theatre la scala italy

طراحی آکوستیکی و مهندسی صدا در محیط های مختلف از زمان های بسیار قدیم مورد توجه قرار داشته. در ابتدا قصد از این طراحی رساندن صدای سخنران به تعداد زیادی از شنوندگان بود، اما با پیدایش موسیقی و انواع مختلف نمایش ها، رسالت آکوستیک و سیستم های صوتی نیز روز به روز پیچیده تر شده است. به طور کلی طراحی آکوستیکی یک فضای بسته مانند سالن تئاتر و یا موسیقی به دو بخش کلی “آکوستیک ساختمانی” و “آکوستیک معماری” تقسیم می گردد.

مراحل و اصول طراحی آکوستیک سالن‌ تئاتر و موسیقی

پیشگفتار

طراحی آکوستیکی و مهندسی صدا در محیط های مختلف از زمان های بسیار قدیم مورد توجه قرار گرفته بود. در ابتدا قصد از این طراحی رساندن صدای سخنران به تعداد زیادی از شنوندگان بود، اما با پیدایش موسیقی و انواع مختلف نمایش ها، رسالت آکوستیک و سیستم های صوتی نیز روز به روز پیچیده تر شده است. به طور کلی اصول طراحی آکوستیکی یک فضای بسته مانند سالن تئاتر و یا موسیقی به دو فرآیند کلی “آکوستیک ساختمانی” و “آکوستیک معماری” تقسیم می گردد.

حیطه کاری قسمت ساختمانی آکوستیک به ایزولاسیون صوتی و ارتعاشی مر بوط می گردد به طوری که پس از تعیین مقدار حداکثر نوفه (نویز) زمینه مجاز سالن مورد نظر، با پوشش دیواره ها و قرار دادن دمپرهایی در قسمت های مرتعش (فضاهای تاسیساتی) از نفوذ امواج مزاحم جلوگیری می نماید. آکوستیک معماری به بهبود کیفیت صدا در داخل سالن، متناسب با کاربری مورد نظر می پردازد. بدیهی است که شرایط آکوستیکی استاندارد برای یک سالن اجرای تئاتر و یا موسیقی و پخش فیلم بسیار با یکدیگر متفاوت بوده. بهره برداری چند منظوره از یک سالن بدون پیشبینی زیر ساخت های وفق پذیری، اقدام کاملا غیر مهندسی و استاندراد می باشد. آکوستیک یک سالن عنصر بسیار حساسی برای رساندن پیام یک اثر هنری و یا یک سخنرانی است به طوری که برخی سالن های موسیقی تنها برای اجرای یک تک قطعه موسیقی طراحی و ساخته می شوند. از سوی دیگر سالن های متعددی وجود دارد که با بکار گیری آکوستیک وفق پذیر (Adaptive Acoustics) می توانند طیف گسترده تری از کاربری ها را تا حد مطلوبی حمایت کنند ولی همچنان بهترین کیفیت صدا و آکوستیک را در یک کاربری معین دارند.

اهمیت آکوستیک در سالن‌های تئاتر و موسیقی

اهمیت آکوستیک و طراحی معماری و ساختمانی یک سالن بر اساس استاندارد های صدا بر این اساس است که معمولا در مراکز هنر های نمایشی و موسیقی، بخش بزرگی از احساس توسط صدا منتقل می گردد. بدون شک هندسه و متریال بکار برده شده در فضا بر صدای منتقل شده از سن به سمت تماشاگران تاثیر گذاشته و شدت، جهت و همپوشانی زمانی امواج صوتی را به دنبال خواهد داشت. در مرحله‌ی اول طراح آکوستیک تلاش می کند، محیط و المان های معماری تاثیر مثبتی بر روی صدای منتقل شده بگذارند. برای مثال در یک سالن تئاتر با جایگذاری المان های بازتاب کننده، به انتقال بهتر صوت به تماشاگران کمک می کند و در سالن موسیقی با هندسه های نامنظم میدان پخشاگری ایجاد می کند. در پله بعدی طراح تمام سعی خود را می کند که تمام تماشاگران و مخاطبان، حس یکسانی از اتفاقی که در سن می افتد، کسب کنند. یعنی تمام پارامتر های آکوستیکی در تک تک جایگاه تماشاگران تفاوت چندانی باهم نداشته باشد. در نهایت با طراحی اجزاء سن، محیط را برای اجرای برنامه خاص مانند تئاتر، موسیقی و یا سخنرانی آماده می کند.

