Zene a falak között |
Előző cikkünkben bemutattuk a hangszereket: hogyan működnek,
hogyan szólaltathatók meg, milyen jó és rossz tulajdonságaik vannak.
De nem elég őket csupán önmagukban vizsgálni, hiszen a hangszerek
általában nem a szabadban, hanem valamilyen zárt helyiségben,
előadóteremben szólalnak meg és a hanghatás erősen függeni fog a terem
tulajdonságaitól. Sokszor hallani olyan megjegyzéseket, hogy egy
teremnek jó vagy rossz az akusztikája; de vajon mit jelent ez? Milyen
akusztikai tulajdonságokkal lehet jellemezni egy termet - és hogyan
befolyásolhatjuk ezeket a tulajdonságokat?
*
A zárt terek néhány akusztikai tulajdonságát könnyen
megfigyelhetjük. Aki próbált már fürdőszobában énekelni, tudja, hogy
bizonyos magasságokban milyen megnyerően zeng a hangja. A nagy
nappaliban aztán már nem lesz annyira elragadtatva magától. Egy másik
érdekes jelenség viszont éppen a nagy termekben figyelhető meg. Ha
például egy templomban az orgona hirtelen elhallgat, még hosszú ideig
halljuk az utolsó hangot, amint lassan-lassan elcsendesedik. Az első
esetben az úgynevezett teremhangokat észleltük, míg a másodikban az
utózengést figyelhettük meg. Ezekről és a termek egyéb
tulajdonságairól a következőkben még részletesen írunk. Előbb azonban
nézzük meg, hogyan is terjed a hang más- és másféle környezetben.
Ha a hangforrás szabad térben sugároz, a hang intenzitása
(erőssége) fordítottan arányos a forrástól mért távolság négyzetével,
vagyis a forrástól 2m távolságban negyedakkora intenzitást mérünk,
mint egy méter távolságban stb. Ha egy kisméretű hangforrást úgy
helyezünk el a szabadban, hogy visszaverő felület ne essék a közelébe,
akkor a hanghullámok a forrásból kiindulva minden irányban gömbszerűen
terjednek tova. Az 1. ábrán az intenzitás változását ábrázoltuk, a
forrástól való távolság függvényében. Ha a hang erősségét
intenzitásszintben vagy hangnyomásszintben fejezzük ki, akkor a
távolság megkétszereződésével a szint mindig 6dB-t csökken.
A hang szétterjedését azonban egyszercsak megállítja a terem.
Hogyan terjednek szét a hanghullámok a teremben és hogyan jutnak a
hallgató fülébe? Tételezzük fel, hogy egy rövid idejű impulzust adunk
a hangszóróra. Rövid idővel azután, hogy az ily módon keltett
hanghullám elhagyta a hangforrást, valahol eléri a terem falát. A fal
nem engedi továbbterjedni a hangot, (elsősorban) visszaveri vagy
elnyeli. A magas hangok az optikából ismert visszaverődési törvény
szerint változtathatják irányukat, vagyis a hanghullám beesési szöge
ugyanakkora, mint a visszaverődés szöge. Ez a törvény azonban csak
addig érvényes, míg a határoló felületek sokkal nagyobb méretűek, mint
a hang hullámhossza. Közepes és magas frekvenciákon ez többnyire így
van, kivéve, ha a hang útjába kerülő akadályt székek vagy személyek
jelentik. Az ilyen kisebb méretű akadályokat a hullám megkerüli,
"elhajlik".
2. ábra
A hanghullámok útja a teremben a forrástól a hallgatóságig
A hullámok minden ütközésnél veszítenek energiájukból, így a
teremben létrejövő többszörös visszaverődés során lassan elenyésznek.
Próbáljuk meg (közelítőleg) leírni, hogy a visszaverődések
eredményeképpen hogyan is éri el a forrásból kiinduló hang a hallgató
fülét. Mint már említettük, a hangforrásból a tér minden irányában
hanghullám indul ki. Válasszunk ki néhány tetszőleges irányt, s
kövessük a hangsugarak útját (2. ábra). Mindegyik hangsugár rövid időn
belül elér valamilyen falfelülethez, ahonnan ütközés után kisebb
energiával és megváltozott irányban terjed tovább. A következő
ütközésnél újból irányt változtat és tovább csökken az energiája. Ez a
folyamat elméletileg a végtelenségig ismétlődhet, valójában azonban a
hangsugarak hamar elveszítik energiájuk nagy részét, s annyira
elhalkulnak, hogy már nem érzékeljük őket. A 3. ábrán bemutatjuk, hogy
a terem egy tetszőleges pontján milyen időrendben észleli a
hallgatóság a visszavert impulzusokat. Először az úgynevezett
közvetlen hang éri el a hallgatót, minthogy a hangforrás és a hallgató
távolsága mindig kisebb, mint bármelyik visszavert hangsugár útja. Egy
bizonyos időkésés után beérkezik az első visszavert impulzus, s ezt
követik a többszörösen visszaverődött jelek. A hallgató tehát,
legalábbis elvben, három fázisát éli át ennek a folyamatnak:
1. A közvetlen hang megérkezése
2. Az első visszaverődés
3. A többi visszavert hang együttese - ezt zengő hangnak nevezzük.
A hatás nagyon erősen függ attól, mekkora az időkésés a közvetlen
és az első visszavert impulzus között, illetve, hogy mekkora az a
teljes időtartam, ami a közvetlen hang megérkezésétől addig eltelik,
míg a visszaverődött impulzusok hallásküszöbünk alá süllyednek.
