D.73
De (on)mogelijkheden van variabele akoestiek

Samenvatting variabele akoestiek

• Variabele akoestiek is nodig als de akoestiek van een ruimte moet worden aangepast aan de functie.

• Dat kan op elk schaalniveau, van huiskamer tot grote concert/theaterzaal.

• De maatregelen lopen van schuivende gordijnen tot volumevergroting met schuivende wanden en plafonds in grote zalen.

• Merkwaardigerwijs komt in de praktijk de grootschalige oplossingen vaker voor dan de kleinschalige. Wellicht komt dat omdat vakkennis wordt vereist voor de aanpassing van de akoestische eigenschappen.

• Met elektronische galmsystemen kan de nagalmtijd worden verlengd.

• Als de nagalmtijd van zo’n systeem te lang wordt gekozen in relatie tot het zaalvolume wordt het systeem te luid. Een gymzaal is niet in een kathedraal om te toveren.

• Met elektronica lukt het wel om een sterk gedempte spreekzaal te laten klinken als een muziekzaal met hetzelfde volume.

• Andersom kan een muziekzaal klinken als een spreekzaal door veel absorptie toe te voegen en die gelijk te laten dienen als volumeverkleining.

• Aparte zalen voor spraak, muziek en opera blijven te verkiezen. De multi-purposezaal is een compromis, al kan de hedendaagse akoestiek een eind in de goede richting komen.

 

1.    Variabele akoestiek, wat kan er wel, wat kan er niet?

In een ruimte kan de akoestiek worden gevarieerd. Er kan dan naar bevind van zaken absorptiemateriaal worden toegevoegd of verwijderd, bijvoorbeeld door panelen te draaien of met gordijnen te schuiven. Dat gebeurt in de praktijk merkwaardig weinig. Het zou bijvoorbeeld menig restaurant opknappen als de hoeveelheid absorberend materiaal zou worden opgevoerd indien er meer aanwezigen zijn; zoals men ook de ventilatie wat hoger draait als het drukker wordt. Er zijn ons helaas geen praktijkvoorbeelden bekend.

In sommige zalen zijn wel degelijk variabele voorzieningen, maar niemand durft de beslissing te nemen om een andere instelling te gebruiken en dus gebeurt er niets. Het gaat dus niet alleen om de eigenlijke voorzieningen maar ook om het beheer. Daarom ziet men variabele akoestiek vooral in studio’s en concertzalen waar het beheer wordt gedaan door mensen met geoefende oren.

Anderzijds zullen we zien dat de marges smal zijn. Het zou natuurlijk prachtig zijn als de akoestiek in een ruimte geheel instelbaar was. Met name in middelgrote gemeenten kan dan in één zaal zowel toneel als muziek worden aangeboden. Maar de moeilijkheden zijn groot, zo niet onoplosbaar, en juist daarom kennen de grotere gemeenten in ons land een aparte schouwburg en een aparte muziekzaal.

 

Variabele akoestiek kan ook worden uitgevoerd met elektronische hulpmiddelen, meestal aangeduid met "kunstgalm". Daarmee zijn goede resultaten te boeken, maar er mogen geen wonderen van worden verwacht. Het is simpelweg niet mogelijk om de akoestiek van het concertgebouw na te bootsen in een gymzaaltje. Het is de bedoeling van de huidige webpagina om uit te leggen wanneer variabele akoestiek wél en wanneer niét kan werken. Deze pagina geeft dus enerzijds restricties, maar probeert anderzijds een lans te breken voor variabele akoestiek waar dat wel kan. Het is een lastig vak, maar er heerst ook wel koudwatervrees en vooringenomenheid. Het is bijvoorbeeld merkwaardig dat vrijwel alle Bouwkundestudenten, dus jongeren die zijn opgegroeid met techniek, weerzin uiten tegen de suggestie om sommige akoestische problemen met elektronische middelen aan te vatten.

 

2.    De basistheorie

2.1    Nagalmtijd én geluidsterkte om een zaal te karakteriseren

Als we willen begrijpen wat er gebeurt bij variabele akoestiek is het onontkoombaar om wat theorie te behandelen. Dat gebeurt in redelijk detail in de webpagina’s B.1 en B.6 plus de daaronder liggende webpagina’s. In de huidige webpagina proberen we die kennis uit te diepen.

Iedere ruimte heeft een uitklinkcurve, zoals gegeven in figuur 1 [[1]]. De curve geldt als een continue bron wordt uitgeschakeld op het tijdstip t = 0. De curve hangt af van de plaats in de zaal, voorin horen we nog wat direct, maar ergens in het midden van de zaal is het direct heel zwak en bereikt alle geluidenergie onze oren via reflecties tegen de wanden. Figuur 1 geeft de curve op een plaats waar de sterkte van het directe geluid verwaarloosbaar is. In een normale muziekzaal geldt dat voor minstens twee-derde van de plaatsen.

Figuur 1:  De theoretische nagalmcurve in een ruimte van 16×12×6 m³. De gemiddelde absorptiecoëfficiënt = 16%. De mikrofoon staat op 6.4 m van de bron. De bron levert een vermogen dat ruwweg gelijk is aan een spreker voor een zaaltje: L_w = 70. De nagalmtijd RT = 1.6 s over 60 dB; dat is hier dus niet helemaal te zien, De geluidsterkte voor een continue bron geldt voor t < 0, en is gelijk aan 54.6 dB.

