Mooie herrie
door Jochem Krechting

(overgenomen uit KIJK van juli 2007)

Iedereen die wel eens naar een popconcert gaat, weet dat het geluid behoorlijk tegen kan vallen. Akoestiek is dan ook een lastige zaak, waar de deskundigen hun handen (en oren) vol aan hebben. Je kunt je zelfs afvragen of er zoiets als een perfect geluid bestaat.

David Bowie komt niet vaak naar Nederland. Maar als hij dan komt, hoor je hem wel zestig keer.” Dat zei een fan over het concert dat zijn held in 2004 in de Amsterdam ArenA gaf. Hij doelde op het belabberde geluid in het stadion. Door de nagalm klonk het alsof Bowie in een kathedraal stond te spelen. Een concert is niet compleet zonder mensen die over het geluid klagen. Akoestiekdeskun dingen hebben het dan ook niet altijd makkelijk, want het beheersen van geluid is geen kwestie van alleen de volumeknop opendraaien.
Als je jezelf verstaanbaar wilt maken, zul je rekening moeten houden met de akoestiek. In het dagelijkse leven heb je daar niet zoveel last van, maar als woorden onverstaanbaar worden en muziek rond uit lelijk gaat klinken, is geluidsafstemming nodig. Dat is geen probleem dat alleen concertzalen en voetbalstadiums kennen. In het oude Griekenland worstelden bouwkundigen al met het probleem van geluidsbeheersing. Toneelspelers en politici wilden duidelijk hoorbaar zijn voor grote groepen mensen. In het amfitheater van Epidaurus kon dat. Dat heeft tot op de dag van vandaag een voortreffelijke akoestiek. Toeschouwers op de bovenste rij kunnen een muntje horen vallen op het toneel, bijna zestig meter verderop. Recent onderzoek laat zien dat de vorm van de tribune ervoor zorgt dat sprekers zich zonder probleem verstaanbaar konden maken aan de 14.000 toeschouwers. De tribune werkt als een akoestische filter en onderdrukt frequenties onder de 500 hertz. Achter grondgeluid (geritsel van bladeren, gefluister en gekuch) bestaat voor een groot deel uit deze lage frequenties. De hogere, gesproken tonen worden in Epidaurus geaccentueerd en bereiken probleemloos de bovenste rij.

 
 

Het amfitheater in het Griekse Epidaurus. Door de harmonieuze verhouding tussen de lengte en de hoogte van de traptreden is de akoestiek van het 2500 jaar oude theater voortreffelijk. Op de bovenste zitplaatsen, ruim zestig meter van het toneel, kun je daar beneden een muntje horen vallen.(foto Ray Beers)

LOEIENDE COMPUTER

De ingenieuze bouw van het theater in Epidaurus is voldoende om het gesproken woord verstaanbaar te maken, maar muziek klinkt er ronduit beroerd. De menselijke stem heeft namelijk een frequentiebereik van 300 tot 3000 Hz, terwijl muziek soms een bereik van 2 tot 30.000 Hz heeft; meer dan het menselijke gehoor waar kan nemen. Concertzalen zijn daarom ingericht om een grote variatie aan frequenties en volumes zo natuurlijk mogelijk weer te geven. “De beste vorm voor een concertzaal is die van een doodgewone schoenendoos,” zegt Peter van der Geer, audioconsultant bij het bedrijf TeamProjects. “Elke zaal heeft zijn eigen karakteristieken. Als ik in een ruimte een schot los en dat opneem, kan ik op de computer een grafiek oproepen die laat zien hoe het geluid zich gedraagt. Die grafiek is de vingerafdruk van de zaal. Als hij symmetrisch afloopt, is het goed gesteld met de akoestiek, maar als er pieken in zitten die op ongewenste weerkaatsingen duiden, dan moet er wat gebeuren.”

Een opname van een pistootschot is als vingerafdruk van de zaal. De grafiek laat zien hoe geluid zich in een ruimte gedraagt. Als het symmetrisch afloopt (links), is de akoestiek goed. Maar als er halverwege pieken ontstaan, duidt dat op ongewenste weerkaatsingen (rechts) Foto’s Teamprojects

Geluid wordt door bijna alles weerkaatst wat het tegenkomt. Akoestici zoals Van der Geer hebben computerprogramma’s waarin een zaal ‘nagebouwd’ kan worden, compleet met de materiaalsoorten waarvan hij gemaakt is. Door in dat model een geluidsbron aan te geven, berekent de computer hoe de geluidsgolven zich voortplanten en weerkaatsen. “Zo’n computer staat soms wel een week te loeien voordat hij alle berekeningen gedaan heeft. Hij gebruikt dan een database met gegevens over de manier waarop verschillende materialen geluid weerkaatsen en absorberen. Uiteindelijk spuugt de computer verschillende waarden uit die belangrijk zijn voor het beheersen van de akoestiek.”
Het heeft allemaal met reflecties te maken. Als geluidsgolven één keer tegen een wand botsen en dan de luisteraar bereiken, heten ze vroege (of laterale) reflecties. Wanneer geluid meerdere keren weerkaatst, hoor je nagalm, die uitgedrukt wordt in nagalmtijd. Dat is de tijd die weerkaatsend geluid nodig heeft om tot 60 decibel af te zwakken; vanaf dan is het namelijk niet meer hoorbaar.

