•
geluid en trillingen
Bouwfysica 3 2012
13
De ‘podiumakoestiek’ van de orkestbak van Het Muziektheater Amsterdam Muziekzalen voor opera-uitvoeringen zijn complexe zaalakoestische omgevingen. De operazaal dient uiteenlopende, soms tegenstrijdige functionaliteiten te herbergen met eisen van verschillende gebruikers. Een goed voorbeeld van een dergelijke zaal is Het Muziektheater te Amsterdam, het productiehuis van De Nederlandse Opera en het Nationaal Ballet. In het kader van het optimaliseren van de arbeidsomstandigheden is er een onderzoek gestart naar hoe de akoestiek van de orkestbak te verbeteren, zie figuur 1. Het belangrijkste doel is om de hoge geluidniveaus die in een orkestbak optreden te reduceren. Dit is overigens een veel voorkomend probleem dat zich voordoet in de meeste orkestbakken, en zelfs op ‘open’ podia van concertzalen en theaters. Naast het reduceren van de geluidniveaus is het gewenst om de samenspelcondities in de orkestbak binnen het orkest en tussen orkest en solisten te optimaliseren.
Inleiding
ir. R.H.C. (Remy) Wenmaekers, Level Acoustics ir. C.C.J.M. (Constant) Hak, TU/e Bouwkunde Unit BPS ir. N.H.A.M. (Nicole) van Hout, Level Acoustics ir. A. (Angela) van der Heide, Philips Lighting ir. L.C.J. (Renz) van Luxemburg†, TU/e Bouwkunde Unit BPS & Level Acoustics †Renz van Luxemburg is overleden op 12 februari 2012
Vanuit het oogpunt van de luisteraar dient in een operazaal de zang van de solisten en koor op het podium en de muziek van het symfonieorkest in de orkestbak samen te vloeien tot één geheel, zie figuur 2. Niet alleen de balans tussen zangers en orkest is van belang, maar ook de balans tussen de verschillende instrumentgroepen onderling, zoals de strijkers en de blazers. Verder dient de akoestiek van de zaal te zorgen voor een rijke muzikale beleving, waarbij men enerzijds omspoeld wil worden door het geluid. Anderzijds wil men de gezongen teksten kunnen verstaan en de verschillende noten in een muzikale frase kunnen onderscheiden. Voorbeelden van belangrijke zaalakoestische parameters die deze wensen kunnen beschrijven zijn de nagalmtijd, de luidheid, de ruimtelijkheid en de helderheid. De dirigent en de musici stellen echter andere eisen aan een operazaal. Een goede akoestische communicatie tussen de zangers op het podium en het orkest in de orkestbak is essentieel voor het samenspel. In een traditionele 18e en 19e-eeuwse operazaal neemt het orkest plaats vóór het verhoogde podium zodat de dirigent visueel contact
kan houden met de zangers en het orkest. Doordat door de eeuwen heen de luidheid van het orkest met het aantal musici is toegenomen, introduceerde Wagner eind 19e eeuw de orkestbak, een ruimte voor het orkest die zich verdiept en deels onder het podium bevindt. Hierdoor werd de overdracht van het geluid van het orkest naar de zaal gereduceerd, waardoor de balans in de zaal tussen zangers en orkest kon verbeteren. Voor de musici betekende dit echter een toename in het geluidniveau binnen het orkest, zo kan het gemiddelde geluidniveau met 2 á 3 dB toenemen ten opzichte van een podiumsituatie [1]. Ook resulteerde dit vaak in een verslechtering van de samenspelcondities. Een goede communicatie tussen de dirigent, zangers en musici onderling bevordert het speelgemak en kan de kwaliteit van de voordracht bevorderen. Akoestisch gezien worden de samenspelcondities binnen een orkest bepaald door de mate waarin de verschillende orkestleden elkaar kunnen horen en onderscheiden. De overdracht tussen de verschillende musici kan worden bevorderd door het introduceren van vroege reflecties, bijvoorbeeld via de prosce niumboog of via reflectoren. Daarnaast heeft de musicus
1 Orkestbak van Het Muziektheater te Amsterdam
14
3 2012 Bouwfysica
www.nvbv.org
Tabel 1: Grenswaarden waaraan getoetst moet worden gehoorbescherming
Lpiek ≥ 140 dB
LAeqw ≥ 85 dB(A)
Lpiek < 140 dB verplicht
80 dB(A) ≥ LAeqw < 85 dB(A)
verplicht
ter beschikking stellen
graag een indruk van het resultaat op de plek van de luisteraar. Dit vraagt om een zekere akoestische feedback vanuit de zaal terug naar het podium en de orkestbak. Tot slot dient ook de invloed van het orkest zelf in de orkestbak in rekening gebracht te worden [2, 3]. Al deze verschillende akoestische aspecten vallen onder het begrip ‘de podium akoestiek’.