 

Er zijn twee grootheden die de curve bepalen. De startwaarde (in de figuur gelijk aan 54.6 dB) bepaalt het geluidniveau dat heerste voordat de bron werd uitgeschakeld. Vervolgens horen we de curve uitklinken en de helling geeft de nagalmtijd, hier gelijk aan 1.6 s. In de akoestische literatuur gaat het in 99% van de gevallen over de nagalmtijd, het geluidniveau is het stiefkind, maar juist als het gaat om variabele akoestiek is het geluidniveau even belangrijk als de nagalmtijd. We zullen dat in het verloop van deze webpagina aantonen.

Er is overigens wel een reden voor de stiefmoederlijke behandeling van het geluidniveau. De nagalmtijd is veel simpeler te meten; de waarde is min of meer onafhankelijk van de geluidsterkte van de bron, dus als de volumeregeling van de bron wordt opgedraaid vinden we toch dezelfde nagalmtijd. Het geluidniveau daarentegen is wel afhankelijk van de bronsterkte.

In de figuur staat het geluidniveau dat wordt gevonden als een bron wordt gebruikt die ongeveer een spreker voor een zaaltje representeert. Maar als we het geluidniveau van een trompet op volle kracht willen representeren komt er nog eens 40 à 50 dB bij. Het lijkt dus alsof de nagalmtijd een eigenschap van de ruimte is en het geluidniveau niet. Maar dat is schijn. Als we in verschillende zalen of bij verschillende absorptiecoëfficiënten meten met telkens dezelfde bronsterkte, zeggen de geluidniveaus wel degelijk iets over de zalen. De akoestische wereld hanteert daartoe de "geluidsterkte G" om het vermogen van de bron eruit te werken en er een zaaleigenschap van te maken. Het belang van de grootheid kan nauwelijks worden overschat.

Hier wordt niet ingegaan op de ins en outs van G, in webpagina B.10.3 wordt dieper in de theorie gedoken. Er wordt in figuur 2 wel een vertaling gegeven van het geluidniveau naar de geluidsterkte G. De verticale as in figuur blijft vervolgens gelijk, ongeacht of er in de ruimte iemand spreekt dan wel trompet speelt. G is uitsluitend een eigenschap van de ruimte.

Figuur 2:  De geluidsterkte G voor de zaal uit figuur 1. De helling (en dus de nagalmtijd) is hetzelfde als in figuur 1.

De grootheid G is nu een zaaleigenschap. In figuur 1 moest worden vermeld dat het om een spreker ging, hier doet het er niet toe of iemand spreekt dan wel trompet speelt.

 

2.2    De invloed van de absorptie in een ruimte

In figuur 3 staat een aantal curven. Ze zijn berekend voor één ruimte die ook al in de figuren 1 en 2 was gebruikt. Maar nu varieert de gemiddelde absorptiecoëfficiënt.

Figuur 3:  Galmcurven voor de ruimte uit de figuren 1 en 2. Toevoeging van absorptie verlaagt de nagalmtijd RT én de geluidsterkte G.

 

Tabel 1:  Nagalmtijd en geluidsterkte behorend bij de curven van figuur 1.

absorptiecoëfficiënt	4%	8%	16%	32%	64%
nagalmtijd  RT  [s]	6.4	3.2	1.6	0.8	0.4
geluidsterkte G  [dB]	22.2	19.1	15.6	11.7	5.9

 

Er veranderen twee dingen tegelijk, de nagalmtijd RT en de waarde van G. Het eerste fenomeen is algemeen bekend, maar ook het tweede staat in ons collectieve geheugen geëtst, zij het onbewust: het toevoegen van absorptie verlaagt het geluidniveau. In een lawaaiig restaurant is de tweede eigenschap eigenlijk veel belangrijker dan een verlaging van de nagalmtijd; in een muziekzaal zijn beide grootheden even belangrijk.

 

 

2.3    De invloed van het volume van de ruimte

De grootte van de ruimte heeft, naast de absorptiecoëfficiënt, de grootste invloed. Figuur 4 geeft een vergelijking van twee ruimten met verschillende afmetingen. De kleinste ruimte meet weer 16 × 12 × 6 m³, dus zoals in de voorgaande drie figuren. De absorptie is 16%, dus de groene curve in de figuur is precies gelijk aan de middelste van de curven uit figuur 3. Echter, nu is een curve toegevoegd voor een zaal waarin lengte, breedte en hoogte tweemaal zo groot zijn gekozen (32 × 24 × 12 m³). Ook hier is de absorptie 16%.

Iedereen met enige kennis van akoestiek weet dat de nagalmtijd in de grote ruimte ook tweemaal zo groot is. Minder bekend is dat de geluidsterkte G circa 6 dB lager is. Voor bekenden van deze website is dat geen verrassing, want er wordt op veel plaatsen op gewezen. Minder ingewijden zullen zich realiseren dat de galm in een grote kathedraal aanzienlijk is, maar dat het geluidniveau er doorgaans laag is en dat dat niet alleen door devotie wordt veroorzaakt.

 

Figuur 4:  Nagalmcurven voor een kleine zaal (groen: 16 × 12 × 6 m³) en een zaal met dubbele afmetingen (rood: 32 × 24 × 12 m³). Beide zalen hebben dezelfde gemiddelde absorptiecoëfficiënt van 16%.

