Задача тысячи тел: архитектурная акустика на службе концертных залов

Как античные строители и современные архитекторы добиваются хорошей акустики в концертных залах, что такое реверберация и какие карты составляют завсегдатаи консерваторий, выяснял обозреватель Indicator.Ru Владимир Покровский.

Экскурс в историю

Среди множества наук, которые входят в архитектуру, кроме связанных непосредственно со строительством зданий и сооружений, есть и реставрация, и ландшафтная архитектура, и даже архитектурная физика. Об одной из дисциплин последней — архитектурной акустике — мы сегодня и поговорим. Помимо решения других задач, например шумоподавления в многоквартирных домах, она занимается, в частности, акустическим обустройством крупных залов: театральных, лекционных, концертных.

Несмотря на то, что это название возникло совсем недавно, его корни уходят в глубокую древность. Акустические свойства амфитеатров Древней Греции и Рима и сегодня поражают воображение. Крутой подъем амфитеатра обеспечивал не только хорошую видимость происходившего на сцене, но и хорошую слышимость прямого звука. Каменные поверхности оркестра, сцены и сооружений позади сцены направляли к слушателям звуковые отражения, усиливающие прямой звук. Хорошую акустику амфитеатров Древней Греции часто связывают с таинственно звучащими амфорами с узким горлом, которые стояли по сторонам сцены или вмуровывались в ее боковые стены. Считается, что они служили своеобразными резонаторами, которые усиливали звук, причем благодаря разным размерам эти амфоры были «настроены» каждая на свою частоту звука.

Достижения античной акустики были так впечатляющи, что дальше ее улучшать ни у кого не возникало желания. Только в конце XIX века акустикой занялись всерьез, и особенно преуспел век двадцатый. Однако, несмотря на серьезный прогресс, достигнутый за прошедшее столетие, несмотря на большое количество подробных рекомендаций по этому поводу, архитектурная акустика так до конца и не перешла из разряда искусства в разряд полноценной науки, застряв где-то посередине. Причина тому громадное количество факторов, влияющих на качество звука, долетающего до наших ушей, в число которых, по-хорошему, нужно включать даже эти самые уши.

Один мой знакомый назвал такую акустику «задачей тысячи тел», имея в виду распространенную в астрономии «задачу трех тел». Напомню, что последняя сводится к тому, чтобы описать движение под влиянием гравитации трех точечных тел, массы и начальные скорости которых известны. Со времен Ньютона лучшие умы человечества в течение нескольких веков безуспешно пытались найти общее решение для этой задачки и успокоились только в самом конце XIX века, когда немецкий астроном и математик Генрих Брунс доказал, что найти общее решение для задачи трех тел теоретически невозможно.

Так что, если даже для трех «тел» не получается найти общее решение, то что уж говорить о тысячах тел, то есть наполняющих зал поверхностях, в том числе и зрительских, по-разному отражающих и поглощающих звуки… Поэтому акустическим инженерам и приходится к каждому новому случаю, к каждому конкретному залу подходить творчески, полагаясь не только на результаты многочисленных измерений, но и на собственную интуицию.

Рождение акустики

И все-таки архитектурная акустика сегодня считается наукой. Начало ей положил в девяностых годах позапрошлого века американский инженер Уоллес Сэбин, пытаясь улучшить акустику Лекционного зала Гарвардского университета. Звук там был ужасный, и все были уверены, что улучшить его невозможно. Сэбин это невозможное совершил и заодно ввел в науку понятие реверберации. Он по праву считается родоначальником архитектурной акустики, и выводы физика даже сегодня пользуются большим спросом его последователей.

Реверберация — это слившиеся воедино тысячи эхо, которые сопровождают основной звук, возникают в результате его отражения от различных поверхностей и приходят к слушателю за разное время. За несколько лет измерений Сэбин выяснил оптимальную длительность «реверберационного хвоста» для лекционных залов.

Если дело касается того, чтобы обеспечить разборчивость речи, то здесь даже оптимума не существует, здесь главное, чтобы эта длительность была как можно меньше секунды. С музыкой сложнее, для нее реверберация даже желательна, причем для разной музыки разная: для камерной подходит 1,2-1,6 секунды, для оркестровой — 1,7-2,2, а для органной гораздо больше. Более того, для каждого инструмента существует свой оптимум реверберации. Например, о Малом зале Московской консерватории Ростропович говорил, что его строили как будто для того, чтобы играть там на виолончели.