برای مشاهده ۱۰ پارامتر مهم کیفیت صوت و آکوستیک سالن‌ها به این مقاله مراجعه کنید.

همانطور که پیشتر نیز بیان شد، طراحی آکوستیکی یک مجموعه به دو بخش نه چندان مجزا از هم تفکیک می گردد. بخش اول آکوستیک ساختمانی است که تا حد امکان از ابتدای ساخت بنای یک سازه تا نصب آخرین المان ساختمان باید مورد توجه قرار گیرد. بخش دوم آکوستیک معماری است که معمولا پس از تفکیک آکوستیکی فضا ها توسط آکوستیک ساختمانی، کار خود را به صورت مستقل انجام می دهد. قابل ذکر است که طریقه و میزان ایزولاسیون در مرحله طراحی ساختمانی در روند معماری و حتی مهندسی سیستم صوت نیز تاثیر گذار خواهد بود.

آکوستیک ساختمانی

وظیفه اصلی بخش طراحی ساختمانی آکوستیک ایزولاسیون ساختمان از نظر ارتعاشی و صدایی می باشد. مقدار ایزولاسون به کاربری های فضاها و اتاق های ساختمان و همچنین فاصله و ارتباط سازه ای آنها با همدیگر ارتباط دارد. کاربری فضا مشخص می کند که مقدار نوفه (Noise) زمینه چقدر می تواند باشد. برای کاربری تئاتر و موسیقی این مقدار بین 30 تا 45 دسی بل کنترل می گردد و این بدان معنی است که اگر فضاهای ارتباطی با سالن اصلی مانند لابی یا فضاهای پشت صحنه، سطح نوفه بالاتری داشته باشند، باید به همان میزان ایزولاسون انجام پذیرد. به طور کلی انرژی صوتی از بین دو فضایی که از لحاظ هوایی ایزوله شده اند می تواند از ارتعاش سازه ای و یا افت صوتی دیواره ها منتقل گردد.

راه های انتقال صوت هوابرد در ساختمان
راه های انتقال صوت هوابرد در ساختمان

به منظور تصحیح افت صوتی دیواره ها می توان از پشم های معدنی و یا متریال هایی که افت صوتی بالایی دارند به عنوان روکش بهره برد. در حالت های خاص که افت صوتی فرکانس های پایین در حدود 100 هرتز از اهمیت بالایی برخوردار می گردند، چند لایه بودن دیواره ها با ماده هایی که امپدانس های متفاوتی با یکدیگر دارند می تواند بسیار موثر باشد، این روش دمپ کردن مرحله ای انرژی نامیده می شود. در اجرای لایه ای دیواره ها به منظور ایزوله کردن فرکانس های پایین باید دقت داشت که لایه های مختلف از نظر هوایی کاملا از هم ایزوله باشند و تمامی درز ها آب بندی گردند. 

به منظور ایزولاسیون ارتعاشی ابتدا باید منبع مرتعش شناسایی گردد. در مواقعی که منبع مرتعش به صورت متحرک بوده و شدت ارتعاش و فرکانس آن متغییر است (مانند راه رفتن بر روی سقف) راه حل استفاده از دمپر های لاستیکی در دو طرف حایل بین دو فضا است. اما هنگامی که جسم مرتعش ثابت بوده و شدت ارتعاش بالایی دارد (مانند موتور های فضاهای تاسیساتی، پمپ ها و …)، بسته به دامنه و پس از محاسبات ارتعاشی، می توان دمپر مناسب از نوع هیدرولیکی و یا پنوماتیکی بکار برد.

به منظور کاهش هزینه اجرایی ایزولاسیون و همچنین بازدهی بالا، قبل از احداث ساختمان با جداسازی و تقسیم بندی اجزای مختلف آن می توان تا حد زیادی از نفوذ انرژی صوتی در تالار های اصلی جلوگیری نمود. برای مثال فضایی که برای تاسیسات در نظر گرفته می شود به اندازه کافی از تالار اصلی فاصله دارد، همچنین تالار اصلی با واسطه چند فضا مانند لابی های مختلف از فضای بیرونی ساختمان جدا می گردد. این افت صوتی پلکانی توسط چینش فضاها، بسیار در کاهش نویز فضا و سالن اصلی موثر می باشد (برای مثال در شکل زیر اپرای لا اسکالا در ایتالیا را می توان دید که تالار اصلی از هر وجه حداقل بل یک زیر فضا از قسمت های دیگر جدا شده است). 

