Per bé que ja segles enrere els locals destinants a actes públics es construïen intentant assolir unes qualitats acústiques adequades per a la realització dels actes previstos, no fou fins al començament del segle XX que aquesta disciplina esdevingué autènticament una ciència, gràcies als treballs del físic acústic nord-americà W. Sabine. Les característiques principals que determinen el comportament acústic d’una sala es poden resumir en quatre: absorció, reverberació, reflexió i aïllament. La complexitat del problema del disseny acústic d’un recinte prové del gran nombre de factors que hi intervenen.
Absorció
L’absorció és el fenomen responsable del decreixement de la intensitat d’un so. Físicament, pot provenir d’una dissipació o d’una transmissió de l’energia sonora. Quan es tracta d’una dissipació, l’energia sonora inicial es converteix, mitjançant fricció, en calor. Aquest tipus d’absorció està associada a materials tous i porosos (en aquest últims, la fricció de l’aire en moviment contra les parets dels conductes que formen els porus és molt elevada). Quan es tracta de transmissió, l’energia és transferida de manera unidireccional cap a un altre sistema vibratori (per exemple, cap a les estructures properes al recinte). En general, els sons aguts (freqüències altes) són dissipats mentre que els greus (freqüències baixes) són transmesos. De les característiques d’absorció d’un recinte, en depenen tres paràmetres acústics importants. En primer lloc, el temps que es triga a assolir un nivell d’intensitat constant. En efecte, des del moment en què una font comença a emetre un so, s’estableix un balanç entre l’energia sonora que s’introdueix dins el recinte i la que és absorbida pel recinte. Atès que el ritme d’absorció és proporcional a la intensitat del so, en el balanç inicial l’energia aportada és més gran que la dissipada, i per tant el so augmenta. A mesura que la intensitat creix, el balanç es va igualant fins que arriba un punt en què aportació i dissipació són compensades. En aquest moment, la intensitat que es percep esdevé constant. Aquest nivell constant d’intensitat assolit és precisament el segon paràmetre acústic important que depèn de l’absorció. El tercer paràmetre, i el més important de tots tres, és el temps que triga el so a ferse inaudible un cop aturada la font. Un temps d’extinció excessiu pot fer, per exemple, que un discurs sigui inintel·ligible (però no inaudible) ja que les síl·labes pronunciades se superposarien i crearien sensació de confusió. Tenint en compte que el ritme d’absorció depèn de la intensitat del so, la recomanació que cal donar a la persona que parla en un cas com aquest és la de no parlar gaire fort.
Temps de reverberació
Sabine introduí el concepte de "temps de reverberació T", que definí com a temps necessari perquè un so redueixi la seva intensitat inicial en 60 dB. Evidentment, el valor d’aquest temps T depèn dels mateixos paràmetres de què depèn l’absorció (intensitat i freqüència del so). Per tal que una mesura de reverberació sigui útil, cal doncs que es faci emprant sons d’intensitat i freqüència conegudes i controlades. Per fixar de manera completa el caràcter reverberant d’una sala, cal fer una mesura en què siguin presents totes les freqüències de so habituals. Des del punt de vista teòric, es podria determinar una corba de reverberació a partir de moltes mesures realitzades, cadascuna de les quals, amb un so pur d’una sola freqüència. Tot i que fou la manera de procedir inicial de Sabine, aquest mètode és poc pràctic perquè, a més de no donar un valor únic global de reverberació, demana un temps llarg de mesura i els resultats es veuen afectats per una altra característica del recinte no lligada a l’absorció, que és la ressonància. Actualment, se sol efectuar una mesura a partir d’un so impulsional (un cop), que és un tipus de so que conté gairebé totes les freqüències audibles. El temps que triga a decréixer 60 dB és una bona estimació del temps de reverberació mitjà per al marges de freqüències més habituals.