 

De geluidsterkte neemt dus af bij een groter volume. In de lawaaibestrijding is dat een zegen; een stationshal zou anders onbruikbaar zijn door het lawaai. Echter, voor variabele akoestiek is het een lastige eigenschap zoals in het volgende hoofdstuk zal worden aangetoond.

 

3.    Elektronische galm

3.1    Combinatie van zaal en galminstallatie

Stel dat het lukt om met mikrofoons, elektronica en een aantal rondom geplaatste luidsprekers een grote zaal na te bootsen door de juiste waarden van RT en G te simuleren. We vinden dan in een kleine zaal een combinatie van de twee zalen uit figuur 4. Dat is getekend in figuur 5-links. En we concluderen dat de werking van de namaakgalm zeer matig is. In lopende muziek is het niet mogelijk om de gehele nagalm te horen, die horen we pas na het slotakkoord. In de rest van het muziekstuk doet alleen het eerste stuk van de curve mee (hier ruwweg tussen G = 17 en G = 7) en juist daar lijkt de blauwe curve veel meer op de groene curve van de bestaande zaal dan op de gewenste rode lijn.

 

Figuur 5:  Indien we in een kleine zaal (groene curve) galm toevoegen volgens de rode curve ontstaat een sommering die in blauw is getekend. Links indien de rode galm "natuurlijk" klinkt en rechts als de rode galm 10 dB wordt versterkt.

Een nagalmcurve met twee verschillende hellingen wordt in het jargon "double-decay" genoemd. Er zijn voorbeelden waarin de overgang tussen beide hellingen geprononceerder tevoorschijn komt als "knik" of "knee".

 

Misschien is het met een bijzoonder elektronisch galmsysteem mogelijk om de rode lijn op te krikken, zoals dat staat getekend in figuur 5-rechts. De galmmachine is 10 dB luider gemaakt, veronderstellend dat de groene curve op zijn plaats blijft [[2]]. De rechter figuur heeft dan inderdaad de gewenste nagalmtijd, maar dit gaat ten koste van een geluidniveau dat 10 dB luider is dan het ideaal van de rode curve in de linker figuur.

 

Is de curve uit figuur 5-rechts nu een verbetering? Dat ligt vooral aan het type muziek. Als het om klassieke muziek gaat is de blauwe curve een ramp want veel te luid. Een symfonieorkest in een gymzaal doet een ernstige aanslag op de trommelvliezen, maar ook in de kamermuziek zijn onze oren niet alleen ingesteld op een ideale nagalm, maar ook op een ideale G. Nogmaals: de waarde van de geluidsterkte G is net zo belangrijk als die van de nagalmtijd RT. Bij populaire muziek (een orkest met solisten, een combo, een musical) kan het wat meer lijden. Het klinkt weliswaar vaak onnatuurlijk, maar het publiek is daar gewend aan hogere geluidniveaus, al zal niet iedereen de hoge volumes waarderen.

 

3.2    Zijn galminstallaties dus onbruikbaar?

Op akoestische congressen staan galminstallaties nog wel eens ter discussie. De algemene mening is dan: "too loud". In figuur 5 is uitgelegd hoe dat komt. In de praktijk bij klassieke muziek gaat het vaak om een compromis tussen "onhoorbaar" (links) en "te luid" (rechts).

 

Toch zijn er wel degelijk situaties waarin een galminstallatie kan werken. In een dode kamer met maximale absorptie kan een zaal heel mooi worden nagebootst met een set van luidsprekers die rondom de luisteraar wordt opgesteld [[3]]. Figuur 6 laat zien wat er gebeurt. In een gortdroge zaal met 64% absorptie is de geluidsterkte van de oorspronkelijke zaal zo klein dat die energie nog maar 1 à 2 dB bijdraagt aan het totale geluid. Maar 64% absorptie is echt heel veel en zal in de praktijk niet snel gevonden worden.

Het lijkt bovendien een aardige paradox in een bestaande zaal: om de elektronische galm goed te laten klinken moeten vele vierkante meters absorptiemateriaal worden aangebracht. Maar het aardige is dat dat in de hedendaagse akoestiek  wel degelijk gebeurt: met name in zalen voor popmuziek worden gigantische hoeveelheden absorptie aangebracht. We zullen er een aparte webpagina D.74 aan wijden.

Figuur 6:  In een vrijwel geluiddode kamer (groene curve) wordt de invloed van de bestaande zaal zo ver teruggebracht dat het aandeel in de totale galm vrijwel onhoorbaar wordt.

 

3.3    Galm bij gelijkblijvend volume van een zaal

In de figuren 5 en 6 hebben we geprobeerd een kleine zaal in een grote te veranderen. Dat lukt dus slechts in zeer droge zalen. Maar de galm in een zaal kan keurig worden opgevoerd zolang maar niet wordt gepoogd om een zaal "groter" te laten klinken. En dat is dus een oplossing die we afleiden uit figuur 3: de basis wordt gevormd door een droge zaal met veel absorptie die dankzij een galmsysteem klinkt als dezelfde zaal met minder absorptie en meer galm.