Hogy ezt a kérdést megvilágíthassuk, pár szót kell ejtenünk
hallásunk egy érdekes sajátosságáról. Az emberi hallás tanulmányozása
során végzett kísérletek kimutatták, hogy az egymáshoz időben túl
közel eső hangingereket nem különböztetjük meg: összegezzük őket. Két,
egymást követő impulzus hatására ugyanaz az érzet alakul ki bennünk,
mintha egy impulzus érte volna a fülünket, csak éppen a két impulzust
hangosabbnak halljuk az egynél. Ez a jelenség akkor figyelhető meg a
legjobban, ha a két jel túlnyomórészt magas komponensekből áll, és ha
a színképük és időbeli lefutásuk is hasonló. Ilyen feltételek mellett
a két jel teljesen összeolvad, ha idő-különbségük kisebb, mint 30-35
milliszekundum. A teljes elkülönüléshez, vagyis ahhoz, hogy tiszta
visszhangot halljunk, már legalább 100ms időkülönbség kell. Ha a
második jel beérkezéséig 35-100ms telik el, a hangot zavaró mértékben
visszhangosnak ítéljük.
Tekintettel arra, hogy a hang terjedési sebessége levegőben kb.
340m/s, a teljes összeolvadáshoz 10-11m-nél kisebb, a teljes
elkülönüléshez 34m-nél nagyobb útkülönbség szükséges.
Egy neves amerikai akusztikus, Beranek 1962-ben megvizsgálta a
világ 54 legjobbnak tartott hangversenytermét, és azt találta, hogy
egy hangversenytermet akkor érzünk kellemesnek, ha a közvetlen hang és
az első visszaverődés között az időkésés kisebb mint 20ms (azaz 0,02
másodperc). Egy, a téglatestet közelítő alakú teremben a legtöbb
hallgató a hozzá legközelebb eső oldalfalról kapja az első
visszaverődést, a terem közepén azonban már lehet, hogy a mennyezet
veri vissza hamarabb a hangot. Az első visszaverődés időkésését
szabályozni lehet megfelelő visszaverő felületek
behelyezésével-belógatásával.
A többi visszaverődés hatása minőségileg más. Mint az ábrán is
látható, ezek között az időkésés már nagyon kicsi: érzékelésünkben
összeolvadnak. Hatásukra a hang zengőbb lesz, és a hangossága is
növekszik. Ez, mint már említettük, az emberi hallás összegző
tulajdonságának a következménye. Ámde a terem nemcsak szubjektíve
tűnik hangosabbnak, mint a szabad tér. Ha nem impulzusokat vizsgálunk,
hanem a forrás folyamatosan kelti a hangot, akkor a teremben megnő a
fizikailag mérhető intenzitásszint (hangnyomásszint) is. A korábban
kisugárzott hang többszörösen visszavert komponensei ugyanis
hozzáadódnak a későbben kisugárzott direkt hanghoz. Nyilvánvaló, hogy
az eredő hangnyomás nagyobb lesz, mint ha a forrás szabad térben
sugározna. Minél kevesebb energiát vesztenek a hanghullámok
visszaverődéskor, azaz minél keményebb és simább a falfelület, annál
nagyobb lesz ez a szintemelkedés. Azt szokták mondani, hogy a teremben
egyszerre van jelen a közvetlen hang és a zengő hang. A folyamatosan
sugárzó forrás bekapcsolása után a zengő hang addig növekszik, amíg el
nem ér egy egyensúlyi állapotot (4. ábra). Ekkor a forrás által
kisugárzott hangenergia éppen fedezi a falak, berendezési tárgyak és a
hallgatók által elnyelt hangenergiát. Ha a forrást kikapcsoljuk, a
közvetlen hang azonnal megszűnik, de a zengő hang még egy ideig
hallható, bár erőssége fokozatosan csökken. Az az idő, amely alatt a
zengő hang szintje 60dB-t csökken, az úgynevezett utózengési idő.
4. ábra
A hangnyomásszint felnövekedése és lecsengése a teremben
A teremben kialakult hangtér tehát két összetevőből áll. A forrás
közelében a közvetlen hang az erősebb. Ha a forrástól eltávolodunk,
egyre nagyobb lesz a zengő hang hatása, s a forrástól nagy
távolságban, illetve a visszaverő felületek közelében már a zengő hang
az uralkodó. Olyan teremben, ahol a visszaverődés nagy (például egy
templomban, vagy a direkt ilyen célra készített zengőszobában) a tér
majdnem minden pontjában a zengő hang fog dominálni.
Hallásunk - szerencsére - a közvetlen hangból mindig meg tudja
állapítani a hangforrás helyét, még akkor is, ha a zengő hang van
túlsúlyban. Még a hosszú utózengésű templomokban is a kellő irányból
halljuk a hangot. Nem baj tehát, ha a hallgatóságot olyan helyre
ültetjük, amelyben már a zengő hang dominál.
Aki egyáltalán hallott már a termek akusztikájáról, tudja, hogy a
terem minősége egyértelmű kapcsolatban van az utózengési idővel. Bár a
képlet sokkal bonyolultabb, semhogy egyetlen adattal megfogható
legyen, az utózengési idő igen jó felvilágosítást ad arról, hogy
mennyire "életszerű" a terem. Nézzük csak, mint is jelent az utózengés
és hogyan lehet megtervezni.
