another hybrid room acoustical model″, Applied Acoustics, Vol 38 (1993) 131-143

[42] A.L.Bot, A.Bocquillet, ″Comparison of an integral equation on energy and ray-tracing technique in room acoustics″, JASA, Vol 108 (2000) 1732-1740

[43] M.Vorlander, ″Simulation of the transient and stady-state sound propagation in rooms using a new combined ray-tracin/image source algorithm″, JASA, Vol 86, (1989) 172-178

408

Page 10: TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA …R)AN_1… · TEHNOLOGIJA AKUSTIČKOG DIZAJNA PROSTORIJA ZA MUZIČKA IZVOĐENJA – ISKUSTVA LABORATORIJE ZA AKUSTIKU ETF (RAD POSVEĆEN

[44] M.Vorlander, ″Room acoustical simulation algorith based on the free path distribution″, Journal of Sound and Vibration, (2000), 129-137

[45] J.Polack, ″Palying billiards in the concert hall: The mathematical foundation of geometrical room acoustics″, Applied Acoustics, Vol 38 (1993) 235-244

[46] C.Haan, F.Fricke, ″An evaluation of the importance of surface diffusivity in concert halls″, Vol 51 (1997) 53-69 (abstract)

[47] K.Hakagawa, T.Miyajima, Y.Tahara, ″An improved geometrical sound field analysis in rooms using scattered sound and an audible room acoustic simulator″, Applied Acoustics, Vol 38 (1993) 115-129

[48] J.Rindel, H.Shiokawa, C.Cristenesen, A.Gade, ″Comparison between computer Simulatons of Room Acoustical Parameters and those measured in Concert Halls″, Forum Acusticum, Berlin, 1999, Acta Acustica, S247, Vol 85, suppl. 1

[49] M.Vorlander, ″International Round Robin on room acoustical computer simulatons″, 15th ICA, 1995.

[50] M.Carol, R.Miles, ″Steady-state sound in an enclosure with diffusely reflecting boundary″, JASA, Vol 65 (1978) 1424-1428

[51] S.Chiles, M.Barron, ″Sound level distribution and scatter in proportionate spaces″, JASA, Vol 116 (2004) 1585-1595

[52] P.D'Antonio, J.Konnert, ″The Directional Scattering Coefficient: Experimental Determination″, JAES, Vol 40 (1992) 997-1017

[53] Lam Y. W., ″The dependance of diffusion parametrs in a room acoustics prediction model on auditorium sites and shapes″, JASA, Vol 100(4), October 1996, 2193-2203

[54] E.Mommertz, M.Vorlander, ″Measurement of scattering coeficients of surfaces in the reverberation chamber and in the free field″, Proceedings of 15th ICA, Trondheim (1995) 577-580

[55] J.Rathsam, L.Wang,″Sensiitivity of room acoustics parameters to changes in scattering coefficients″, 75th Aniversary ASA Meeting (2004)

[56] M.Vorlander, J.Embrechts, L.Geetere, G.Vermeir, M.Gomes., ″Case studies in measurement of random incidence scattering coefficients″, Acta Acustica, Vol 90 (2004) 858-867

[57] G.Benedetto, R.Spagnolo, ″Reverberation time in enclosure: the surface reflection law and the dependance of the apsorption coeficient on the angle of incidence″, JASA, Vol 77 (1985) 1447-1451

[58] G.Benedetto, R.Spagnolo, ″Statistical distribution of free pathlengths in the acoustics of enclosures″, JASA, Vol 75 (1984) 1519-1521

[59] L.Beranek, T.Hidaka, ˝Sound absorption in concert halls by seats, accupied and unoccupied, and by the hall΄s interior surfaces˝, JASA, Vol 104 (1998) 3169-3177

[60] E.Gilbert, ˝Reverberation in spherical rooms with nonuniform absorption˝, Acustica, Vol 66 (1988) 277-280

[61] J.S.Bradley, ″Some effects of orchestar shells″, JASA, Vol 100 (1996) 889-898

[62] L.Cremer, H.Muller, ″Principles and Application of room acoustics, Vol.1″ Applied Science Publisher, Njujork, 1982,

[63] A.Farina, A.Cocchi, M.Garai, G.Semprini, ″Old churches as concert halls: a non-sabinian aproach to optimum design of acoustic correction″, ICA 14, Beijing, 1992.

[64] A.Gade, ″The influence of architectural design on the acoustics of concert halls″, Applied Acoustics, Vol 31 (1990) 207-214

[65] Hodgson, ″When is diffuse-field theory applicable″, Applied Acoustics, Vol 49 (1996) 197-200

[66] P.Janaček, ″Sound propagation in media with scattering objects″, Acustica, Vol. 59 (1986) 285-287

[67] H.Kurtović, ″Osnovi tehničke akustike″, Naučna knjiga, Beograd, 1990.

[68] H.Kuttruff, ″Sound decay in reverberation chambers with diffusing elements″, JASA, Vol 69 (1981) 1716-1723

[69] A.Marshall, ″A note on the importance of room cross section in concert halls″, JSV Vol 5 (1967) 100-112

[70] M.Mehta, K.Mulholland, ″Effect of non-uniform distribution of absorption on reverberation time″, JSV Vol 46 (1976) 209-224

[71] M.Mijić, ″Akustika u arhitekturi″, Nauka, Beograd, 2001. [72] M.Schroeder, ″Binaural dissimilarity and optimum

ceiling for concert halls: more lateral sound diffusion″, JASA Vol 65 (1979) 958-963

[73] Schroeder M.R., ″The ″Schroeder frequency″ revisited″, JASA, Vol 99 (1996) 3240-3241

[74] S.Strorm, ″The influence of room shape on the sound energy distribution in large concert halls″, 11.ICA, Paris (1983) 65-69

[75] Y.Toyota, K.Oguchi, M.Nagata, ″A study on room shape of concert hall″, 120th ASA Meeting, 1990, San Diego,

[76] M.Vorlander,″Revised relation between the sound power and the average sound pressure level in rooms and consequences for acoustic measurements″, Acustica, Vol 81 (1995), 332-342

[77] K.Yamaguchi, F.Kawakami, ″Space ensemble average of reverberation decay curve″, JASA, Vol.70 (1981) 1071-1082 J.Blauert, ″Spatial hearing″, MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1983.

[78] D.Šumarac-Pavlović, M.Mijić, ″Distribution of free path length as an indicator of the room shape and diffusion of reflections″, Forum acusticum, Budimpešta, 2005.

Abstract – Design of rooms for live music performances, concert and opera halls, is the most sophisticated enterprise in acoustic consulting. In the Acoustics laboratory, Faculty of Electrical Engineering in Belgrade, experience of several decades long in that field is accumulated, started with work of Mr. Husnija Kurtovic. This paper is an attempt to show design technology of such specific spaces. Designer’s tools necessary for this job and their characteristics, tested in designers practice, are discussed. Also some experience concerned with their advantages and pitfalls are shown. ACOUSTIC DESIGN TECHNOLOGY OF ROOM FOR

LIVE MUSIC– EXPERIENCE OF ETF ACOUSTICS LABORATORY

(Paper dedicated to Husnija Kurtović for his 80 years jubilee)

Miomir Mijić, Dragana Šumarac Pavlović

409