Stel bijvoorbeeld dat we zaal hebben voor 1000 toehoorders met 5000 m³ inhoud. Die zaal wordt droog verondersteld en is in de basisconfiguratie geschikt voor spraak, al moet die spraak wel worden versterkt voor de verstaanbaarheid. Een ideale muziekzaal van 5000 m³ heeft een nagalmtijd van 1.6 s en als die waarde als maximum wordt gebruikt is er een zeer bruikbare zaal van te maken met een galmmachine. Het gaat mis als er een overdreven eis van RT = 2.0 s wordt gesteld omdat dat ook de nagalmtijd is van het Concertgebouw. Zo’n eis kan alleen als de spreekzaal ook het volume van het Concertgebouw (20000 m³) zou hebben. 

Figuur 7: Het auditorium van de Technische Universiteit Delft.

Het ACS-systeem voor elektronische galm is nauwelijks te zien; dat is opzet. Maar midden in de foto is een smalle houten rand te zien (onder ca. 45°) waarin de grote luidsprekers zijn verwerkt. De mikrofoons, verdeeld door de zaal, zijn op de foto niet te zien

De foto toont de zaal na de renovatie rondom 2010. Het ACS-systeem is zorgvuldig behouden, maar een probleem is dat er in de zaal geen concerten meer worden gehouden. Met congressen valt door de TU meer geld te verdienen dan met cultuur.

 

In de tachtiger jaren is binnen de vakgroep Akoestiek van de TU Delft veel onderzoek gedaan naar elektronische galmsystemen. Er werd een eigen systeem gemaakt (ACS) dat werd getest in de naburige Aula van de TU. De foto toont de zaal.

De zaal heeft alle kenmerken van een spreekzaal. De steile publieksvlakken plus absorptie zorgen ervoor dat de zaal gortdroog klinkt. In een muziekzaal voor onversterkte muziek zouden veel grotere verticale vlakken worden toegepast om galm te ontwikkelen. Als we nu uitgaan van figuur 3 is het niet zo moeilijk om hier een mooi klinkende zaal van te maken. Er wringt maar één ding: een echte concertzaal met dit aantal bezoekers zou een hoger plafond hebben. Er moet dus voor worden gewaakt om niet te streven naar een veel "groter" klinkende zaal. Maar een elektronische ophoging van de nagalmtijd van bijvoorbeeld 0.8 s voor een spreekzaal naar 1.6 s voor een muziekzaal doet wonderen. Het ideaal van een "echte" concertzaal met 2.0 s kan maar beter niet worden nagestreefd. In de Delftse Aula heeft het ACS-systeem de zaal geweldig opgeknapt [[4]].

Het lukt dus niet om een gymzaal om te toveren in het concertgebouw, maar het lukt wel om een gymzaal te laten klinken als een muziekzaal van gelijk volume. Als de gymzaal gortdroog is door veel absorptie kan de galm worden opgevoerd. Bij een muziekzaal hoort (bij dat volume) bijvoorbeeld een nagalmtijd van 1.4 s. Dat kan probleemloos, maar het betekent wel dat er ook kleinere muziekensembles bij horen.

Figuur 8:  Het Muziektheater in Amsterdam.

 

Er is nog een beroemde Nederlandse zaal waar verticale elementen ontbreken en publieksvlakken domineren en nagalm zich dus niet kan opbouwen: het Muziektheater in Amsterdam, ontworpen rond 1980. Het is het enige echte operatheater in Nederland. Er is echter één geweldig verschil met de TU-Aula uit figuur 7. Daar was de korte nagalmtijd bedoeld, in de Stopera niet. Decennialang is daarom gesproken over extra galm via mikrofoons en luidsprekers. Heden ten dage wordt er galm toegevoegd via speakers die zich diep onder de balkons bevinden. In webpagina D.71 over operazalen wordt een aparte paragraaf aan deze zaal gewijd.

 

3.4    Hoe werkt een galminstallatie eigenlijk?

De simpelste galmsystemen stammen uit de dertiger jaren van de twintigste eeuw en bestonden uit een metalen veer [[5]]. Het ene eind van de veer werd aangestoten met het droge signaal en het uitklinken van de veer zorgde ervoor dat een signaal werd terug geleverd waarin galm te horen was. Een pendant van de eendimensionale veer was de tweedimensionale galmplaat. Dat was een metalen plaat van één bij anderhalf meter die wat fraaier klonk dan een galmveer.

Galmkelders klonken natuurlijker. Het droge geluid werd via een luidspreker toegevoerd aan een betonnen ruimte, opgepikt door een mikrofoon en weer naar boven gestuurd. Galmkelders waren fikse ruimten en daarom alleen te vinden in studiocomplexen waar ze met veel vrucht werden toegepast. Voor zover ons bekend zijn galmkelders nooit gebruikt in theatercomplexen, bijvoorbeeld om een toneelzaal in een muziekzaal om te toveren. Heden ten dage biedt de elektronica uitkomst. Er bestaan zowel analoge als digitale vertragingslijnen. In webpagina D.74 zullen we iets nader op kunstgalm ingaan.

De simpelste systemen geven galm weer via twee luidsprekersystemen in een zaal, dus ongeveer zoals stereo uit een hi-fi-installatie. Per kanaal wordt dan galm toegevoegd. Het is verreweg het meest gebruikte systeem in zalen voor lichte muziek. We komen er in de volgende webpagina D.74 op terug, mede om te waarschuwen tegen valkuilen.