نمای کلی مرکز هنر های نمایشی لا اسکالا، تفکیک سالن اصلی از فضای بیرونی توسط چند زیر فضا
نمای کلی مرکز هنر های نمایشی لا اسکالا ایتالیا، تفکیک سالن اصلی از فضای بیرونی توسط چند زیر فضا

آکوستیک معماری

پس از جداسازی آکوستیکی فضاها توسط طراحی ساختمانی صدا، هر محیط به طور جداگانه با دید معماری آکوستیکی طراحی می گردد. البته این در حالتی است که فضاهای مختلف هیچ گونه ارتباط مستقیم باهم نداشته باشند. برای مثال فضای اتاق گریم و سالن اصلی به طور کاملا مجزا از دید معماری صدا طراحی می گردند، در صورتی که فضاهای به هم پیوسته ای چون صحنه و هال (محل تماشاگران) با اینکه تا حد امکان توسط بخش ساختمانی ایزوله شده اند، ولی ارتباط انتقال صوت آن ها بایستی از دید آکوستیک معماری بررسی گردد. طراحی معماری صدا به شدت وابسته به کاربری می باشد به طوری که حتی انواع مختلف موسیقی (سنتی، پاپ، کلاسیک و …)، معماری خاصی را طلب می کند.

به طور کلی پله اول طراحی در بخش آکوستیک معماری تصمیم گیری در این مورد است که صدای تولید شده بر روی صحنه (بازیگرو ادوات موسیقی) به چه طریق و به چه میزان باید به مخاطبان منتقل شود. در مورد طریقه انتقال دو مسیر اصلی صدای زنده و تقویت شده (پخش از طریق سیستم صوتی) امکان پذیر می باشد که با انتخاب یک مسیر (تقریبا) هیچگاه نمی توان کاربری دوم را از سیستم انتظار داشت. برای مثال می توان موسیقی زنده و تقویت شده توسط سیستم صوتی را بررسی نمود. هنگامی که بنا بر این باشد که صدای زنده به گوش مخاطبان برسد، طراحی آکوستیکی سن بایستی امواج را به بیرون پرتاب کرده و حداقل اتلاف در انرژی صوتی لحاظ شده باشد. همچنین شکل سقف و دیواره ها نیز با استفاده از متریال بازتاب کننده کمک بسیار به هدایت صوت به ردیف های انتهایی سالن می کند. ولی برعکس در مورد موسیقی تقویت شده، نیاز به نمونه برداری صوتی (صدابرداری) مناسب از سن و سازهای مورد نظر می باشد که این خود طراح را ملزم می کند که آکوستیک مرده ای برای فضای صحنه و سن در نظر داشته باشد. البته حالت های میانی نیز وجود خواهد داشت، برای مثال در اجرای تئاتر اصولا صدای زنده بازیگران باید بتواند کل مخاطبان را پوشش دهد و از طرفی امکان دارد موسیقی و یا افکت های پوششی در حین اجرا پخش گردد، در این حالت صوت و صدای اصلی که در اینجا صدای زنده بازیگران می باشد مد نظر قرار خواهد گرفت. حال با توجه به اینکه کاربری اصلی سالن برج طغرل، تئاتر و هنر های نمایشی می باشد (به همراه موسیقی زنده)، پس از این، بیشتر به بررسی طراحی از مسیر صدای زنده می پردازیم. در طراحی آکوستیکی موارد ذیل باید مورد توجه قرار گیرند.

بازتاب‌های اولیه

بازتاب هایی که درست بعد از رسیدن صدای مستقیم به گوش تماشاگر می رسد، بازتاب های اولیه گفته می شود. این بازتاب ها تاثیر بسیار زیادی در وضوح کلام و تامین SPL مورد نیاز در محل های دور از سن دارند. بسته به کاربری سالن از نظر موسیقی و یا کلام (زنده) طراح تصمیم می گیرد که چگونه با به کار گیری المان های معماری بازتاب ها را به صورت تیز یا پخش شده به گوش مخاطب برساند.