Kapcsoljunk be egy hangforrást, majd egy bizonyos idő elteltével
kapcsoljuk ki. A zengő hang felnövekedésének és elhalásának folyamatát
a 4. ábrán szemléltetjük. Mint már említettük, a forrás hangenergiát
sugároz a térbe, ami a sokszoros visszaverődések folytán
felhalmozódik, de ugyanakkor fokozatosan el is nyelődik a falakon, a
teremben levő tárgyakon és személyeken és a levegőben. Amikor a forrás
által a térbe sugárzott energia (időegységenként) megegyezik az
elnyelt energia mértékével, kialakul az ábrán is látható állandósult
állapot. Ha az utózengési idő nagy, ez az állandósult szint is nagyobb
lesz. De a túl nagy utózengési idő már zavarja a zene élvezetét, mivel
egybemossa, külön-külön érzékelhetetlenné teszi az egymást rövid
idővel követő különböző hangokat.
Egy terem utózengési mennyisége a hangforrás teljesítményétől és a
terem térfogatától függ, az energia elnyelésének mértéke pedig a
felületek és tárgyak elnyelési fokától. Minél nagyobb egy terem, és
minél kisebb a falak elnyelése, annál nagyobb lesz a teremben mérhető
utózengési idő. Közelítőleg a következő képlettel lehet egy terem
utózengését kiszámítani:
T = (0,16V)/(F*α)
ahol V a terem köbtartalma köbméterben, F a terem felülete
m2-ben és α a felületi elnyelési fok (T pedig az utózengés,
szekundumban).
Hogyan határozhatjuk meg egy terem teljes falfelületének átlagos
elnyelési fokát, ha e felületet eltérő tulajdonságú anyagok borítják?
A különféle anyagok elnyelési fokát kikereshetjük a megfelelő
táblázatokból. Mivel az elnyelési fok nagymértékben függ a
frekvenciától, az egyes frekvenciasávokban külön-külön kell kiszámolni
az átlagos elnyelési fokot. Néhány felület elnyelési foka például
500Hz frekvencián a következő:
ablaküveg (3mm vastag) = 0,03
vakolt téglafal = 0,09
velúrszőnyeg = 0,20
Az elnyelési fok azt jelenti, hogy a kérdéses felületre beeső
hangenergia ekkora hányada nyelődik el. Ebből bárki könnyen
kiszámíthatja például egy padlószőnyeggel borított üres szoba
utózengési idejét 500Hz-en. Legyen a szoba mérete 5x4x3 méter, legyen
rajta 5m2 ablakfelület, és legyen a padlója szőnyeggel
borítva. Az elnyelés mértékét külön-külön ki kell számítani a falra, a
szőnyegre és az ablakra, s mindezt össze kell adni.
F = (5*0,03+20*0,20+69*0,09)m2 = 10,36m2
A szoba utózengési ideje:
T = (0,16*60) / 10,36 = 0,935s
A mély hangok általában sokkal kevésbé nyelődnek el, mint a
magasak. A 10kHz fölötti hangokat egy szőnyeg vagy egy vastagabb
függöny gyakorlatilag tökéletesen elnyeli, míg az egészen mély,
100Hz-nél alacsonyabb frekvenciájú hangokra ezek teljesen
hatástalanok. A zárt termek utózengési ideje ezért alacsony
frekvencián általában jóval magasabb, mint közepes frekvenciákon. Az
egészen magas hangokat viszont már a levegő is jócskán elnyeli, s
10kHz-en még a tökéletesen visszaverő felületű zengőszobában sem lehet
1 másodpercnél hosszabb utózengési időt előállítani.
De milyennek is kell lennie egy jó terem utózengési idejének?
Ha szabad térben, esetleg nagyon kis visszaverésű teremben
(süketszobában) hallgatunk zenét, a hangzás nagyon üresnek tűnik. Egy
bizonyos fokú zengés javítja a hang életszerűségét, kellemesebbé teszi
azt. Ez a hatás akkor a legkedvezőbb, ha az utózengés a frekvenciától
függetlenül körülbelül 1,5-2 másodperc. Az 5. ábrán bemutatjuk néhány
elismerten jó minőségű hangversenyterem utózengési görbéjét.
Az előbb elmondottak alapján számíthatunk rá, hogy a terem
utózengése mély hangokon jóval magasabb, a magasakon viszont kisebb
lesz a kívánatosnál. A teremakusztikai tervezés és kivitelezés egyik
legnagyobb feladata éppen az, hogy úgy csökkentse a terem utózengési
idejét mély frekvenciákon, hogy a közepes és magasfrekvenciás
utózengés ne csökkenjen, sőt: az utóbbi még növekedjen is. Eközben még
azt is figyelembe kell venni, hogy a teremben helyet foglaló
hallgatóság (természetesen létszámától függően) nagymértékben növeli a
terem elnyelését, s ezzel befolyásolja az utózengést. Problémát jelent
az is, hogy beszédre kisebb, kórusműhöz hosszabb utózengés kívánatos,
mint zenekari előadáshoz. Ezen csak az segít, ha az előadóterem
falainak felületét módosítani lehet (6. ábra).