2 Akoestische relaties tussen orkestbak, podium en zaal zen om de microfoons tussen twee musici in te plaatsen. De geluidblootstelling is gemeten met een omnidirectionele microfoon op 4 posities in het orkest: 1. cello vóór: midden in de strijkersecties, in het open gedeelte 2. hobo: vooraan in de sectie houtblazers, in het overdekte gedeelte 3. cello achter: voor de percussie, op de grens van het open en overdekte gedeelte 4. altviool: voor de koperblazers, in het open gedeelte
Geluidblootstelling gemeten in de orkestbak Tijdens repetities van de opera ‘Die Frau ohne Schatten’ (componist R. Strauss) zijn geluidmetingen uitgevoerd om te controleren of bij de uitvoering van deze opera voldaan werd aan de wetgeving, NEN 3418 Ergonomie – Het beoordelen van geluid op de arbeidsplaats, toegestane geluidniveaus. Deze norm beschrijft de methode voor het beoordelen van geluid op de arbeidsplaats en richt zich op de geluidbelasting van het menselijk oor tijdens het uitvoeren van het werk. In bovengenoemde norm wordt het geluid beoordeeld met de volgende parameters: – LAeqw: het A-gewogen energetisch gemiddelde geluiddrukniveau van een werkzaamheid gedurende een bepaalde beoordelingstijd op de meetplaats – Lpiek (piekniveau): het hoogste geluiddrukniveau tijdens deze werkzaamheid
Tabel 2 geeft de meetresultaten op de vier orkestbakposities weer. Per meetpositie is het A-gewogen equivalente geluiddrukniveau (LAeqw) en het piekniveau (Lpiek) over de gehele opera bepaald. Beide niveaus zijn ook per akte bepaald. De rood gemarkeerde waarden overschrijden de grenswaarde. Zoals te zien is, wordt op meetpositie 2, 3 en 4 de grenswaarde LAeqw ≤ 85 dB(A) overschreden. Op meetpositie 1 wordt deze grenswaarde net niet overschreden. De grenswaarde Lpiek ≤ 140 dB wordt op geen enkele meetpositie overschreden. De resultaten komen overeen met andere onderzoeken waaruit blijkt dat de grenswaarde LAeqw van 85 dB(A) bij de meeste musici en veel verschillende muziekstukken wordt overschreden, met uitzondering van het rechteroor van de violisten en beide oren van de cellisten en contrabassisten. Deze overschrijding treedt zowel op in een orkestbak als op een open podium of in de oefenruimte. De grenswaarde Lpiek < 140 dB is bij geen enkel onderzoek overschreden. Het is echter nog onzeker wat de bijdrage is van de (podium)akoestiek op de totale blootstelling per musicus in verhouding tot het direct geluid van het eigen instrument en het directe geluid van de instrumenten van de andere musici.
Op de dagen van de opera-uitvoering is het spelen van de opera door een musicus te beschouwen als één werkzaamheid tijdens een werkdag. Tabel 1 geeft aan wanneer gehoorbescherming verplicht moet worden gesteld. Volgens NEN 3418 dient de geluidblootstelling gemeten te worden boven de schouder aan de zijde van het meest belaste oor. Voor musici in een orkest is het echter niet eenvoudig vast te stellen welk oor het meest belast zal zijn, aangezien dit afhankelijk kan zijn van de positie in het orkest en het gespeelde werk. Daarnaast is het bijvoorbeeld bij een violist niet eenvoudig om te meten op de schouder waar zich tevens het instrument bevindt. Recent onderzoek [4] toont ook aan dat met name de violisten een asymmetrische blootstelling ondervinden met een gemiddeld verschil tussen de twee oren van 5 dB. In dat onderzoek is gemeten met twee microfoons op korte afstand voor de oorschelp. Tijdens de metingen in de orkestbak van Het Muziektheater is destijds ervoor geko-
Podiumakoestiek van de orkestbak De samenspelcondities binnen een orkest kunnen worden beschreven aan de hand van de objectieve parameters
Tabel 2: Gemeten waarden voor LAeqw en Lpiek op de vier meetposities meetpositie
1 – cello vóór
2 - hobo
3 – cello achter
4 - altviool
LAeqw [dB(A)]
Lpiek [dB]
LAeqw [dB(A)]
Lpiek [dB]
LAeqw [dB(A)]
Lpiek [dB]
LAeqw [dB(A)]
Lpiek [dB]
akte 1
79,3
123,3
87,9
121,1
86,4
130,3
87,1
130,3
akte 2
84,8
124,2
89,4
119,6
88,4
130,1
88,4
129,2
akte 3
82,6
123,7
89,4
122,9
89,4
130,7
90,5
129,7
totale opera
82,8
124,2
88,9
122,9
88,3
130,7
88,9
130,3
•
geluid en trillingen
Bouwfysica 3 2012
3
4
STearly per bronpositie en per orkestbak (configuratie)
STlate per bronpositie en per orkestbak (configuratie)
van Gade, Early Support (STearly) en Late Support (STlate), zoals beschreven in ISO 3382-1. Deze parameters kunnen bepaald worden uit een impulsresponsie gemeten op 1 meter afstand van een omnidirectionele geluidbron. De STearly beschrijft het verschil tussen het geluidniveau van het vroeg gereflecteerde geluid binnen een interval van 20 tot 100 ms na het directe geluid, ten opzichte van het geluidniveau van het direct geluid binnen een interval 0 tot 10 ms. De hoeveelheid vroege reflecties die op deze manier gemeten wordt, correleert met de subjectieve ervaring van het samenspelgemak. Een waarde van circa -12 dB wordt als optimaal beschouwd. De STlate beschrijft het verschil tussen het geluidniveau van het late gereflecteerde geluid binnen een interval van 100 tot 1000 ms na het directe geluid, ten opzichte van het geluidniveau van het direct geluid binnen een interval 0 tot 10 ms. De parameter STlate correleert met de subjectieve ervaring van de hoeveelheid galm, waarbij eveneens een waarde van -12 dB als optimaal wordt beschouwd.
