صفحه اصلی
مقالات آموزشی
بررسی آکوستیک سالن اپرای دولتی آلمان

بررسی آکوستیک سالن اپرای دولتی آلمان

اپرای دولتی اونتر دن لیندن به عنوان اولین ساختمان اپرای مستقل درباری در اروپا در سال ۱۷۴۲ ساخته شد.

این ساختمان در طول تاریخ چندین بار به شدت آسیب دیده است (۱۸۴۲، ۱۹۴۲، ۱۹۴۵) و همچنین چندین بار بازسازی یا نوسازی شده است (۱۷۸۸، ۱۹۱۰، ۱۹۲۸، ۱۹۸۶، 2010).

وضعیت موجود در سال ۲۰۰۹ پس از جنگ، در سال ۱۹۵۵ ایجاد شد.

آخرین بازسازی این سالن در دوره ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۷ انجام شده است.

در این بازسازی ساختمان به طور کامل بازسازی و تمام تجهیزات فنی آن نوسازی شده است. یک ساختمان تمرین جدید با ۷ سالن تمرین، از جمله یک سالن تمرین گروه کر و یک سالن تمرین ارکستر، ساخته شد.

در ادامه این مقاله به اقدامات انجام شده در آخرین بازسازی این سالن می پردازیم.

این مقاله بر جنبه‌های آکوستیکی بازسازی سالن اپرا تمرکز دارد. نقاط شروع بازسازی، بهبود قابل توجه آکوستیک اتاق سالن و در عین حال حفظ طراحی معماری و جایگاه تاریخی سالن است.

از آنجایی که آکوستیک سالن از هندسه و معماری آن ناشی می‌شود، این یک تناقض در الزامات است. در این مقاله مراحل طراحی آکوستیک و نتایج پس از اجرا را شرح می‌دهیم.

اهداف آکوستیک برای این سالن اپرا

این سالن اپرا در سال ۲۰۰۹، ۱۳۵۰ صندلی و حجمی حدود ۶۵۰۰ متر مکعب داشت. این سالن اپرایی نسبتاً کوچک بود، زیرا اکثر سالن‌های اپرای قرن ۱۸ کوچک بودند.

پیشنهاد ویژه

دوره جامع آموزش آکوستیک

جهت ثبت نام و مشاهده جزئیات دوره کلیک کنید

اندازه آن در طول تاریخ تغییر نکرده است.۱. شکل ۱ و ۲ این سالن را با سایر سالن‌های اپرای اصلی جهان مقایسه می‌کنند.۲. این شکل‌ها نشان می‌دهند که این سالن زمان واخنش (RT) کوتاه و حجم ویژه پایینی داشته است.

از فرمول سابین مشخص است که با توجه به میزان جذب هر مخاطب، برای به دست آوردن زمان طنین مشخص، حداقل حجم صدا برای هر نفر مورد نیاز است. ناحیه خاکستری در شکل ۱ نشان می‌دهد که حداکثر زمان طنین مربوط به حجم صدا برای هر نفر وجود دارد و بالاتر از آن هیچ داده‌ای وجود ندارد.

با احتساب سایر جذب‌های صوتی علاوه بر جذب مخاطب، به نظر می‌رسد حداقل جذب موثر حدود ۰.۷ متر مربع برای هر نفر باشد.

شکل ۱. اندازه‌گیری زمان‌های طنین (۱ کیلوهرتز، اشغال شده) مربوط به حجم صدای خاص برای ۳۲ سالن اپرا. مربع‌های سبز، سالن‌های اپرایی هستند که بسیار خوب ارزیابی شده‌اند. قرمز: اپرای دولتی برلین.

قدرت صدا عمدتاً به تعداد حضار بستگی دارد و در شکل ۲ نشان داده شده است. در اینجا قدرت صدا به صورت تئوری از حجم صدا و زمان واخنش محاسبه می‌شود. دلیل آن این است که داده‌های منتشر شده در مورد قدرت صدا به اندازه کافی در دسترس نیستند و همیشه به اندازه کافی قابل اعتماد نیستند، زیرا اندازه‌گیری در مورد کالیبراسیون منبع صدا بسیار دشوار است.

بر اساس چندین اندازه‌گیری که در سالن‌های اپرا انجام داده شده است، اتلاف انرژی ۲ دسی‌بل به سمت سالن صحنه لحاظ شده است. داده‌ها نشان می‌دهند که سالن اپرای برلین نسبتاً بلند است و این با برداشت ذهنی نویسندگان مطابقت دارد. از سوی دیگر، ممکن است به گونه‌ای باشد که بسیاری از سالن‌های اپرا خیلی بلند نباشند، قدرت صدا به وضوح کمتر از ۴ دسی‌بل است.

شکل ۲. قدرت G (۱ کیلوهرتز، اشغال شده) مربوط به تعداد مخاطبان برای ۳۲ سالن اپرا. مربع‌های سبز، سالن‌های اپرایی هستند که بسیار خوب ارزیابی شده‌اند. قرمز: اپرای دولتی برلین

از نظر اقتصادی، ساخت یک سالن اپرای بزرگ ممکن است جالب باشد، اما ایراد آکوستیکی آن این است که به اندازه کافی بلند نخواهد بود. به نظر می‌رسد این محدودیت حدود ۲۰۰۰ نفر مخاطب باشد. هدف آکوستیکی برای این سالن این است که زمان واخنش باید به ۱.۶ ثانیه افزایش یابد (حالت پر با پرده بسته) اما بدون افزایش بلندی صدا.