5. ábra
Néhány akusztikailag jónak ítélt terem utózengési ideje, a frekvencia
függvényében
6. ábra
Egyszerű kivitelű, változtatható elnyelésű felületek
Ilyenkor a terem falain vagy a falak mentén olyan forgatható vagy
eltolható tartószerkezetek vannak kialakítva, amelyek egyik részét
nagy elnyelésű, a másik részét erősen visszaverő anyag borítja. Ha a
terem utózengési idejét csökkenteni akarjuk, akkor az elnyelő
felületeket forgatjuk kifelé, ha viszont zengőbbé kívánjuk tenni a
termet, a visszaverő felületek kerülnek kívülre. Ismeretes olyan
megoldás is, hogy a falmélyedésbe szerelt elnyelőanyagot egy zsaluzat
vagy egy tolóajtó választja el a teremtől. A zsalu, illetve a tolóajtó
nyitásával-csukásával folyamatosan változtathatjuk az elnyelés
mértékét.
A terem akusztikai jellemzői közül eddig kettővel ismerkedtünk
meg: a bensőséges hatást befolyásoló késleltetési idővel és az
életszerűséget befolyásoló utózengési idővel. Nem beszéltünk viszont
arról, hogy mekkora legyen a zengő energiahányad a fülünket
közvetlenül érő hanghoz képest. Bebizonyítható, hogy ha a közvetlen
hang jóval kisebb, mint a zengő hang, akkor már kellemetlennek,
összemosódónak érezzük a hangot. Ezért az előadótermekben gondoskodni
kell arról is, hogy a hallgatóságot közvetlenül érő energiahányad
minél nagyobb legyen. (Ez is ellene szól annak, hogy az utózengési
időt túl nagyra növeljük.) De, mint korábban már láttuk, a forrásból
kiinduló közvetlen hang a távolsággal gyorsan elhal. Mit tehetünk ez
ellen?
Először is megváltoztathatjuk a hangforrás méretét. A nagy
felületű hangforrásból kiinduló hangok már egy sík mentén terjednek,
és sokkal kevésbé csökken az energiájuk. Nagy felületű hangforrás
lehet már maga a zenekar, vagy sok megfelelően elhelyezett
hangsugárzó, de azt is megtehetjük, hogy nagyméretű hangvetőkkel
irányítjuk a hangot a nézőtér felé (7-8. ábra). Végül a
hangversenyterem megfelelő kialakításával is növelhetjük a közvetlen
energiahányadot. A 9-10. ábrákon látható furcsa alap- és metszetrajzok
a tapasztalatilag legjobban bevált hangversenyterem-formákat mutatják,
és az elméleti meggondolások is arra utalnak, hogy az ilyen és ehhez
hasonló formákkal lehet a legegyenletesebben elosztani a hangenergiát.
7. ábra
Zenekari dobogók keresztmetszeti vázlata
8. ábra
A hangvető hátfal és mennyezetrész kialakítása
Minél nagyobb a terem, annál súlyosabbá válik az energia-ellátás
problémája. Igen nagyméretű termekben, például sportcsarnokokban már
csak úgy oszthatjuk el egyenletesen az energiát tisztán akusztikai
módszerekkel, ha az utózengést is megnöveljük. Akkor viszont a
visszhangosság már zavaró lesz - mint ezt némelyik régi templomban is
megfigyelhetjük. A másik lehetséges megoldás, hogy mesterségesen
hangosítjuk a teremnek hangenergiával már csak rosszul ellátott
részeit. Ámde nagyon kell vigyázni rá, hogy a mesterséges hang
időkésése kicsit nagyobb legyen, mint a közvetlen hangé! A legjobb
hatást akkor érjük el, ha a mesterséges hang csak a zengő
energiahányadhoz járul hozzá, s mintegy kijátszva hallásunkat, így
növeli meg az egyébként gyenge természetes hang erősségét. Ilyenkor
észre sem vesszük, hogy mesterséges hangerősítés is működik a
teremben.
Nem beszéltünk még a cikkünk elején említett teremhangokról.
Mindeddig azt feltételeztük, hogy a hang a fényhez hasonlóan egyenes
vonal mentén terjed. Ez azonban csak addig igaz, míg a terem méretei
jóval nagyobbak a hang hullámhosszánál. Tudjuk, hogy a hullámhosszat
úgy számítjuk ki, hogy a hangsebességet elosztjuk a frekvenciával.
Mivel a hang sebessége levegőben és szobahőmérsékleten kb. 340m/s, az
1000Hz-es hang hullámhossza 34cm, a 100Hz-esé pedig 3,4m. Látható,
hogy nagyméretű hangversenytermekben csak az egészen mély hangoknak a
hullámhossza mérhető össze a terem méreteivel. Egészen más lesz
viszont a helyzet, ha a kisebb előadótermekre, vagy éppen lakószobákra
vagyunk kíváncsiak.