بازتاب‌های اولیه رسیده به شنونده سالن
بازتاب‌های اولیه رسیده به شنونده سالن

همانطور که در شکل بالا دیده می شود بازتاب های زود هنگام در زمان کمتر از 100 میلی ثانیه از سه طریق کلی می توانند به گیرنده برسند. مسیر اول از طریق سقف می باشد که بسیار مناسب وضوح کلام و حفظ جهت وری صوت می باشد و این بدلیل آن است که سطح بیشتری از موقعیت تماشاگران از منظر جهت وری نسبت به سن تقارن خواهند داشت. همانطور که در شکل پایین نیز مشاهده می گردد چینش بازتاب کننده های سقفی به گونه ای طراحی می گردد که صوت را تا حد امکان به سمت هال هدایت گرداند به گونه ای که طبق استاندارد تغییرات SPL در موقعیت تماشاگران حداکثر باید به اندازه 6 دسی بل تغییر داشته باشد.

نمونه ای از انحنای سقف دو بعدی به منظور هدایت صوت به انتهای سالن
نمونه ای از انحنای سقف دو بعدی به منظور هدایت صوت به انتهای سالن

 مسیر دوم از طریق دیواره ها می باشد که تعیین زاویه و پخشاگری مناسب برای دیواره ها این بازتاب ها را مناسب برای موسیقی می گرداند. نکته مهم این است که بازتاب های کناره ای با اینکه باعث ایجاد Envelopment  برای موسیقی زنده می گردند اما به شدت جهت وری صوت را کاهش می دهند، یعنی شنونده اگر با چشمان بسته به صدای رسیده از سن گوش دهد نمی تواند جهت آن را به درستی تشخیص دهد. به همین خاطر طراحی سالن های اپرا مسئله پیچیده ای است که هم باید وضوح و جهت وری کلام را داشته باشد و هم Envelopment  موسیقی را. یکی از راه حل های مشکل تامین وضوح کلام از طریق بازتاب کننده های سقفی و میدان پخشاگری از طریق دیواره ها می باشد تا اندازه ای که در عملکرد یکدیگر خلل ایجاد نکنند.

بازتاب های پخشاگری جانبی (Lateral Reflection)
بازتاب های پخشاگری جانبی (Lateral Reflection)

مسیر آخر بازتابی نیز از طریق دیواره های سن است که باعث هدر نرفتن انرژی صوتی و افزایش SPL در کل سالن می گردد. این عمل توسط Orchestra shell انجام می گیرد.

هندسه فضا

هندسه فضا تاثیر بسیار زیادی بر پارامتر های آکوستیکی فضا به خصوص اکو خواهد داشت. این هندسه به دو دسته کوچک مقیاس و بزرگ مقیاس تقسیم می گردد که ابعاد تغییرات هندسه از سطح صاف پایه این تقسیم بندی می باشد. در حین طراحی به منظور تامین بازتاب های اولیه در موقعیت تماشاگران، باید در نظر داشت که بوجود آمدن سطوح مقعر و محدب، همانطور که در شکل مشاهده می گردد، باعث کانونی شدن امواج می گردد. این کانونی شدن موجب افزایش شدید تراز شدت صوت در محدوده کمی می گردد که بسیار آزار دهنده است. راه حل این موضوع استفاده نکردن از سطوح مقعر و محدب تک مقداری (منظور از تک مقداری این است که معادله سطح تنها با یک تک مقدار مشخص گردد (نسبت به مرجع صفر)) در معماری فضا و بهره بردن از پخشاگر های صوت می باشد. پخشاگرها المان های آکوستیکی هستند که از بازتاب امواج به صورت آینه ای (Specular) جلوگیری می کنند.

هندسه مقعر و محدب باعث کانونی شدن امواج می گردند
هندسه مقعر و محدب باعث کانونی شدن امواج می گردند

 

Envelopment موسیقی

همانطور که گفته شد، خاصیت مهمی که یک سالن موسیقی بایستی داشته باشد غرق شدن در میدان صوتی و یا همان Envelopment می باشد. برای ایجاد چنین خاصیتی معمولا سالن های کنسرت و ارکستر سمفونی بزرگ را به حالت Shoe Box طراحی می کنند و در دیواره های جانبی از المان های پخش کننده استفاده می گردد. حالت دیواره های موازی جعبه کفشی باعث ایجاد بازتاب های کناری مناسبی می گردد که اگر این بازتاب ها به صورت پخشاگری اتفاق بیافتد بسیار در Envelopment سالن تاثیر خواهد داشت. در سالن های ارکستر زمان بازآوایش معمولا بالا بوده و در حدود 2 ثانیه می باشد و اگر طراح تلاش در ایجاد میدان پخشاگری به واسطه پخشاگرها (Diffusers) نکند باعث بوجود آمدن اکو شدید در سالن می گردد. پخشاگرها المان هایی هستند که صوت را در فضا پخش می کنند و هرقدر این حالت پخش شدگی در تمام زاویه ها بیشتر باشد، عملکرد پخشاگر مورد نظر بهتر خواهد بود. در شکل 11 دو نمونه از پخشاگرها با الگوی پراششان نمایش داده شده است. قابل ذکر است که طراح آکوستیک و معمار می توانند با جایگذاری المان های معماری خاص خاصیت پخشاگری را حتی بدون پخشاگرهای آماده (مانند شرودر) ایجاد کنند.