VERDEEL EN LUISTER

Tot het begin van de twintigste eeuw ontwierpen architecten concertzalen op goed geluk. “Vaak werden andere zalen, waarvan bekend was dat ze goed klonken, gekopieerd,” zegt Diemer de Vries, docent bij de sectie Akoestische Beeldvorming en Geluidsbeheersing van de TU Delft. Met de bouw van het Amsterdamse Concertge bouw in 1883 gokte de architect blijkbaar goed; de zaal staat wereldwijd bekend om zijn voortreffelijke akoestiek.
De Amerikaanse natuurkundige Wallace Clement Sabine legde de basis voor de akoestische wetenschap. Hij werd beroemd door zijn formule waarmee de gewenste nagalmtijd in een zaal berekend kan worden. Hierdoor werd het mogelijk om deze belangrijke variabale te beïnvloeden en concertzalen beter te laten klinken. “Alle oude concert- zalen zijn gebouwd vanuit de gewenste nagalmtijd van twee secon den. Daarmee klinkt muziek gewoonweg het beste,” zegt De Vries. “Al is dat deels een kwestie van smaak.” De hoeveelheid nagalm kun je verminderen door materialen te gebruiken die geluid absorberen in plaats van het te reflecteren. “Architecten bepaalden destijds op basis van Sabine’s formule dat een zaal voor de juiste nagalm tien kubieke meter volume per ‘inzittende’ moest hebben. Mensen absorberen zelf ook veel geluid, zeker als ze dikke kleding aan hebben. Dus in sommige zalen moet je juist voor meer reflecties zorgen.”
Maar je hebt niets aan een mooie nagalm als niet iedereen ervan kan genieten. Muziek moet daarom zoveel mogelijk gelijkmatig over de zaal verdeeld worden; spreiding heet dat. In het geval van versterkte muziek (popconcerten) kun je dat afstellen door de luidsprekers te richten. Het is de kunst om ervoor te zorgen dat de geluidsgolven elkaar niet snijden, terwijl ze wel de hele zaal bestrijken. Met onversterkte muziek (bij klassieke concerten bijvoorbeeld) is dat een stuk moeilijker; dan zorgt de vorm van de zaal voor de spreiding. De Vries: “Ronde zalen, zoals de Amsterdam ArenA, zijn daarom niet geschikt voor klassieke concerten. Ze werken als een akoestische lens. De reflecties volgen de ronde contouren en concentreren zich op bepaalde punten in de zaal.” Naast nagalm en spreiding is ruimtelijkheid heel belangrijk. Muziekliefhebbers gebruiken deze term als ze het gevoel hebben door de muziek ‘omgeven’ te zijn.
“Het geheim daarvan zit in de zijbalkons. Ruimtelijkheid verbreedt als het ware de bron van het geluid en is te bereiken door middel van zijwaartse reflecties,” zegt De Vries. Dat zijn de vroege reflecties, die tegen de zijkanten van de zaal weerkaatsen en dan de luisteraars bereiken. “Door balkons op een bepaal de manier te plaatsen, kun je deze reflecties optimaal richten. Daarom zijn balkonkaarten vaak goedkoper: het geluid is er niet zo goed als in het midden van de zaal.”

 
 

Het Amsterdamse Concertgebouw staat wereldwijd bekend om zijn voortreffelijke akoestiek. In de tijd dat het gebouwd werd, beschouwde men akoestiek als een samenspel van ongrijpbare factoren. Architecten kopieerden vaak concertzalen die een goed geluid hadden.(foto Concertgebouw Amsterdam)