Ha a terem valamelyik mérete közel esik a fél hullámhossz egész
számú többszöröséhez, a teremben - akárcsak egy húron vagy egy sípban
- rezonancia alakul ki, amely a hangot jelentősen felerősíti. Ez az a
hatás, amelyet legjobban a kádban énekelve tapasztalhatunk ki:
bizonyos hangok éneklésekor a hang jelentősen felerősödik, és erősen
zeng a fürdőszobában. Ilyenkor rátaláltunk a fürdőszoba valamelyik
sajáthangjára. Mivel azonban a szoba vagy terem nem egydimenziós, mint
amilyen a húr vagy a keskeny levegőoszlop, a sajátfrekvenciáit leíró
képlet sem olyan egyszerű. Bonyolultabb alakú terem sajátfrekvenciáit
rendkívül nehéz kiszámítani, de jó tájékoztató adatokat kaphatunk, ha
egy hasonló méretű téglatestet vizsgálunk, az alábbi képlet
segítségével:
Itt a v a hangsebességet jelöli, a, b és c pedig a szoba méretei,
méterben számolva. Az n, m és r pozitív egész számok jelzik a
sajáthang rendszámát (de értékük nulla is lehet). A legalacsonyabb
frekvenciájú sajáthangok azok, amelyek rendszámában két nullát és egy
egyest találunk. Frekvenciájukat a képletből könnyen kiszámolhatjuk:
f100= v/(2a); f010= v/(2b); f001= v/(2c)
A sajáthangok hullámhossza éppen kétszerese a szoba megfelelő
méretének. Ha a terem leghosszabb méretét jelöljük mindig a-val, akkor
f100 a legmélyebb sajáthang frekvenciája. Egy 5x4x3m-es
szobában például f100=34Hz. Képletünk alapján bárki
kiszámolhatja saját szobájának "teremhangjait". A 11. ábrán a
példaként említett, 5x4x3 méteres szoba rezonanciafrekvenciáit
tüntettük fel 110Hz-ig.
Maradjunk azonban még az előadótermeknél. Egy átlagos méretű
előadóteremben a legmélyebb sajáthangok frekvenciája a néhányszor 10Hz
tartományba esik, esetleg még ennél is alacsonyabb. Ugyanakkor ezek a
rezonanciák nem lesznek túl élesek, mert az ennyire mély hangokat az
ajtók, ablakok, álmennyezetek elég jól elnyelik. A megmaradó kisméretű
kiemelés csak javít a terem akusztikáján, hiszen egyrészt már a
hangforrások (hangszerek vagy hangsugárzók) sem tudnak elég nagy
energiát sugározni ilyen mély frekvenciákon, másrészt hallásunk is
nagyon érzéketlen az ilyen mély hangokra. Túlságosan nagy méretű
teremben a legerősebb sajáthangok már nem is esnek hallásunk
tartományába. (A lakószobákban egészen más lesz a helyzet!)
Összefoglalva az eddigieket: láthattuk, hogy a terem akusztikai
minőségét három fő tényező határozza meg: az első visszaverődés
időkésése (amely nem lehet túl nagy), a közvetlen hangenergia aránya a
zengő hanghoz viszonyítva, végül pedig a terem utózengési ideje. E
három tényező nem független egymástól, s ezért a termek kialakítása és
berendezése során könnyen előfordulhat, hogy az egyik tényező javulása
a másik romlásával jár együtt. Azt is láttuk, hogy a terem méretétől
függően ezek a tényezők nem azonos súllyal esnek latba. Igen nagy
termekben a hangenergia biztosítása a legnagyobb gond; átlagos méretű
teremben az utózengés beállítása megy a legnehezebben.
Nem kívánunk belemenni a hangversenytermek akusztikájának
részleteibe; az eddig elmondottakkal csak az volt a célunk, hogy
megvilágítsunk bizonyos alapfogalmakat, s érzékeltessük, hogy az
akusztikai tervezés igen bonyolult és hosszadalmas munka, amelynek
végeredménye nagyon sok tényezőtől függ. Építészeti vagy
belsőépítészeti szempontból lényegtelennek tűnő apró változtatások
teljesen tönkretehetik egy terem akusztikáját. S mivel nincs olyan
egyértelmű módszer, amellyel a terem akusztikai tulajdonságait
pontosan meg lehetne tervezni, előfordulhat, hogy a gondos, esetleg
még modellkísérletekkel is alátámasztott tervező munka sem vezet
kielégítő eredményre. Külön kell hangsúlyozni, hogy az akusztikai
tervezés a közhiedelemmel ellentétben nem követi az építészeti
tervezést, hanem megelőzi azt. Ez még nem került be kellő mértékben az
építészek köztudatába: sok esetben olyan kész helyzet elé állítják az
akusztikai tervezőt, amelyből az már nem is találhat kivezető utat.
Térjünk át most már a lakószobákra. Mi a legfőbb különbség a
lakószoba és az előadóterem között? Elsősorban a méretük - másodsorban
pedig az, hogy a lakószobában legtöbbször mesterséges, hangszóróból
jövő hangot hallunk. Nézzük meg, mennyiben alkalmazhatjuk a
teremakusztika már megismert fogalmait a lakószobákra. Nem szeretnénk
azonban félrevezetni az olvasót. Nagyon távol vagyunk még attól, hogy
általánosan használható receptet adjunk a lakószobák akusztikai
szabályozására. Egyelőre valóban csak az eddig megismert alapelveket
próbáljuk átvinni a sokkal kisebb méretű lakószobákra.