Voor klassieke muziek wordt zo’n vorm van nagalm onvoldoende bevonden. Zoals uitgelegd in webpagina D.70-A wordt juist in concertzalen gevraagd om geluidreflecties van alle wanden rondom de luisteraar, en dan met name van de zijwanden voor laterale reflecties. In theorie is zo’n systeem te maken met een set van luidsprekers rondom het publiek, maar dat gaat vooral goed in een dode kamer. Deze systemen zijn dus vooral klein met een handvol luisteraars; het bestrijken van een paar duizend mensen is te lastig [[6]].

Het is in de praktijk simpeler om de bestaande galm van een ruimte te benutten. Die wordt opgepikt met een mikrofoon, een spoortje vertraagd en weer aan een luidspreker toegevoerd. Dat is het systeem in de Delftse TU-Aula: er wordt gebruik gemaakt van een serie mikrofoons en luidsprekers rondom het publiek.

Door de looptijden in een zaal tussen mikrofoons en luidsprekers is het vertragen van het geluid niet strikt noodzakelijk. Het blijkt echter een afdoende middel om "rondzingen" te voorkomen. De eerste galminstallaties van dit type stammen uit de vijftiger jaren in een poging de nagalm van de Royal Festival Hall in Londen te verhogen. Zodra het systeem wat harder werd gezet begon het rond te zingen en als het niet rondzong was het niet hoorbaar.

 

4.    Variabele akoestiek met mechanische middelen

4.1    Variabele absorptie door simpele ingrepen

Meestal worden absorptiematerialen in een ruimte gelijmd of vastgeschroefd. Dat is dus niet erg variabel. In webpagina C.1 is een foto opgenomen van de akoestische kussens in het Conservatorium van Amsterdam. Die kunnen redelijk eenvoudig worden opgehangen en verwijderd, waardoor de akoestiek van de ruimten variabel is. Maar toch blijven de wijzigingen beperkt tot één keer per semester en ook dat noemen we geen "variabele akoestiek". Daarvan spreken we in deze site als de akoestische eigenschappen in een uur, desnoods in een dag kunnen worden gewijzigd, zodat per gebruiksfunctie de akoestiek kan worden ingesteld.

Figuur 9:  De zaal van het Ircam in Parijs. De driehoekige elementen hebben drie verschillende zijden. Omdat ze zijn te verdraaien kan de absorptie van de zaal worden ingesteld en dus de akoestische klank van de muziek.

Foto:  Olivier Panier des Touches.

 

In 1977 werd in Parijs het Ircam geopend [[7]]. Het zou uitgroeien tot het belangrijkste centrum van hedendaagse muziek. Eén van de topics was een zaal met variabele akoestiek: driehoekige "prisma’s" hebben drie verschillende vormen van geluidabsorptie en kunnen naar believen worden ingesteld door ze te draaien. Door ook nog per vlak (een beetje) te draaien is het aantal  mogelijkheden schier oneindig. Het gaat hier uitsluitend om absorptie (en enige verstrooiing), zodat figuur 3 het best representeert wat er gebeurt met nagalmtijd RT en geluidsterkte G in een bepaalde zaal.

 

Het Ircam werd geopend in 1977 en is nog steeds het belangrijkste voorbeeld. Dat geeft te denken. Het betekent nl. dat dit soort oplossingen geen school heeft gemaakt of m.a.w: de toepassing van variabele absorptie is beperkt gebleven. In Beraneks veelgeciteerde boek staan redelijk wat grote zalen met een lichte vorm van aanpassing, bijvoorbeeld met schuivende gordijnen af andere absorberende vlakken, maar met name op de kleinste schaal wordt variabele akoestiek weinig gebruikt. Waar zijn bijvoorbeeld restaurants waar de absorptie (bijvoorbeeld met dikke gordijnen) desgewenst kan worden gewijzigd? En er zijn in kleine zalen heel redelijke compromissen te vinden tussen toneel- en muziekvoorstellingen door de absorptie van gordijnen al of niet te benutten, maar het gebeurt weinig. In grotere zalen wordt het wel toegepast (zie verderop in paragraaf 4.4) en dus ook alweer in zalen waar deskundigen paraat staan om wijzigingen aan te brengen.

 

4.2    Toegevoegde galmende ruimten

In 1987 werd in Den Haag de Anton Philipszaal in gebruik genomen als concertzaal voor het Residentieorkest. Voor die tijd trad het Residentieorkest vaak op in de grote zaal van het Congresgebouw (tegenwoordig World Forum) bij gebrek aan beter. Die zaal was bedoeld als spreekzaal voor congressen en was voor dat doel uitstekend geslaagd. Maar een goede spreekzaal is te droog en te zacht voor symfonische muziek en de orkestleden en hun publiek leden onder de matige akoestiek voor muziek.

Boven het plafond van de zaal bevond zich een lege ruimte, ten dele gebruikt voor de installaties en het leek een goed idee om dat volume te gebruiken om de nagalmtijd op te voeren. Er werden jaloezieën gebruikt om die ruimte aan het oog te onttrekken, maar helaas ging in die jaloezieën wat energie verloren waardoor de ruimte niet voldoende meeresoneerde en het totale effect vrij nauwkeurig op nul uitkwam.