پخشاگرهای مثلثی و دایره ای (Diffusers)
پخشاگرهای مثلثی و دایره ای (Diffusers)
بالکن

وجود بالکن به منظور نزدیک تر کردن فاصله مخاطب از سن، امری الزامی می باشد. طبق استاندارد ها حداکثر فاصله دور ترین جایگاه تماشاگر تا ابتدای سن (قاب صحنه) به گونه ای که هم از نظر افت صوتی و هم دید قابل قبول باشد 20 تا 30 مترنسبت به کابری های سالن می باشد. از طرفی از منظر اقتصادی تعداد جایگاه های تماشاگر هرچه بیشتر باشد، بهتر است، لذا با چینش گرد و افزودن بالکن می توان با حفظ استاندارد فاصله ای تعداد مخاطب را تا حد امکان بالا برد. اما مشکلی که وجود بالکن در صدا ایجاد می کند، جدا کردن شرایط آکوستیکی جایگاه های زیر بالکن از بقیه سالن می باشد. به عبارت ساده تر وجود بالکن باعث به وجود آمدن سایه آکوستیکی در زیر آن می گردد. به همین منظور استانداردی برای عمق سن توسط لئو برانک (Leo Beranek) به صورت تجربی استخراج شده است که در شکل زیر طریقه محاسبه آن مشخص می باشد. زاویه تتا برای سالن های تئاتر حداقل 45 و برای سالن های اپرا و موسیقی این مقدار در کمترین حالت 25 درجه می باشد.

مقدار استاندار زاویه تتا در تئاتر حداکثر 45 و در اپرا و موسیقی 25 درجه می باشد
مقدار استاندار زاویه تتا در تئاتر حداکثر 45 و در اپرا و موسیقی 25 درجه می باشد
آکوستیک سن

طراحی آکوستیکی سن از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا هم باعث هماهنگی ارکستر و یا گروه نوازنده باهم شده و هم انرژی صوتی لازم برای هال را تامین می کند. هنگامی که یک فرد سخن می گوید و یا ضربه ای بر روی یک طبل وارد می کند انرژی و امواج صوتی به صورت کروی در هر جهت (نه کاملا متقارن) پخش می گردد. حال به منظور اینکه انرژی تولید شده از ادوات موسیقی و یا حنجره بازیگر اتلاف نگردد، سن را بصورت بازتاب کننده به بیرون طراحی می کنند.

بازتاب کننده های ثابت بر روی سن (Orchestra Shell)
بازتاب کننده های ثابت بر روی سن (Orchestra Shell)

وظیفه دوم این بازتاب کننده ها بوجود آوردن حالت Envelopment بر روی سن می باشد تا نوازنده های مختلف در یک ارکستر و یا یک گروه موسیقی بتوانند با همدیگر هماهنگ باشند. در سالن های اپرایی که دارای برج صحنه هستند و نمی توان از بازتاب کننده های ثابت استفاده نمود، می توان از المان های رباتیک که به واسطه سیستم ریگینگ آویزان می شوند بهره برد. این بازتاب کننده ها در زمان عدم استفاده در فضای بسیار کم در داخل برج صحنه جای می گیرند و هنگامی که قرار است اجرای زنده موسیقی و یا ارکستر باشد، بر روی سن به صورت افقی قرار می گیرند، شکل پایین.

 بازتاب کننده های رباتیک در سالن های اپرا
بازتاب کننده های رباتیک در سالن های اپرا

با خواندن این مقاله مراحل کلی از اصول طراحی آکوستیک ساختمانی و معماری سالن تئاتر و موسیقی را مرور کردیم. در صورت نیاز به مشاوره آکوستیک تخصصی در پروژه‌های سالن تئاتر و موسیقی با ما در تماس باشید.