V InnoRenew CoE smo nedavno zasnovali raziskave na področju virtualnih akustičnih okolij. Ker je to tudi v akustiki dokaj nov raziskovalni pristop, ki je v vzponu šele zadnjih deset let, bi ga želel malce podrobneje predstaviti. Pri tem se bom posebej posvetil njegovi vlogi pri prostorski akustiki, ki je pomembna za ustvarjanje zdravega in ustvarjalnega delovnega okolja, kar je tudi eno od osrednjih raziskovalnih področij inštituta.

Prostorska akustika

Prostorska ali arhitekturna akustika proučuje in si prizadeva za takšno oblikovanje prostora ter njegovih mejnih površin in elementov v njem, ki omogoča kakovostno akustiko v prostoru. Temeljnega pomena pri tem so poleg razumevanja fizike zvoka – njegovega nastanka, širjenja in interakcije z mejnimi površinami – tudi akustične meritve ter računske in modelske napovedi, na podlagi katerih pridemo do želenih rezultatov. Izboljšave oziroma končne rešitve, kot so akustične obloge, primerna geometrijska členitev prostora, ustrezna izbira sedežev in podobno, se nato oblikujejo v sodelovanju z drugimi projektanti.

Toda kaj sploh pomeni, da je akustika prostora kakovostna? To je osrednje vprašanje prostorske akustike, pri odgovoru nanj pa nam lahko pomagajo prav virtualna akustična okolja. Poenostavljeno rečeno: kakovost prostorske akustike se določa z merljivimi parametri akustike, kot je na primer odmevni čas, ki najbolj ustrezajo subjektivnim ocenam akustike prostora. Prepoznati in ovrednotiti je treba torej tiste akustične lastnosti, ki so pomembne uporabnikom prostora. Poglejmo, kako so se izoblikovale smernice za projektiranje koncertnih dvoran.

V iskanju akustike najboljših dvoran

Koncertne dvorane veljajo za akustično najzahtevnejše prostore, ki so se arhitekturno oblikovali skozi bogato zgodovino kulture koncertiranja (spreminjanje števila glasbenikov, določanje instrumentov in dirigentovega mesta itd.). Iskanju akustičnih kriterijev, ki veljajo za najboljše dvorane, se je posebej posvetil dr. Leo Beranek[i] in s svojim pionirskim raziskovalnim delom postavil temelje temu področju.

Dr. Beranek je s kolegi najprej pomeril širok nabor akustičnih parametrov 58 koncertnih dvoran po celem svetu. Sledilo je temeljito izpraševanje glasbenikov, kritikov, dirigentov in ljubiteljev glasbe o njihovem mnenju glede dvoran. Da je dr. Beranek to lahko izpeljal, je moral natančno določiti strokovno besedišče in pripraviti vprašalnike o tem, ali je zvok zadostno glasen, razločen, odmeven in podobno. Z dobljenimi ocenami je nato dvorane razvrstil po lestvici od najboljše do najslabše (posodobljeno lestvico je leta 2016 objavil v reviji The Journal of the Acoustical Society of America).

Velika dvorana dunajskega Musikvereina, prva na lestvici najboljših koncertnih dvoran po Beranekovi zadnji razporeditvi iz leta 2016. Sledijo ji: 2. Symphony Hall v Bostonu, 3. Concertgebouw v Amsterdamu, 4. Konzerthaus v Berlinu, 5. Opera City Concert Hall v Tokiu, 6. Stadtcasino v Baslu, 7. Symphony Hall v Birminghamu, 8. Kultur- und Kongresszentrum v Luzernu, 9. St. David’s Hall v Cardiffu, 10. Morton H. Meyerson Symphony Center v Dallasu. Foto: Bwag/Wikimedia

Ko so najboljše dvorane glede akustike določene, zanje izluščimo računske zveze med njihovimi fizičnimi lastnostmi (npr. volumnom) in vrednostjo odmevnega časa. Tako dobimo empirične zveze, ki postanejo smernice pri akustičnem projektiranju – če jih upoštevamo, lahko pričakujemo, da bo tudi novograjena dvorana pristala v skupini najboljših dvoran. Primerljive zveze danes poznamo za različne tipe prostorov, kot so gledališča, učilnice, poslušalnice, predavalnice in podobno.

Pa je vse to res?

Kot se je izkazalo kasneje[ii], je Beranekov pristop zanemaril številne dejavnike, ki so vplivali na dobljene rezultate. Med drugim so ugotovili, da časovna oddaljenost koncertne izkušnje bistveno vpliva na akustični spomin o prostoru. Primerjava med prostori bi torej morala biti hipna, kar pa do izuma teleportacije ne bo mogoče.

Izkazalo se je tudi, da so domala vsi dirigenti bolje ocenjevali svoje dvorane, torej dvorane, v katerih je domoval njihov orkester. Pri tem gre morda za nekakšno obliko patriotizma (in željo po dobri prodaji kart), lahko pa tudi  za učinek, ki ga prinese daljše obdobje dela v isti dvorani – dirigent se nanjo namreč privadi oziroma se v njej »udomači«. Akustika mu v tem akustičnem okolju torej ustreza, ker se v njem pač dobro znajde pri upravljanju orkestra.

Ljudje se poleg tega med seboj razlikujejo glede sposobnosti (dovzetnosti) za prepoznavo nekega pojava, občutljivosti na dražljaje in predznanja, kar vse vpliva na njihove odgovore, njihovo mnenje pa je ne nazadnje lahko tudi pristransko, spremenljivo … Skratka, vključevanje človeka v raziskovanje je težavno, saj je ta »muhast« in »nezanesljiv«, a ravno zato tudi raziskovalno tako zelo zanimiv.