 

Een systeem met extra resonerende ruimten kán werken maar het is buitengewoon moeilijk om alle verlies uit te sluiten. In het Handbook of Acoustics schrijft Gaade:

However, (..) one should be careful to make the coupling area large enough for the added volume to have any significant effect (..), otherwise it is hard to justify the enormous costs of the extra volume (..). With weak coupling, a double-sloped decay curve with a knee point perhaps 20 dB down is created, whereby the added, linger reverberation becomes barely audible except during breaks in the music." [[8]].

 

De dubbele curve, als bedoeld door Gaade, zien we ook in figuur 5, waarbij het "knee point" wordt gevonden op het snijpunt van twee curven. Een verlengde nagalmtijd kan dan wel worden gevonden, maar wellicht juist niet in het hoorbare eerste deel van de curve. Iedere dB die verloren gaat in de overgang naar de toegevoegde ruimte geeft verlies aan energie en staat in wezen gelijk aan extra (ongewenste) absorptie.

Figuur 10:  De concertzaal van Luzern, Zwitserland.

Foto via de zeer interessante website:
https://www.audiohistory.com/concerthalls.php,
kind permission of Louis Manno.

 

Eén van de grootste spektakelstukken uit de recente concertzaalgeschiedenis is de zaal In Lüzern in Zwitserland, geopend in 1999. De architect was Jean Nouvel en Russell Johnson was verantwoordelijk voor de akoestiek.

De breedte van de zaal is gelijk aan de hoogte [[9]], maar de zijwanden bestaan uit gigantische deuren die kunnen worden geopend, waardoor de nagalmtijd stijgt van 2.0 naar 2.8 s. Voor zover ons bekend zijn er in de vakliteratuur geen meetresultaten bekend. Er is wel een ander merkwaardig fenomeen. Het wemelt op het internet van afbeeldingen van de zaal, maar altijd zijn de deuren gesloten. De zaal klinkt voortreffelijk met gesloten galmkamers; de afmetingen verschillen in dat geval weinig van de Musikvereinsaal in Wenen (de meest gerenommeerde zaal in de wereld) waarop het ontwerp is gebaseerd. Maar wat de voordelen zijn van de geopende deuren wordt niet helemaal duidelijk.

Figuur 11:  De concertzaal van Birmingham, Engeland.

Foto via website: https://www.audiohistory.com/concerthalls.php,
kind permission of Louis Manno.

 

Een iets ouder voorbeeld van een aangekoppelde nagalmruimte is de concertzaalzaal van Birmingham, Engeland, geopend in 1991, met ook weer Russell Johnson als akoestisch adviseur. In de zaal, met ruim 2200 plaatsen, zijn naast het orgel (zie figuur 11) openingen aangebracht naar een reusachtige nagalmkamer. Die openingen zijn ook afsluitbaar. Boven het podium hangt een klankkaatser (net enigszins zichtbaar) die kan worden verhoogd en verlaagd en waarvan de stand kan worden veranderd. Bovendien kunnen via rails extra absorptiepanelen in de ruimte worden geschoven. Volgens Beranek is de normale nagalmtijd gelijk aan 1.85 s, hetgeen naar onze mening tamelijk kort is voor een zaal met 11.3 m³ per persoon (25 000 m³ totaal).

 

4.3    Podiumaanpassingen per voorstelling

De grote wens van veel theaterdirecteuren is om allerlei voorstellingen te kunnen programmeren, inclusief klassieke muziek. Meerdere malen is in deze site al gemeld dat dat nog wel eens moeizaam wil verlopen, maar er zijn toch succesvolle muziekuitvoeringen in lokale theaters waarbij een niet-ideale akoestiek voor lief wordt genomen. Eén van de voorwaarden is wel dat (onversterkte) musici niet achterop het podium onder de toneeltoren worden opgesteld. De toneeltoren met opgehaalde decorstukken is namelijk een grote absorberende ruimte die veel geluidenergie opslorpt.

Een simpele oplossing vindt men bijvoorbeeld in het Delftse Theater de Veste. Het toneel is voorzien van een brandscherm dat de toneelruimte scheidt van het publieksgedeelte. Als het brandscherm wordt neergelaten blijft een deel podium over waar een klein aantal musici op past [[10]]. Omdat die altijd kamermuziek spelen is een relatief korte nagalmtijd gewenst. De zaal is eigenlijk wel wat te droog (ook met neergelaten brandscherm), maar de muziek klinkt toch alleszins aanvaardbaar. Voor een symfonieorkest is de zaal te klein, dus te droog en te luid. Maar symfonieorkesten spelen er niet; ze passen ook simpelweg niet op het podium.

 

Een grootschaliger voorbeeld is het Nieuwe Luxortheater op de Kop van Zuid in Rotterdam geopend in 2001. Architect was Peter Wilson uit Australië, het akoestisch advieswerk werd gedaan door Prinssen en Bus raadgevende ingenieurs.

Rotterdam beschikte in de jaren tachtig van de vorige eeuw over het oude Luxor Theater aan de Kruiskade, een middelgroot theater met circa 900 stoelen voor cabaret, theaterconcerten, kleinere musicalproducties en toneelvoorstellingen. Dit theater werd te klein voor de steeds groter wordende producties op het gebied van theater, muziektheater en met name musicals.

 

Oorspronkelijk was de gedachte een nieuw theater te bouwen met een grote amusementszaal met 1500 stoelen en een middenzaal met circa 700 stoelen. Voor een dergelijk theater was in Rotterdam echter geen locatie te vinden. Vandaar dat werd besloten een theater met één grote zaal te bouwen: Het Nieuwe Luxor. Om in Rotterdam toch ook nog te kunnen blijven beschikken over een middenzaal, is het oude Luxor Theater behouden en wordt het inmiddels vernieuwd.