en van de geluidbron. Hieruit is een gemiddelde waarde bepaald per bronpositie over de octaafbanden met middenfrequenties 250 tot en met 2000 Hz. In figuur 3 zijn de resultaten van STearly weergeven per bronpositie en per orkestbak (configuratie). Te zien is dat voor alle orkestbakken de waarde van STearly voor alle bronposities hoger ligt dan de optimale waarde van -12 dB. Daarbij valt op dat in de meeste gevallen STearly aanzienlijk hoger is wanneer de meetpositie zich onder het overdekte gedeelte bevindt. Dit betekent dat er relatief veel vroeg gereflecteerde geluidenergie ontvangen wordt dichtbij bij de geluidbron, onder andere door de reflecties via het overhangende gedeelte en de achterwand van de orkestbak. Het effect van een geluidabsorberende achterwand (gordijnen of stoelenopslag) is hierbij niet altijd duidelijk aanwezig. In het overdekte gedeelte is bij de orkestbakken het vroeg gereflecteerde geluid zelfs slechts gemiddeld 6 dB zachter dan het direct geluid. Het totale geluidniveau zal hier dan ook deels bepaald worden door vroege reflecties. In het open gedeelte is de bijdrage van vroege reflecties gemiddeld 10 dB lager dan het directe geluid.
Naar aanleiding van de geluidexpositiemetingen in de orkestbak is er in het kader van een afstudeeronderzoek een studie gedaan naar de podiumakoestiek van orkestbakken [5]. Hierbij zijn er zaalakoestische metingen verricht in vier verschillende orkestbakken A-D van theaters, waaronder Het Muziektheater Amsterdam. Gegevens over de verschillende orkestbakken zijn weergegeven in tabel 3. In de orkestbak van zaal D is eenmaal gemeten met diffusoren op de achterwand (D-d) en eenmaal gemeten met een gordijn tegen de achterwand (D-g). In elke orkestbak zijn in de lege situatie op drie bronposities op 1 meter afstand impulsresponsies gemeten met software Dirac voor het bepalen van de ST parameters. Hierbij bevindt zich S1 achterin het overdekte gedeelte, S2 midden in het open gedeelte en S3 voorin het overdekte gedeelte. Voor elke bronpositie zijn er vier impulsresponsies gemeten voor elke stap van 90 graden van het draai-
In figuur 4 zijn de resultaten van STlate weergeven per bronpositie en per orkestbak (configuratie). Hierin is te zien dat voor bijna alle waarden van STlate lager liggen dan de optimale waarde van -12 dB. Daarnaast is te zien dat bij de posities in het overdekte gedeelte de STlate vrijwel gelijk ligt aan de STlate van het open gedeelte. Dit toont aan dat de late reflecties vanuit de zaal het open en overdekte gedeelte van de orkestbak even sterk bereiken. Echter, er kan geconcludeerd worden dat een sterke onbalans heerst tussen de vroeg en laat gereflecteerde geluidenergie in alle orkestbakken, vooral in het overdekte gedeelte.