PSYCHO-AKOESTIEK

Ruimtelijkheid ontstaat als het ware in ons brein. Deze geluidsbeleving heet psycho-akoestiek. “Geluid klinkt zoals je het beleeft,” zegt Peter van der Geer. Onze oren vangen trillingen uit de lucht op en ons brein vertaalt die naar iets wat wij als geluid ervaren. “Het feit dat wij twee oren hebben, zorgt ervoor dat we in eerste instantie de richting van het geluid kunnen bepalen, op basis van welk oor de geluidsgolf het eerst opvangt. Dat noemen we weglengteverschil. In tweede instantie kunnen we hierdoor ruimtelijkheid ervaren. De zijwaartse reflecties van rechts komen eerst in het rechteroor aan en dan in het linkeroor. En andersom.” Op die manier wordt een driedimensionaal ‘geluidsbeeld’ gecreëerd, waardoor we ons omgeven voelen door de muziek. Vergelijk het maar met het 3D-beeld dat we dankzij onze twee ogen krijgen.
Dit effect wordt bereikt via de vorm van de zaal. Een ander akoestisch verschijnsel dat zich tussen onze oren afspeelt, kan op een technisch manier gerealiseerd worden. Van der Geer: “Het menselijk gehoorsysteem kent een fenomeen dat missing fundamental heet. Elke toon die in de muziek gebruikt wordt, bestaat uit een grondtoon (fundamental) en een aantal boventonen (harmonieën waarbij de grondtoon de gehoorde

Illustratie Teamprojects

frequentie is. Onze hersenen zijn er door jarenlange training aan gewend geraakt om harmonische patronen daartussen te herkennen. Als we alleen de harmonische tonen horen, vullen we de grondtoon automatisch aan.” Teamprojects ontwikkelde de Bass Creator, een apparaat dat de lage tonen met behulp van algoritmes uit de fundamental wegfiltert en ze door berekende harmonische patronen vervangt. “Zo horen concertbezoekers de bassen terwijl die niet door de luidsprekers weergegeven worden.” Dat is een enorm voordeel met het oog op geluidsoverlast voor omwonenden rond een concertzaal of een disco. Lage tonen dringen namelijk gemakkelijk door geluidsisolatie heen, waardoor mensen buiten alleen de dreun van de muziek horen. Psycho-akoestiek heeft dus zo zijn voordelen. “Maar je moet wel rekening houden met de gevoeligheid van de mens voor bepaalde tonen,” zegt Van de Geer. “Die tussen 3000 en 4000 Hz bijvoorbeeld. Het is niet voor niets dat beltonen en babygehuil in dat frequentiegebied vallen.”

MAXIMAAL VOLUME

Joost Evers, geluidstechnicus bij de Amsterdamse concertzaal de Melkweg, beaamt dat. “Bepaalde frequenties hebben een specifieke invloed op de mens. 3K15 (3015 Hz) is een toon die de meeste mensen heel vervelend vinden. Bij die frequentie gaan trilhaartjes in het oor resoneren en dat geeft een onprettig gevoel.” Equalizers lossen dat probleem op. Deze ap paraten splitsen het inkomende geluid in verschillende banden, waarna een bepaald frequentie- gebied weggedraaid kan worden. “Ik heb meer trucjes achter de hand om de geluidskwaliteit te verbeteren. Een daarvan is het opschroeven van het volume naar mate het concert vordert. Mensen wennen namelijk snel aan de geluidssterkte, waardoor het slot van een concert vaak minder spectaculair lijkt. En op bepaalde momenten draai ik het volume weer omlaag, om tegen het einde niet de pijngrens van de toeschouwers te bereiken. Daarnaast wordt het geluid dat uit de luidsprekers komt een fractie van een seconde vertraagd. Een drummer zit namelijk vaak vier meter achter de boxen. Het geluid dat hij produceert komt iets later bij het publiek aan dan dat uit de luidsprekers. Door dat iets te vertragen, valt het origineel samen met het versterkte geluid.”

In maart opende de Melkweg zijn vernieuwde zaal The Max. Evers: “Over het algemeen hebben geluidstechnici een halfjaar nodig om het geluid in een zaal zo goed mogelijk te krijgen. Het is een kwestie van experimenteren. We zijn nu bezig met het verplaatsen van de speakers. De bas-speakers staan op dit moment nog onder het podium en geven trillingsoverlast aan de artiesten. En de luidspreker-arrays (de luidsprekerzuilen aan beide kanten van het podium) staan te ver naar buiten, waardoor het geluid door de balkons verkeerd gereflecteerd wordt.”
Dus als David Bowie bij zijn volgende bezoek aan Nederland nou gewoon in de Melkweg gaat spelen. Dan is hij slechts één keer te horen, maar dan krijgt iedereen tenminste wel waar voor zijn geld.

Bovenstaand artikel is overgenomen uit het blad KIJK van juli 2007 en aangeleverd door Johan Slotboom. Het geeft naar de mening van de redactie begrijpelijke achtergrondinformatie over akoestiek en wat er zoal bij komt kijken. Mogelijk niet altijd in een kerk direct toepasbaar maar een aantal zaken zijn duidelijk wel herkenbaar.