Концепция
Развитие акустических систем — это непрерывная эволюция форм, технологий и научных теорий, призванная раскрыть для человека богатство звукового мира. От древних амфитеатров, высекаемых из камня в гармонии с природной геометрией, до современных цифровых систем — каждый этап этой истории свидетельствует об одной фундаментальной истине: человечество не создаёт акустические системы произвольно. История этого развития неразрывно связана с историей понимания человеком собственного слуха — того органа чувств, который остаётся одним из самых сложных и удивительных в природе. Слуховая система человека — с её тремя отделами (наружное, среднее и внутреннее ухо), с миллионами волосковых клеток во внутреннем ухе, распознающих отдельные частоты, и с судорожно-совершенной схемой нейронных путей в слуховой коре головного мозга — представляет собой инструмент разрешения. Человеческое ухо способно воспринимать звуки от 20 герц до 20 килогерц, может различать интенсивность звука в диапазоне 120 децибел, может локализовать источник звука в трёхмерном пространстве, используя временные и интенсивностные различия между ушами. И самое интересное: мозг способен приспосабливаться, учиться и переучиваться — явление, называемое нейропластичностью. Именно эта нейропластичность — способность слуховой системы адаптироваться к новым условиям восприятия — стала главной движущей силой эволюции акустических технологий. Каждое техническое изобретение возникало как ответ на попытку улучшить слуховое восприятие, расширить спектр слышимого, подчеркнуть те аспекты звука, которые мозг и ухо человека способны оценить и понять, и в конечном счёте — заставить слушателя забыть о самой технологии и погрузиться в звуковой опыт. Психоакустика — наука о восприятии звука, изучающая взаимодействие между физическими параметрами звука и субъективными ощущениями слушателя — всегда была скрытым архитектором этих технологических прорывов. Специалисты по психоакустике исследовали, как человеческое ухо воспринимает высоту звука, громкость, тембр, и — самое важное для истории акустики — как мозг определяет направление и расстояние источника звука. Каждый этап истории акустики напрямую связан с развитием нашего понимания того, что и как мы слышим, как наш мозг обрабатывает звуковую информацию, и как мы локализуем источники звука в пространстве.
Рубрикатор
- Концепция
- Древность
- Средневековье и Возрождение
- XIX — начало XX века
- Активный XX век
- XXI век
- Заключение
Древность
В древних культурах функции слухового восприятия полностью определялись архитектурой пространства и природной акустикой. Амфитеатры Древней Греции и Рима проектировались с глубоким осознанием того, как человеческое ухо воспринимает и обрабатывает звуковую информацию. Слуховая система человека, как современная наука показывает, состоит из трёх отделов — наружного, среднего и внутреннего уха. В древности зодчие интуитивно использовали эту физиологию: они направляли звук так, чтобы он попадал в ушные раковины слушателей под правильным углом и с необходимой фазовой когерентностью. Особенно важным был процесс пространственной локализации звука — способность человека определять направление источника звука. В древних театрах это достигалось за счёт правильного расположения сцены и формы амфитеатра. Человеческий мозг использует для локализации два основных механизма: сравнение громкости, воспринимаемой левым и правым ухом, и определение фазового сдвига, возникающего из-за того, что звук достигает одного уха раньше, чем другого. Древние архитекторы, хотя они не знали этих научных терминов, инстинктивно проектировали пространства так, чтобы эти механизмы работали оптимально — каждый слушатель мог ясно услышать речь актёра и локализовать его на сцене. Слуховое восприятие полностью зависело от природной акустики: материалов стен, формы потолков, расстояния между слушателем и источником звука. Человеческое ухо воспринимает звуки в диапазоне примерно от 20 Гц до 20 кГц, и древние материалы — камень, мрамор, земля — создавали естественные резонансные полости, которые усиливали речь и музыку в именно тех частотах, которые важны для понимания человеческой речи (главным образом 200–3000 Гц).
Театр Одеон Герода Аттического Иродион, Греция
Древнегреческий театр Эпидавр, Греция
Древнегреческий архитектор Витрувий предлагал следующие принципы, которые нужно применять при постройке театров для улучшения акустики. Во-первых, «круговые проходы... нужно делать соответственно с высотой театра и так, чтобы высота их была не больше ширины этих проходов. Ибо если они будут выше, то своей верхней частью они будут отражать и отбрасывать голос и не дадут, чтобы окончания слов с полной отчетливостью доходили до слуха тех, которые сидят на местах, находящихся над круговыми проходами. Короче говоря, нужно рассчитывать так, чтобы линия, проведенная от самого нижнего до самого верхнего сиденья касалась всех вершин и углов ступеней — тогда голос не встретит препятствий». Во-вторых, он предлагает устанавливать в нишах под ступенями или сиденьями амфитеатра специальные «медные сосуды», называвшиеся «эхейа» (ηχεΐα — голосники). Причем эти полые сосуды делались так, чтобы при прикосновении к ним (скорее всего, металлическим стержнем), каждый из них издавал определенный звук. Требовалась серия таких сосудов, издававших так называемые «постоянные звуки», лежавшие в основе античной музыкальной системы. При переводе указанных Витрувием звуков в плоскость современной музыкальной системы получается определенная последовательность нот.