Vanwege de grootte van de zaal en de benodigde orkestbak voor musicals, lag het voor de hand de zaal van het Nieuwe Luxor niet alleen geschikt te maken voor de programmering van theater, muziektheater en musicals, maar ook voor opera. Rotterdam beschikte ook nog niet over een zaal voor opera.

 

Figuur 12:  Het Nieuwe Luxor in Rotterdam.

Foto’s en tekst over Het Nieuwe Luxor: Peter Bijvoet [[11]].

 

Om de zaal zowel geschikt te maken voor (muziek)theater, musicals en opera, zijn er voorzieningen om de akoestiek van de zaal te variëren. Dit in de vorm van:

• Aanvullende geluidabsorptie door middel van gordijnen. De gordijnen hangen bij de zaalbruggen en zijn geheel weg te schuiven, zie figuur 13.

• Ophijsbare klankkaatsers. In de zaal hangen klankkaatsers die vijf meter in hoogte zijn te variëren. Op de klankkaatsers is absorptie aangebracht. Dit om een gekoppeld akoestisch volume te voorkomen.

 

Figuur 13:  De ophijsbare klankkaatsers plus (nauwelijks zichtbaar) de wegschuifbare gordijnen voor eventuele extra absorptie.

 

De aanwezige orkestbak heeft een (deels) in hoogte verstelbare vloer. In de theateropstelling staat deze vloer op zaalniveau en staan er theaterstoelen op de vloer. Bij een musical of opera worden de stoelen verwijderd, de vloer verlaagd en ontstaat er, tezamen met de orkestruimte onder het toneel,  een volwaardige orkestbak.

 

Met de akoestische voorzieningen en het al dan niet gebruik van de orkestbak, ontstaan in principe drie verschillende situaties [[12]]:

• (Muziek)theater: Gordijnen bij de zaalbruggen uitgeschoven. Klankkaatsers in de laagste stand. Geen orkestbak. In deze situatie heeft de zaal een akoestisch werkzaam volume van circa 11500 m³ en een nagalmtijd van 1.1 seconden. De geluidsterkte G bedraagt in deze situatie 5 dB.

• Musical: Gordijnen bij de zaalbruggen uitgeschoven. Klankkaatsers in de laagste stand. Orkestbak in gebruik.

• Opera: Gordijnen bij de zaalbruggen geheel weggeschoven. Klankkaatsers in de hoogste stand. Orkestbak in gebruik. In deze situatie heeft de zaal een akoestisch werkzaam volume van 13500 m³ (inclusief orkestbak) en een nagalmtijd van 1.4 seconden. De geluidsterkte G bedraagt in deze situatie eveneens 5 dB.

 

In 2008 is onderzocht of de grote zaal van het Nieuwe Luxor geschikt zou zijn voor symfonische muziek. Gezien de verbouwing van de Doelen werd er gezocht naar een alternatieve locatie voor het Gergiev Festival in 2009.

 

Daartoe is de mogelijkheid onderzocht om een "orkestkamer" te gebruiken. Het principe daarvan staat getekend in figuur 14. Een toneeltoren heeft bij muziekuitvoeringen (en eigenlijk ook bij theater) een nadelig effect. Een onbehandelde toneeltoren veroorzaakt veel galm en om dat te vermijden wordt de toren altijd bekleed met veel absorptiemateriaal. Maar dat betekent dus dat er nogal wat geluidenergie in de toren verdwijnt. Voor muziek wordt daarom soms gebruik gemaakt van de orkestkamer. 

 

Figuur 14:  Een simpele doorsnede van een zaal in theaterstand (linker figuur). Rechts is een "orkestkamer" toegevoegd die de nadelige effecten van een toneeltoren (gearceerd) teniet doet.

Tekeningen:  Kjell Scholts.

 

Onderzoek toonde aan dat met een orkestkamer op het podium, de gordijnen volledig weggeschoven en de klankkaatsers in de hoogste stand, een nagalmtijd van 1.6 seconden was te realiseren bij gelijkblijvende G. Dit als gevolg van het toegevoegd akoestisch volume van de orkestkamer. Met de orkestkamer wordt het akoestisch volume van de zaal met bijna 1500 m³ vergroot tot circa 15 000 m³. Voor symfonische muziek is een nagalmtijd van 1.6 seconden relatief kort, maar op zich nog geschikt voor een orkest tot 80 musici en repertoire met beperkte luidheid (zoals Mozart, Beethoven, Stravinsky of Bartok).

De directie van het Nieuwe Luxor heeft op basis van het onderzoek besloten een orkestkamer van de firma Wenger aan te schaffen, met name ook om voor het orkest goede spelcondities op het podium te realiseren. De optie om in aanvulling hierop nog een elektro-akoestisch systeem in te brengen, om zo de nagalmtijd nog te kunnen verlengen tot 1.8 à 2.0 seconden, is overgewogen maar uiteindelijk niet de keuze geweest.

 

De gordijnen, de klankkaatsers en de vloer van de orkestbak worden elektronisch bediend en zijn snel aanpasbaar. Het opbouwen van de orkestkamer gebeurt handmatig en neemt ongeveer een halve dag in beslag. Op youtube staat een versnelde opname van de opbouw van de orkestkamer: https://www.youtube.com/watch?v=fcqHmdiCcPE.