Una altra aportació de Sabine a l’acústica de sales fou la d’obtenir empíricament una relació entre el temps de reverberació T i les característiques geomètriques i físiques de la sala i dels materials que conté. Aquesta relació s’expressa mitjançant l’equació matemàtica següent: T=(0,16 V)/(aS), on T es mesura en segons, V és el volum de la sala en metres cúbics, S és la superfície absorbent en metres quadrats i a és el coeficient d’absorció del material. En el cas que la sala presenti diversos materials, que és el més habitual, el denominador de l’equació conté la suma dels productes dels diferents coeficients i superfícies dels materials. Els coeficients d’absorció per als materials de construcció més habituals són tabulats per a diferents freqüències. Molts d’aquests coeficients augmenten al començament amb la freqüència, i a partir d’uns 500 Hz inicien un decreixement. De vegades, l’augment es manté fins a altes freqüències. Aquest és el cas, per exemple, del coeficient d’absorció associat a la presència de públic. Això fa que, en una sala plena, el so perdi bona part de la seva brillantor (característica que es relaciona directament amb la quantitat d’altes freqüències present en el so). Quan es tracta de fer un càlcul teòric a partir de les taules, se sol prendre el valor dels coeficients per a una freqüència de 500 Hz. Evidentment, això condueix a un valor per al temps de reverberació que no es correspon exactament amb el que es mesuraria a partir d’un so impulsional, però pot servir com a referència.
Reflexió
Els materials que no absorbeixen el so, el reflecteixen i el distribueixen dins la sala. Les superfícies reflectants són en general regulars i llises. Aquestes superfícies augmenten el temps de reverberació, ja que el coeficient d’absorció corresponent és pràcticament negligible, però són necessàries si es vol que el so es reparteixi de manera uniforme dins del recinte. La geometria de les superfícies reflectants és molt important per tal d’aconseguir una distribució uniforme. De manera anàloga a com succeeix amb les imatges reflectides en els miralls, una superfície convexa reflecteix el so de manera divergent, i per tant es podria dir que escampa el so. Amb aquest tipus de geometria s’obté, per tant, una distribució uniforme però de baixa intensitat. Una superfície còncava, en canvi, el reflecteix de manera convergent, i així concentra el so. Quan la superfície còncava és esfèrica, el punt de màxima concentració és el centre de l’esfera. La utilització d’aquest tipus de geometria és, per tant, molt perillosa, perquè dona lloc a una distribució que pot ser molt irregular. Si, per exemple, es dissenya un sostre esfèric però es pren la precaució d’emprar un radi que faci aproximadament el doble de l’alçària de la sala, llavors el punt de concentració es trobaria per sota del terra, i per tant la distribució real del so que s’aconseguiria al nivell de terra seria força intensa i uniforme. Les parets reflectants planes no concentren ni escampen el so, però permeten que es redirigeixi si es col·loquen amb un angle d’inclinació adequat respecte de la direcció d’arribada del so.
Un perill que deriva d’una utilització errònia d’aquest tipus d’elements és el fet que es produeixin ecos. L’eco prové de la reflexió del so en una paret plana. Si es percep com a separat del so inicial, aquest eco pot ser molest. Per tal que l’oïda l’identifiqui sense barrejar-lo amb el so original, cal que arribi amb un retard temporal no inferior als 50 mil·lisegons. Tenint en compte que l’eco arriba després d’haver fet un camí d’anada i tornada fins a la paret, un retard exacte de 50 ms voldria dir una separació entre paret i receptor de 8,5 metres (per a una velocitat mitjana de propagació del so de 340 m/s). Distàncies superiors a aquesta condueixen, doncs, a ecos indesitjables. En una sala de concerts, la paret que els pot originar és la del fons, per això cal garantir-ne el recobriment amb un material absorbent que els elimini. D’altra banda, l’existència de parets llises paral·leles pot afavorir l’aparició de successions ràpides d’ecos, anomenats flutter ecos, a més de l’establiment d’ones estacionàries i, per tant, de ressonàncies. En aquest últim cas, per a determinades freqüències, el so seria molt amplificat, la qual cosa crearia una descompensació tímbrica en el so percebut.