Поэтому знатоки классической музыки составляют для себя карты концертных и оперных залов, отмечая места, где лучше всего слушать ту или иную оперу, тот или иной оркестр, тот или иной инструмент. Большинство склоняется к тому, что в Большом театре и Мариинке оперы лучше всего воспринимаются на балконе первого и второго ярусов, ближе к середине, в Большом зале консерватории хвалят середину первого ряда первого амфитеатра (хотя есть любители слушать рояль с последней скамейки второго амфитеатра), в ее Малом зале — первую треть партера.

Однако карты, похоже, у всех разные и сообразуются в основном с собственными предпочтениями слушателей. По этой же причине акустическим архитекторам приходится учитывать не только «тысячу тел», но и тысячу предпочтений, волей-неволей выбирая компромисс между желаемым и возможным.

Реставрировали, реставрировали, да и выреставрировали

Примером такого компромисса могут служить работы по улучшению звукового климата в Большом театре в ходе его длительной реставрации. Акустикой там занимались специалисты из Германии. Ситуация осложнялась тем, что Большой театр — историческое здание, и в нем нельзя менять практически ничего. Но простор для улучшений все же нашелся: из-под пола в зрительном зале убрали бетонную подушку, появившуюся там в двадцатых годах прошлого века в ходе очередной, не очень грамотной, реставрации, и восстановили полое пространство под ней. Увеличили также наклон пола в партере и размер оркестровой ямы. Несколько неожиданным решением было сделать «лепнину» из папье-маше, однако для хорошего звука этот ход оказался удачным. В ход шло все, вплоть до обивки кресел.

В результате время реверберации увеличилось с 1,2 до 1,6 секунды. Для сравнения: реверберацией в 1,2 секунды может «похвастаться» и Ла Скала. Кроме этого, самым кардинальным образом был улучшен звук на Большой сцене. В ноябре 2011 года на концерте Orchestra della Scala в Большом театре исполнялся Реквием Верди, и тогда в полной мере проявились новые акустические качества зрительного зала с обновленной оркестровой раковиной. Восхищение звучанием выражали и сам маэстро Даниэль Баренбойм, и музыканты, и публика.

Не так давно реставрации, в том числе и акустической, подвергся и Большой зал Московской консерватории. По акустическим качествам он считается лучшим в Москве концертным залом, но к 2010 году весьма обветшал. За 110 лет существования потолок и пол зала от времени стали рыхлыми, их требовалось обновить.

Главный акустик реставрации Анатолий Лифшиц пытался учесть все, что можно: долго и придирчиво выбирал кресла, по двадцать раз пересматривал систему крепления панелей, убрал из подвалов систему вентилирования, энергетики, рассчитанной на телевизионные трансляции, световой аппаратуры, всего, что могло привнести в зал ненужные вибрации, и в результате получил два репетиционных зала, ставших вдобавок улучшающими акустику резонаторами.

Этому предшествовали работы по моделированию акустического пейзажа Большого зала. Помимо компьютерного моделирования акустики провели моделирование с помощью специального макета, точно копирующего зал в масштабе 1:20.

По словам Евгения Шуева, акустика, возглавляющего Бюро акустических расчетов компании «Арис» (специализируется на архитектурно-акустическом сопровождении помещений), такое дублирование зачастую необходимо. «Сегодня существует несколько профессиональных программ, позволяющих провести акустическое моделирование, — рассказал Indicator.Ru Лифшиц. — Мы используем программу EASE, которая дает хорошие результаты, однако, как и любая программа моделирования, не лишена недостатков. Если параллельно использовать макетирование, эти результаты могут быть намного лучше».

О будущем

Шуев рассказал и о другом проекте, который только будет построен. «В Москве, на Сретенке, где раньше располагалась гостиница "Россия", планируется построить новый зал филармонии. Акустикой там занимается японец Ясухиса Тоета. На его счету акустика залов Дома музыки в Хельсинки, Концертного зала имени Уолта Диснея, Бинг Концерт Холла в Стенфордском университете, концертного зала Мариинского театра в Санкт-Петербурге. Разрабатывая акустическую систему новой московской филармонии, он также использовал макетирование, создав копию будущего зала в масштабе 1:10».

Последним писком акустической «моды», поделился Шуев, считаются залы с настраиваемой реверберацией. Длительность реверберации для концертного зала обычно неизменна. Однако сегодня существуют такие залы, где время реверберации можно заранее настроить на характер запланированной музыки.

«Существует два типа таких залов, — поясняет Шуев. – Первый — это залы с изменяемой геометрией. Настройка реверберации в них осуществляется за счет поворота специальных панелей и изменения их звукопоглощающих свойств (например, такой зал есть в Парижской филармонии — прим. Indicator.Ru). Второй способ — электронный, тоже очень недешевый. У нас (в России — прим. Indicator.Ru) пока ни тех, ни других залов нет».

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.