Láttuk, hogy egy átlagos, 5x4x3m-es üres szobában 500Hz-en
legföljebb 1 másodperces utózengést várhatunk. Nyilvánvaló, hogy a
hangversenytermekre megállapított 1,5-2 másodperces legkedvezőbb
utózengést lakószobában lehetetlen létrehozni. Elvben ugyan
törekedhetnénk arra, hogy a szoba utózengését erősebben visszaverő
felületek alkalmazásával növeljük, de ezzel éppen az ellenkező hatást
érnénk el. Egyrészt jóval erősebbek lennének a teremrezonanciák,
másrészt fellépne egy másik, igen kellemetlen akusztikai jelenség, az
úgynevezett csörgővisszhang. Ha egy üres szobában tapsolunk,
észrevehetjük, hogy a tapsolás hangja kellemetlenül csörögve
visszhangzik. A jól visszaverő, egymással szemben levő párhuzamos
falak között ide-oda verődik a tapsolás hangja, és a visszavert hang
szabályos időközönként éri el a fülünket. Ez a hatás nem ugyanaz, mint
amit a teremhang okoz. A csörgővisszhang impulzusszerű, sok
nagyfrekvenciás összetevőt tartalmazó hangokkal hozható létre, míg
teremhangokat csak alacsonyfrekvencián kelthetünk.
A teremhangok és a csörgővisszhangok miatt tehát mindenképpen
csillapítani kell a szobát. Vigyázni kell ugyanakkor arra, hogy a
csillapított "süketszobában" a zene teljesen üresen hangzik,
gyakorlatilag élvezhetetlen. Sokan azt hiszik, hogy a hallgatott hang
minősége annál jobb, minél inkább hasonlít a szoba akusztikailag egy
rádióstúdióra. Ez nagy tévedés! A stúdióban felvételek készülnek, és a
mikrofon jóval érzékenyebb a visszhangokra, mint a fülünk. Ezt
mindenki tapasztalhatta már, aki lakásában mikrofonnal magnófelvételt
készített. Visszajátszáskor meglepődve tapasztalja, hogy a felvételen
olyan visszhangok jelennek meg, illetve füllel alig hallható zajok
olyan mértékben felerősödnek, hogy a felvétel egyáltalában nem hangzik
természetesnek. Ezért van, hogy a felvételre szolgáló stúdiókat igen
erősen csillapítják. A lehallgatással szemben egész mások a
követelmények. Ne törekedjünk tehát a csillapítás minden áron való
növelésére.
Mit követhetünk el, hogy lakószobánk akusztikája jobb legyen?
Küszöböljük ki az egymással szemben levő párhuzamos felületek okozta
csörgővisszhangot. Ezt legegyszerűbben úgy érhetjük el, hogy a két
felület visszaverő képességét nagymértékben eltérőre állítjuk be. Ha
például a padlót szőnyeg borítja, a mennyezet és a padló között már
nem alakulhat ki csörgővisszhang. A párhuzamos falak egyikére nyitott
könyvespolcot tehetünk, de az már nem jó, ha a másikat is
könyvespolccal borítjuk. Akusztikailag ugyanis ez az eset sem kedvező.
(Akárcsak a túlzott aszimmetria sem. A legjobb, ha a két szemközti
falon váltogatva helyezzük el a csillapító felületeket.) Persze
általában a csörgővisszhang nem okoz túl nagy problémát, egy
normálisan bebútorozott lakószobában igen kicsi a valószínűsége annak,
hogy kellemetlen csörgővisszhang alakuljon ki. Ha mégis ilyesmit
tapasztalunk szobánkban, nézzük meg, hogy valamelyik hangszóró nincs-e
két egymással szemben levő, jól visszaverő falfelületet összekötő
egyenesben. Az egyik felület csillapításának a növelésével vagy a
hangszórók áthelyezésével a legtöbb esetben kiküszöbölhetjük ezt a
kellemetlen jelenséget.
A megfelelő bútorozás a teremhangok élességét is csökkenti. Kis
mértékben a frekvenciájuk is csökken, ha a falak elnyelését növeljük,
de kevésbé csökken a frekvencia, mint amennyire a rezonancia élessége
mérséklődik. Általában már a bútorzat is elegendő mértékben
csillapítja a teremhangokat, baj csak akkor van, ha több sajáthang
egybeesik, és ezen a frekvencián a hangszóró is éppen kiemel. Ilyen
esetben kellemetlenül "döng" a szoba. Ezt a kellemetlen hatást elvben
mindig meg lehet szüntetni, de néha csak sok-sok próbálkozás árán
találjuk meg a megoldást. Minthogy a szobát nem nagyon tudjuk
elhangolni, a szóba jöhető módszerek arra korlátozódnak, hogy növeljük
a csillapítást, illetve áthelyezzük a hangsugárzóinkat.
A mélyhangú döngést különféle lemezek hajlító rezgésével lehet a
legjobban csillapítani. Ilyen lemez lehet például egy falburkolat
(lambéria). Az a lényeg, hogy a burkolat mögött levegő legyen, úgy,
hogy a hang hatására a burkolat hajladozni tudjon. Ez a hajlító mozgás
jó hatásfokkal emészti föl a hang energiáját. Ha a lemez saját
csillapítása nem elegendő, mint például a vékony fémlemezeké, akkor a
lemez mögé elnyelő anyagot kell tenni. Ez például habszivacs lehet,
vagy kőzetgyapot. (Megjegyezzük, hogy a lakótelepi lakások
betonpaneljei is ilyen kis csillapítású lemezek, amelyek a mély hangok
hatására rezgésbe jönnek, de a szobából elvont energiát nem emésztik
föl, hanem a túlsó oldalon lesugározzák. Ezért a lakótelepi házakban a
mély hangok igen nagy távolságra is eljutnak, a szomszédok nagy
örömére. Gondoljunk erre akkor, amikor mélyemelést állítunk be az
erősítőnkön!)