Vendar podcenjevanje subjektivnih dejavnikov pri anketiranju ni edina kritika takega pristopa, saj se v njem skriva še ena past. Vzorec prostorov, ki so zajeti v ocenjevanje, je namreč vedno omejen, in to največkrat na dvorane, zgrajene pred več stoletji. Od takrat pa je tehnologija gradnje napredovala, nabor materialov, ki so na voljo, pa je bistveno bogatejši. Smernice nas torej lahko vodijo le v območje že grajenih dvoran, kar pomeni, da do nečesa novega in še neodkritega v tem primeru sploh ne moremo priti. Osebno mislim, da to zavira razvoj akustike, saj se je že večkrat v zgodovini pokazalo, da moramo za napredek pač stopiti v neznano.

V luči zapisanega je pomenljivo dejstvo, da se te »problematično« izoblikovane smernice za projektiranje akustike še nadgrajujejo in celo uzakonjajo – tudi v Sloveniji[iii]. Kaže, da nas vsaka kvantitativna norma pomirja, pa naj bo smiselna ali ne. Po mojem mnenju, in naj to poudarim, je takšne smernice sicer smiselno uporabiti kot orientacijo, a zgolj ob razumevanju, kako so nastale, in ob sočasni uporabi zdrave pameti.

Virtualna akustična okolja

Raziskave, s katerimi vrednotimo preference uporabnikov, bodo vedno zahtevne. Pravilen pristop mora vključevati tudi polno razumevanje, da je človek del opazovanega sistema, to pa pomeni negotovost in nova tveganja, ki jih moramo obvladovati.

Pri tem nam je veliko lažje, če eksperimente izvajamo v virtualnem akustičnem okolju. In kaj virtualno akustično okolje pomeni? V fizičnem smislu je to laboratorijski prostor, ki ima sam po sebi zelo šibek akustični odziv. Zvočno polje, ki ga ustvarimo z velikim številom zvočnikov, je v takšnem prostoru zato povsem pod našim nadzorom. V InnoRenew CoE smo opremljeni s sistemom ambisonics, pri katerem so zvočniki razporejeni v krogelni konfiguraciji okoli poslušalca. Če v tem sistemu vsak izmed zvočnikov predvaja ustrezno prilagojen signal, lahko v središču vzpostavimo zvočni val, ki se širi v poljubno smer.

InnoRenew CoE je pred kratkim pridobil sistem ambisonics, kakršnega imajo denimo na Tehniški univerzi na Danskem (https://www.elektro.dtu.dk/english/research/research-facilities/avil, na sliki njihov slušni sistem) in bo del načrtovanega akustičnega laboratorija nove stavbe inštituta. Foto: Naim Mansour

In ravno sposobnost reprodukcije poljubne smeri širjenja zvoka je tista ključna lastnost sistema ambisonics. Ta poslušalcu omogoči »zvočni potop«: poustvarjen je pristen občutek prisotnosti v nekem drugem – virtualnem –akustičnem okolju.

Poleg reprodukcije moramo v sistemu ambisonics tudi snemanje akustičnih okolij izvesti na posebej prilagojen način. Da pri tem pridobimo podatek o smeri, snemamo s posebnim mikrofonom z visokim številom mikrofonskih kapsul v krogelni konfiguraciji. Virtualna okolja pa lahko ustvarjamo tudi na podlagi računalniških simulacij. Ustvarimo torej lahko tudi povsem fiktivne akustične krajine, kar odpira široke možnosti uporabe tega sistema.

Zvočniki in mikrofon sistema ambisonics, ki so del akustičnega laboratorija InnoRenew CoE. Foto: Rok Prislan

Če se vrnemo k primeru koncertnih dvoran: dr. Tapio Lokki[iv] je s svojo raziskovalno skupino posnetke istega orkestra, ki je bil posnet v različnih dvoranah, predvajal ljudem v virtualnem akustičnem okolju. Poslušalec je s preprostim pritiskanjem na gumb lahko potoval med dvoranami in jih ocenjeval, pri čemer ni vedel, v kateri sedi (tukaj si lahko ogledate posnetek Lokkijevega predavanja o virtualni akustiki).

Možnosti uporabe virtualnih akustičnih okolij je seveda bistveno več – lahko, recimo, simuliramo hrupna pisarniška okolja in ugotavljamo, kaj bi pomenil dvig pregrade med delovnimi mesti in ali bi bil to zadosten ukrep za nemoteno delo. Kaj pa slabo izolirana stena, ki si jo delimo s hrupnim sosedom – jo je smiselno preplastiti ali pa bomo kljub ukrepu še vedno razumeli, kaj je predmet prepira v sosednjem stanovanju? Odgovore na takšna in še številna druga vprašanja bomo iskali tudi v akustičnem laboratoriju InnoRenew CoE.

Dr. Rok Prislan,
raziskovalec v InnoRenew CoE

Viri

[i] L. Beranek, Concert Halls and Opera Houses, Springer New York (2004), New York.

[ii] T. Lokki, Tasting music like wine: Sensory evaluation of concert halls, Physics Today 67(1), str. 27, 2014 (https://doi.org/10.1063/PT.3.2242).

[iii] Tehnična smernica: TSG-1-005:2012, Zaščita pred hrupom v stavbah (https://www.gov.si/assets/ministrstva/MOP/Dokumenti/Graditev/tsg_005_zascita_pred_hrupom.pdf, 24. 4. 2020).

[iv] T. Lokki, Throw Away That Standard and Listen: Your Two Ears Work Better, Building Acoustics 20(4), str. 283–293, 2013 (https://doi.org/10.1260/1351-010X.20.4.283).