 

4.4    Volumeaanpassing

Meerdere malen is in deze site betoogd dat het allereerste uitgangspunt bij het zaalontwerp het volume per aanwezige is. Bij 1400 toeschouwers heeft de ideale spreekzaal een volume van ruwweg 4 m³ per persoon, een operazaal werkt bij 6 m³/persoon en een concertzaal meet 8 m³/persoon. Bij één bepaalde zaal wringt er dus iets, reden waarom de ideale multi-purposezaal niet bestaat en de grootste gemeenten aparte zalen hebben voor toneel, opera en symfonische muziek.

We hopen in het voorgaande hoofdstuk te hebben aangetoond dat het akoestisch onmogelijk is om een zaal van 4 m³ te laten klinken als een zaal van 8 m³, zelfs als de meest geavanceerde elektronische galmmachines worden geïnstalleerd. Van 4 naar 5 m³ kan nog net en in noodgevallen is misschien 6 m³ haalbaar, maar dan houdt het ook echt wel op.

Maar andersom kan wél: een grote zaal is om te vormen tot een kleinere zaal. In het boek Acoustics by Peutz wordt een serie voorbeelden gegeven die relatief simpel en, althans volgens de schrijvers van het boek, doeltreffend zijn. Het uitgangspunt bij het ontwerp is dan de muziekzaal in plaats van de toneelsituatie. Uiteraard is dat duurder, maar bij middelgrote gemeenten (bijvoorbeeld Den Bosch, Maastricht, Louvain-la-Neuve) werkt het. Het akoestisch volume wordt verkleind voor toneelvoorstellingen door een soort akoestische gordijnen te laten zakken; de onderrand van de gordijnen is dan te vergelijken met een sterk absorberend plafond. In sommige gevallen wordt ook het podium omgebouwd op een manier die vergelijkbaar is met de orkestkamer uit de voorgaande paragraaf. Uiteraard stelt zo’n oplossing hoge eisen aan de vroege reflecties rondom het toneel en de reflecties van de zijwanden, maar eigenlijk geldt dat in iedere zaal.

 

De uiterste consequentie van een echte volumewijziging is De Spiegel in Zwolle. Daar worden zijwanden en het plafond daadwerkelijk verschoven. Het plafond zakt in de toneelopstelling dusdanig ver dat het bovenste balkon ervoor wordt opgeofferd, dat is in de andere zalen niet het geval. Volgens opgave zijn de verschillen in volume zeer groot: 3500 m³ in theateropstelling en 11000 m³ voor muziek.

 

5.    Het beheer van een systeem

In paragraaf 3.3 is het ACS-systeem in de Aula van de TU Delft ter sprake gekomen. Er deed zich in de testfase van het systeem een interessant fenomeen voor: de ontwerpers en luisteraars raakten totaal in de war van de talloze mogelijke instellingen. Er is toen besloten om een systeem te maken met slecht vier standen. Per voorstelling kiest de geluidtechnicus van de zaal welke instelling het meest geschikt is. Het systeem leunt dus geheel op het vakmanschap van genoemde technicus.

Figuur 15:  De zaal van het Muziekgebouw aan ’t IJ heeft meerdere verplaatsbare vlakken.

Foto: Wikipedia

 

Dat is gelijk de bottleneck van variabele systemen. Wie bepaalt eigenlijk de instellingen in het Amsterdamse Muziekgebouw aan ’t IJ waar zo’n beetje alles verplaatsbaar is? Het lijkt duidelijk dat de optredende musici de keus moeten bepalen. Maar sommige komen misschien maar eens per jaar en hebben geen idee van de mogelijkheden. Ook dan spelen de technici van het Muziekgebouw een bepalende rol. Dat zal daar weinig problemen geven, maar hoe gaat het in de plaatselijke schouwburg als die een galmsysteem hebben gekocht? In dergelijke zalen blijkt het vaak al moeilijk om de spraakversterking in te stellen (die staat heel vaak te hard) en bij een elektronisch galmsysteem zijn de mogelijkheden nog veel groter. En wie kiest er in de Ircam-zaal of het Nieuwe Luxor?

 

We komen hier bij een bottleneck van de variabele akoestiek: het daadwerkelijk gebruik. In de akoestische vakliteratuur wemelt het van de voorbeelden van ontwerpen met variabele akoestiek, maar voor zover ons bekend is er nog nooit iemand geweest die een stelselmatig onderzoek heeft gedaan naar wat er na een paar jaar nog wordt gebruikt. Het is duidelijk dat men juist in de grote zalen voldoende gekwalificeerd personeel heeft om de juiste instelling te kiezen. Maar onze hypothese is dat er op het kleinere schaalniveau nauwelijks wijzigingen in opstellingen worden aangebracht. Durft men niet? Is het niet te horen door de gemiddelde oren? Went men in sommige zalen aan een foute instelling? Het is een grondig onderzoek waard, want er zijn meer mogelijkheden dan nu worden benut. Waar blijft bijvoorbeeld het eerste restaurant waar men de akoestische gordijnen uit het plafond laat zakken als het aantal bezoekers toeneemt?

 

Deze webpagina is als pdf te downloaden, klik hier

 

 

---