A lemezrezonátor méretezése nagyon bonyolult számolást igényel.
Egyszerűsíteni lehet viszont a problémát azzal, ha csak a
legalacsonyabb frekvenciát határozzuk meg. Abban az esetben, ha a
lemez saját hajlító mozgásától eltekintünk, és csak a lemez mögötti
levegőréteg rugalmasságát vesszük figyelembe, a rezonanciafrekvenciát
a következő képlet segítségével számolhatjuk ki:
f = 6000 / (m*d)
ahol m egy négyzetméternyi lemez súlya kilogrammban, d pedig a
faltól való távolság, méterben. A képletben csak a lemez súlya
szerepel, mivel úgy tekintjük, mint a légrugót terhelő tömeget. Ha
ugyanezt a tömeget kisebb vastagságú, de nagyobb sűrűségű lemezből
hozzuk létre, a lemezrezonátor mély elnyelése javulni fog, mert a
saját hajlító mozgásai is energiát emésztenek föl. A hajlító rezgések
frekvenciája nagyon bonyolult módon függ a lemez méreteitől, de minden
esetben a vastagság négyzetével arányos. Ezért a fele olyan vastag
lemez hajlító rezgéseinek frekvenciája negyedakkora lesz.
A hangszóró elhelyezésére még nehezebb általános érvényű szabályt
mondani. Nyilván arra fogunk törekedni (egyebeken kívül), hogy minél
kevésbé gerjesszük a terem sajáthangjait. Jó tudni, hogy a
leges-legmélyebb teremhangok nem veszélyesek. A hangszóró mérete
nagyon kicsi a hullámhosszhoz képest, szinte pontszerű hangforrásnak
tekinthető, s mint már tudjuk, az általa létrehozott hang erőssége a
távolsággal csökken. Sík állóhullámot az ilyen hangszóró csak akkor
tud létrehozni, ha a szobában a zengő hangtér dominál - lakószobában
azonban ez sohasem fordulhat elő.
A teremhangok kérdése rendkívül bonyolult, éppen ezért nem is
foglalkozunk tovább vele. Néhány egyszerű szabályt azonban
megjegyezhetünk. Először is, a hangszóró nem fogja gerjeszteni azokat
a sajáthangokat, amelyek félhullámhossza kisebb, mint a hangszóró
faltól való távolsága. Például a faltól 1 méterre állított hangszóró
170Hz fölötti sajátfrekvenciát már nem gerjeszt. Azokat a
teremhangokat viszont, amelyeknek a negyedhullámhossza közel esik a
faltól való távolsághoz, erősen gerjeszteni fogja. Példánkban ez a
frekvencia 85Hz körül lesz. Vigyázni kell arra, hogy ez a tartomány ne
essen egybe a hangszóró valamelyik kiemelésével. A másik ökölszabály,
hogy a két hangszórót egymástól ne tegyük olyan távolságra, amely
éppen megegyezik valamelyik saját hang hullámhosszával.
Ha kellemetlen kiemeléseket, döngéseket tapasztalunk a mély
tartományban, a következő eljárást ajánljuk. Először is számítsuk ki a
teremhangok frekvenciáit. Ha úgy látjuk, hogy a hangfalunk kiemelése
környezetében sok sajáthang várható, próbáljuk óvatosan odébb
tologatni a dobozokat. Ha ez nem segít, megpróbálkozhatunk a
falburkolattal, vagy - ha a döngés csak egyetlen jól meghatározott
hangmagasságnál jelentkezik - megpróbálhatjuk "leszívni" egy
úgynevezett Helmholtz-rezonátorral. A rezonátor kialakítását a 12.
ábrán láthatjuk. A rezonanciafrekvenciát az
képlet segítségével számíthatjuk ki, ahol f0 a
rezonanciafrekvencia Hz-ben, c a hang terjedési sebessége cm/s-ban, v
az üreg térfogata cm3-ben, s a nyaknyílás felülete
cm2-ben, l pedig a nyak korrigált hossza cm-ben. (Tényleges
hossz + kerületének negyedrésze.) Persze, ha igen mély frekvenciákat
akarunk csillapítani vele, a Helmholtz rezonátorra is jó nagy méretek
adódnak. Szükség esetén kihasználhatjuk a szoba berendezési tárgyait,
és például valamelyik ágy alatti holt teret is kialakíthatjuk
rezonátornak. Néhány dologra azonban vigyáznunk kell. Egyrészt a
térfogatnak légmentesen zártnak kell lennie, mert minden olyan rés,
amelyen levegő tud ki-be áramlani, beleszámít a nyílás felületébe.