Последовательность нот, соответствующая голосникам в древнем театре
Подобное архитектурное решение также было обнаружено и в древнерусских храмах и соборах. Медные сосуды устанавливались в стенах и парусах храмов для лучшей транслируемости проповеди прихожанам.
Голосники, встроенные в стены храма
Средневековье и Возрождение
В период Средневековья и Возрождения возник качественно новый подход к пониманию слуха. На этом этапе зарождалась психоакустика как дисциплина. Учёные того времени, вслед за Пифагором и позднее Гельмгольцем, исследовали связь между физическими параметрами звука — частотой, амплитудой, формой волны — и субъективными впечатлениями слушателя: высотой, громкостью, тембром. Тембр — самый сложный параметр слухового восприятия — обусловлен формой звуковой волны и тем, как слуховая система человека анализирует спектр звука. Слуховая кора мозга содержит специализированные нейроны, которые реагируют на конкретные аспекты звука: его начало и окончание, повторение, амплитудную модуляцию. При строении концертных залов стали экспериментировать с материалами, используемыми при постройке, формами помещений и так далее. Начал происходить переход от открытых амфитеатров к закрытым театрам. Архитекторы осознанно применяли классические принципы древних амфитеатров в новых условиях, добавляя просцениум и системы ярусов.
Первое монументальное театральное здание в Италии, спроектированное с полуэллиптической формой зрительного зала (вместо полукруга из-за ограничений площадки). Открыт 3 марта 1585 года. Форма подковы, мощная фасадная стена за сценой с тремя дверями и перспективными улицами позволяют звуку от оркестра и вокала солистов сливаться гармонично. Впервые целая архитектурная форма проектируется для распределения звука в закрытом пространстве, сохраняя принцип равномерной слышимости.
Театр Олимпико Виченца, Италия
Театр Фарнезе, построенный в палаццо Пилотта. Амфитеатр в форме подковы из 14 рядов, вмещал 4000 зрителей. Новаторским был переход сцены к большей вытянутости, введение раздвижных кулис и вращающихся декораций, что требовало перепроектирования звукораспределения. Открыт 21 декабря 1628 года спектаклем «Меркурий и Марс». Архитектура была адаптирована под более сложные театральные спектакли с различными типами музыкальных инструментов.
Театр Фарнезе Парма, Италия
XIX — начало XX века
В XIX веке концертные залы полагались почти исключительно на естественную архитектурную акустику. Единственными «искусственными» устройствами были механические рупоры — конические трубы из дерева или металла, которые использовались певцами и музыкантами для усиления своего голоса. Примечательно, что Большой театр в Москве (1825–1856) спроектирован архитектором Альбертом Кавосом в форме скрипки, и построен так, что полы, стеновые панели и перекрытия изготовили из ели, которая являлась отличным резонатором. Это решение позволило Большому театру к концу XIX века получить репутацию театра номер один в мире по своим акустическим способностям.
Большой театр Москва, Россия
Требования к акустике оперных театров практически не изменялись на протяжении четырёх веков, только исполнение опер Вагнера выдвинуло новые требования к увеличению времени реверберации. Театры часто строились в форме подковы, что позволяло достичь хорошей структуры диффузного поля.
Главный зал парижской Гранд-оперы вмещает 1900 зрителей и спроектирован в итальянском стиле в виде подковы. Акустика считается одной из лучших в мире: солисты работают со звуком от самого тихого до громкого. Потолок выполнен не из железа, которое являлось типичным материалом того времени, а из ели, а точнее тонких еловых дощечек, используемых для музыкальных инструментов. Таким образом, тщательный подбор материалов обеспечивает отличные резонансы и не создаёт чрезмерной заглушенности помещения.
Гранд-опера (Опера Гарнье) Париж, Франция
Королевский оперный театр Ковент-гарден — это один из самых известных залов Великобритании, который проектировался с учётом британских традиций театральной архитектуры. Зал также имеет форму подковы с многоярусными ложами. Внутренняя отделка включает скульптурные композиции, позолоту и богатый декор, который на практике служит элементом диффузности звукового поля. В итоге, архитектурные элементы декора функционируют как рассеиватели звука, создавая достаточное количество ранних отражений, способствуя отличной разборчивости тембров и речи исполнителей.
Королевский оперный театр Ковент-гарден Лондон, Великобритания
Венская государственная опера (1869) Вена, Австрия
Рождение электроакустических систем стало возможным благодаря открытию явления электромагнитной индукции Майклом Фарадеем в 1831 году. Это открытие заложило фундамент для всех последующих электрических устройств, включая громкоговорители.
В 1861 году простой тип электронного громкоговорителя был разработан Иоганном Филиппом Рейсом — учителем из Фридрихсдорфа, Германия. Динамик был способен грубо воспроизводить звук и представлял собой лишь экспериментальное устройство. Динамик Рейса можно было услышать на расстоянии до 100 метров, и его появление положило прочный фундамент на пути построения электродинамических акустических систем. Увы, несовершенство конструкции и специфика материалов позволяли воспроизводить лишь очень громкие звуки. Для человеческой речи громкоговоритель был не пригоден.
Динамик Иоганна Филиппа Рейса