Aïllament
Pel que fa a l’aïllament, de la mateixa manera que l’absorció de la sala pot transmetre el so cap a l’exterior, el soroll extern pot ser transmès a la sala per diversos camins. En general es distingeixen dos tipus de soroll: l’aeri i l’estructural. En el primer cas, es tracta de soroll que es transmet directament per l’aire, mentre que en el segon són vibracions mecàniques conduïdes pels elements estructurals de l’edificació. Dins dels primers hi ha, per exemple, els sorolls del carrer que entren per una finestra oberta, o el soroll associat a un sistema d’aire condicionat. El segon tipus inclou els provocats pel pas d’una línia de metro propera o per l’impacte directe contra l’estructura quan es fan obres al costat. El soroll aeri es pot combatre mitjançant l’ús de dobles finestres i portes i de dissenys acurats del sistema de ventilació. Per evitar el soroll estructural, la solució més eficaç és, evidentment, triar adequadament l’emplaçament de la sala, lluny de línies de transport. Si l’emplaçament no és del tot adequat, les solucions són, en general, molt costoses i impliquen la utilització de dobles parets o terres flotants, entre d’altres.
Consideracions generals
A l’hora de dissenyar una sala, cal tenir en compte tots els factors esmentats anteriorment i intentar ajustar-los de manera que la seva acústica sigui adequada per a l’ús que se’n vol fer. Així com hi ha recomanacions generals per a tot tipus de sales, com un bon aïllament, n’hi ha una que està molt directament relacionada amb la utilització particular del recinte: el valor adequat del temps de reverberació T. Quan la intel·ligibilitat és un factor important en la utilització del recinte, el valor de T ha de ser baix per tal que les síl·labes pronunciades no es barregin. Aquest és el cas de les sales de conferències. Quan la sala és destinada a un ús musical, la reverberació ha de ser superior per evitar que el so resulti sec o sord. Ara bé, si es vol mantenir la percepció acurada i nítida de passatges virtuosos, on es produeix un gran nombre de notes en poc temps, cal mantenir-se amb valors poc superiors als de les sales de conferències. En general, les sales destinades a música de cambra estan dins d’aquests requeriments. Quan es busquen sobretot efectes d’un elevat volum sonor -com és el cas de la música coral, la d’orgue i la simfònica-, llavors cal anar cap a temps de reverberació llargs. Un cas particular és el de l’òpera. Normalment aquest gènere musical demana intel·ligibilitat quan canten els solistes però també volum sonor quan apareixen els cors o quan l’orquestra esdevé protagonista. La pràctica habitual és la de prioritzar l’efecte de volum per damunt de la nitidesa del text cantat.
Panoràmica d’algunes sales remarcables
Habitualment els auditoris han d’acollir formacions musicals diverses, i per tant la tria del temps de reverberació variarà en cada cas. Per exemple, la Gewandhaus de Leipzig (Saxònia) i el Théâtre des Champs Elysées de París, plens, donen 1,2 s; l’Opéra Garnier de París, 1,5 s; la Scala de Milà, 1,2 s; el Royal Festival Hall de Londres, 1,5 s; el Carnegie Hall de Nova York, 1,8 s; el Teatre dels Festivals de Bayreuth, 1,6 s; la Staadtsoper de Viena, 1,3 s; el Gran Teatre del Liceu, 1,38 s (abans de la restauració, 1,3 s), i l’Auditori de Barcelona, 2,05 s. Una altra opció, que cada vegada s’estén més, és la de dissenyar sales d’acústica variable. En aquests auditoris, les parets i el sostre són formats per diversos elements independents la disposició dels quals es pot canviar segons la formació musical que acullen.
Bibliografia
- Giménez Pérez, Alicia: Contribución al estudio de la acústica en recintos cerrados: aplicación a salas de conciertos