Másrészt, nem jó, ha a rezonancia túlzottan éles, mert ebben az
esetben a rezonátort nagyon nehéz lesz ráhangolni a kívánt
frekvenciára - főleg otthoni körülmények között. (Ráadásul a nagyon
éles rezonanciagörbéjű rezonátorok nagyon kellemetlen meglepetést
okozhatnak. A rezonátor ugyanis elsősorban energiatároló: a külső
térből összegyűjti az energiát, a saját belső terében raktározza, s
eközben el is nyel valamennyit belőle. Az "éles" rezonátorban nagyon
magas lesz a belső energiaszint. Ha most kívül hirtelen megszűnik a
hang, a rezonátor belsejében tárolt energia kisugárzódik. A kisugárzás
annál tovább tart, minél élesebb a rezonancia. Ez a hatás csúnyán
eltorzíthatja a hallgatott zenét.) Kevésbé lesz éles a rezonancia, ha
a nyak rövid, esetleg csak egy nyílás helyettesíti. Célszerű azonban
fenntartani az utólagos hangolás lehetőségét. Például úgy, hogy a
rezonátor zárt dobozán téglalap alakú nyílást vágunk, amely előtt egy
kis lemezt tudunk eltolni. Így a felület nagyságát folyamatosan
változtathatjuk, s ezzel széles határok között hangolhatjuk
rezonátorunkat. (A rezonátor nyílását célszerű a falak közelében
elhelyezni, mert ott a hangnyomás mindig magasabb!)
Tételezzük fel (a játék kedvéért), hogy sikerült szobánk
akusztikáját "tökéletesen" beállítanunk. Nincs benne csörgővisszhang,
és a sajáthangjait is egytől-egyig "kiirtottuk". Mi lesz az eredmény?
Egy teremakusztikai szempontból túlcsillapított szoba, amelyben a
zengő hang csak a falak közvetlen közelében nő a közvetlen hang
fölé... A lakószobában a zenét hallgató személy gyakorlatilag mindig a
közvetlen hangtérben ül; ezért van az, hogy a hangszóró tulajdonságai
sokkal erősebben befolyásolják a kialakuló hangteret, mint a szoba.
Nagy szerencse ez a hifista szempontjából! Ezért jöhet egyáltalában
szóba, hogy hangszórón át hallgathassunk zenét!
A lakószoba akusztikai tulajdonságai igen nagy jelentőségűek
akkor, ha természetes hangforrások szólnak a szobában. A zongora vagy
a hegedű hangja egészen más lesz, mint a hangversenyteremben. A
rövidebb utózengés és a visszavert hangok kisebb időkésése miatt a
hangzás jóval szegényesebb. A lakószoba akusztikája ezért komoly
gondok elé állíthat például egy kamarazenélést kedvelő baráti
társaságot - a hifista viszont elsősorban a felvétel helyének
akusztikáját, illetve a felvételt keverő hangmérnök által létrehozott
téreffektusokat fogja hallani. A jó felvétel, meg persze a nívós
visszajátszó-berendezés szinte beviszi az embert a hangversenyterembe.
Ez persze természetes. A mikrofonok, amelyekkel a felvételt
készítették, nemcsak a közvetlen hangot, hanem a visszaverődéseket is
észlelik, ezért a felvételben már az eredeti színhely utózengése és
időkésései is benne vannak. A hallgató az első visszaverődést és a
zengő hangot is a hangszóróról fogja hallani, és kevésbé érzékeli
saját szobájának hatását. Csak az igazán jelentékeny akusztikai hibák
okoznak észrevehető torzulást a hangtérben. Ezért is helyeztük a
hangsúlyt cikkünkben a két legveszélyesebb hibára.
A hangversenyteremtől kiindulva eljutottunk tehát a lakószobáig.
Persze, meglehetősen leegyszerűsített képet festettünk, mert nem
akartuk elvenni az olvasó kedvét. Most már bevallhatjuk: senki sem
tudja igazán, mitől ítéljük jónak vagy rossznak egy terem
akusztikáját. Azok a szempontok, amelyekről eddig beszéltünk, inkább
negatív értelműek. Vagyis, ha az utózengés nem jó, ha túl sok vagy túl
kevés a visszaverődés, akkor valószínű, hogy a terem akusztikáját
szubjektíven is rossznak ítéljük. Fordítva viszont ez nem áll: lehet
egy terem az említett paraméterek szempontjából tökéletes,
meghallgatva pedig pocsék. Az a baj, hogy nem tudunk még eleget az
emberi hallás sajátosságairól, nem tudjuk, hogy az ítéletünk
kialakításában melyik akusztikai paraméternek mekkora a jelentősége. A
műszeres mérések szerint például a termek és lakószobák igen nagy
mértékben visszahatnak a jelre, szinte tökéletesen felismerhetetlenné
teszik mind a spektrumát, mind az időbeli lefutását. És mégis, ennek a
szubjektív hatása (szerencsére) sokkal kisebb, sokszor alig vehető
észre.
*
S ha ez egyszer már így van, mit tegyünk: örüljünk neki. Fogjuk
fel úgy a dolgot, hogy ha az akusztikusok már mindent tudnának az
emberi hallás fiziológiájáról, a termek akusztikájáról és a zenei
hangokról - akkor mi maradna a hifistáknak? A mi feladatunk most tehát
az lesz, hogy keressünk jellegzetes lakószoba-típusokat, és próbáljuk
meg, vajon kézben tudjuk-e tartani legalább ezeknek az akusztikáját.
Ha kísérleteink eredménnyel járnak - újra jelentkezünk.
Angster Judit & Miklós András
9-10. ábra
A tapasztalatilag legjobban bevált teremformák közül kettőnek az alap-
és metszetrajza
11. ábra
Egy 5*4*3m-es szoba sajáthangjai 110 Hz-ig
12. ábra
Helmholtz-rezonátor vázlatos rajza