برای دستیابی به این RT در ترکیب با قدرت G حدود ۵ دسی‌بل (شکل ۱)، حجم مشخصی معادل ۷ متر مکعب برای هر نفر لازم است که با شرایط موجود (شکل ۲) مطابقت دارد. با ۱۳۵۰ نفر مخاطب و ۷ متر مکعب برای هر نفر، حجمی معادل ۹۵۰۰ متر مکعب مورد نیاز خواهد بود که این رقم در مقایسه با سالن موجود، ۳۰۰۰ متر مکعب افزایش یافته است.

از دیدگاه میراث فرهنگی، تغییر دیوارهای بیرونی، ارتفاع سقف یا طراحی داخلی امکان‌پذیر نبود، بنابراین بزرگ کردن نقشه کف غیرممکن بود. پایین آوردن کف باعث ایجاد مشکلات بزرگی در قسمت‌های زیر صحنه می‌شد.

بنابراین تنها راه افزایش حجم، بالا بردن سقف و استفاده از فضای اتاق زیر شیروانی بود. این فضا به اندازه کافی بزرگ بود تا به ۳۰۰۰ متر مکعب اضافی دست یابد. با این حال، باید راه حل دیگری برای خرپاهایی که سقف را تحمل می‌کنند، پیدا می‌شد.

خرپاهای کوچکتری ساخته شدند و یک سازه خرپایی افقی بزرگ برای جذب نیروهای افقی از سقف زین اسبی اضافه شد. از نقطه نظر آکوستیک، سوال این بود که این فضای اضافی چقدر باید به حجم اصلی سالن متصل شود.

پیشنهاد ویژه

دوره جامع آموزش آکوستیک

جهت ثبت نام و مشاهده جزئیات دوره کلیک کنید

بر اساس نظریه میدان‌های صوتی پراکنده۳، یک مدل محاسباتی ساخته شد. از این نظریه می‌توان نتیجه گرفت که با وجود یک منبع در اتاق ۱، سطح صدا در اتاق ۲ در حالت پایدار کمتر خواهد بود.

شبیه سازی و مدل سازی

به منظور گنجاندن ویژگی موج صدا، تحقیقات اولیه از طریق محاسبات با یک مدل مقیاس گسترش یافت. یک مدل مقیاس ۱:۱۰ ساخته شد، جزئیات با اندازه ۱۰ سانتی‌متر، در بسیاری از موارد نیز کوچکتر، در نظر گرفته شد. سطوح بازتابنده چوب با لاک الکل، تماشاگران با فوم هرمی، شبیه‌سازی یک سالن پر از جمعیت هستند، به شکل 3 مراجعه کنید.

شکل 3. ماکت با مقیاس ۱:۱۰ به همراه سقف مرتفع و گالری طنین. منبع فرکانس بالا و میکروفون با پیش تقویت کننده در پیش زمینه.

همانند محاسبات، ابتدا وضعیت موجود بررسی و با داده‌های اندازه‌گیری تطبیق داده شد و پس از آن وضعیت جدید. فرکانس‌ها بر اساس ضریب مقیاس افزایش یافتند.

منابع و میکروفون‌های همه‌جهته با محدوده فرکانس تطبیق داده شده تطبیق داده شدند. برخلاف فرکانس، جذب هوا را نمی‌توان به صورت خطی مقیاس‌بندی کرد.

این امر توسط یک الگوریتم محاسباتی جبران می‌شود. برای به دست آوردن حداکثر پایداری در پاسخ ضربه (IR)، هوای مدل تهویه می شود.

اندازه‌گیری‌ها با سیگنال MLS انجام شد و منحنی‌های انرژی-زمان (ETC) محاسبه شدند. از این داده‌ها، پارامترهایی مانند وضوح محاسبه شدند.

زمان واخنش فقط به طور تقریبی در نظر گرفته شد، زیرا داده‌های جذب صدا از مواد مدل مقیاس دقیقاً با مواد در مقیاس واقعی مطابقت ندارد.

با این وجود، مدل افزایش RT از ۱.۱ به ۱.۶ ثانیه (با اشغال، FC بسته) را نشان داد. شکل 4 مقایسه‌ای از اندازه‌گیری در واقعیت و در مدل مقیاس را نشان می‌دهد. اگرچه کاملاً یکسان نیست، اما روند بسیار مشابه است.

شکل 4

در فرآیند بعدی تحقیقات و طراحی، تغییرات و بهبودهای زیادی بررسی شد. دو مورد از آنها در اینجا مورد بحث قرار گرفته است. در ابتدا، دیوار گالری از شکل بیضوی سالن پیروی می‌کند.

شکل 5 نشان می‌دهد که یک پژواک گروهی در صندلی‌های جلویی در جایگاه‌ها رخ می‌دهد. با معرفی یک ساختار تا شده و پراکنده کننده صدا، این مشکل حل شد.

همچنین به دلیل عدم بازتاب‌های اولیه از صحنه، شکافی در IR در این موقعیت قابل مشاهده است. این معمولاً چیزی است که با مجموعه‌های مناسب بازتاب صحنه قابل حل است.

معماری که سالن را پس از آتش‌سوزی 1843 بازسازی کرد، در سال 1810 مقاله‌ای در مورد تمرکز صدا به دلیل نقشه‌های زمین بیضوی در تئاترها نوشته است.

همچنین وضعیت موجود این سالن از سال 1955 دارای دیوارهایی است که از شکل استوانه بیضوی پیروی می‌کنند.

شکل 5 پاسخ ضربه ETC اندازه‌گیری و هموار شده (۲۰ میلی‌ثانیه) از صحنه تا جلوی غرفه‌ها. سمت چپ: قرمز با دیواره بیضوی، آبی با دیواره‌های تا شده است.