Tabel 3: omschrijving van de gemeten orkestbakken beschrijving
A
B
C
D-d / D-g
104 m
47 m
142 m2
42%
40%
34%
37%
breedte
20,0 m
13,8 m
10,9 m
22,8 m
diepte
9,9 m
9,0 m
5,5 m
7,1 m
achterwand
steen
gordijnen
stoelenopslag (geluidabsorberend)
D-d: diffusoren D-g: gordijnen
vloeroppervlak % open gedeelte
180 m
2
2
2
15
16
3 2012 Bouwfysica
www.nvbv.org
– Abs-aw: absorberende achterwand (poreus schuim tegen achterwand) – Abs-pl: absorberende plafond (poreus schuim tegen onderzijde podium)
5 Het akoestische schaalmodel van de orkestbak
In figuur 7 zijn de resultaten voor STearly weergegeven per bronpositie en per configuratie van de orkestbak. Daarnaast zijn ook de resultaten weergegeven voor de metingen in de werkelijke orkestbak (Huidig A). Uit een vergelijking van de resultaten van ‘Huidig A’ met ‘Refl-aw’ is te zien dat de resultaten voor STearly gemeten in het schaalmodel 1 à 2 dB hoger zijn ten opzichte van de metingen in werkelijkheid. Het verschil tussen de resultaten van het open deel (S2) en overdekte deel (S1 en S3) is voor ‘Huidig A’ en ‘Refl-aw’ echter vergelijkbaar met circa 3,5 dB. Geconcludeerd kan worden dat het schaalmodel een kleine overschatting maakt, maar dat de afwijking binnen het geschatte net hoorbare verschil van 2 dB voor STearly ligt. Uit een vergelijking van de verschillende configuraties gemeten in het schaalmodel is op te maken dat het aanbrengen van diffusoren tegen de achterwand (Diff-aw) een gemiddelde reductie van circa 1 dB oplevert ten opzichte van een reflecterende achterwand (Refl-aw). Het aanbrengen van absorptie tegen de achterwand of plafond geeft een gemiddelde reductie van circa 3 dB. In het geval van de configuratie met absorptie tegen het plafond worden de verschillen tussen het open en overdekte gedeelte kleiner, in feite is dan ook de gehele ‘bovenzijde’ geluidabsorberend.
Expositiemetingen met vergrote orkestbak
6 Verschillende orkestbakconfiguraties in het schaalmodel
Schaalmodelonderzoek orkestbak Om de effecten van aanpassingen aan de orkestbak van Het Muziektheater Amsterdam te onderzoeken is er een akoestisch schaalmodel 1:10 gebouwd, zie figuur 5 [5]. Het model is vervaardigd uit MDF dat in het frequentie gebied 2,5 tot en met 20 kHz een reflecterend materiaal is met α ≤ 0,1 (gemeten in een galmkamer schaal 1:10). Bij het uitvoeren van metingen is het model afgedekt met een geluidabsorberende poreuze schuim (α ≈ 1), waardoor alleen de akoestiek van de orkestbak zelf meegenomen wordt. In het model zijn vervolgens ultrasone impulsresponsies opgenomen met een repeterende vonkbrug [6] en vertaald naar schaal 1:1 met mathematische correctie voor de luchtabsorptie. Als meetposities zijn dezelfde posities gehanteerd als bij de metingen in de werkelijke orkestbak. Hierbij is voor verschillende configuraties van de orkestbak de STearly bepaald (zie figuur 6): – Refl-aw: reflecterende achterwand (gelijk aan huidige situatie) – Diff-aw: diffuserende achterwand (QRD diffusoren tegen achterwand)
De mogelijke impact van de onderzochte aanpassingen aan de orkestbak op de geluidblootstelling van de musici is echter nog sterk afhankelijk van de combinatie van alle muziekinstrumenten op de verschillende ontvangposities. In ieder geval is middels de verschillende metingen aangetoond dat door het overdekken van de orkestbak te veel vroege reflecties worden geïntroduceerd die het geluid niveau kunnen doen toenemen ten opzichte van een normale podiumopstelling. Om verder te onderzoeken wat het verschil is in geluidblootstelling als eenzelfde musicus plaatsneemt in het open gedeelte in plaats van het overdekte deel, zijn er geluidniveaus gemeten in de situatie van een vergrote orkestbak. Hierbij zijn de eerste drie rijen stoelen uit de zaal verwijderd en schuift het gehele orkest naar voren. Om het effect te onderzoeken van het vergroten van de orkestbak op de geluidbelasting van de musici en de geluidoverdracht tussen musici onderling, naar de dirigent en naar de zaal, heeft er een experiment plaatsgevonden waarbij hetzelfde muziekstuk met gelijke bezetting is gespeeld in een vergrote orkestbakopstelling en in de normale orkestbakopstelling. De geluidmetingen zijn uitgevoerd tijdens twee orkestrepetities van de opera “De legende van de onzichtbare stad Kitesj” van Rimsky Korsakov in januari 2012. Tijdens beide repetities is gedurende circa 3 minuten exact hetzelfde gedeelte van het muziekstuk gespeeld voor de meting, namelijk de interlude van de opera genaamd “The Battle of Kerzhenets”. Dit gedeelte is gekozen omdat hierin deels tutti (samen) wordt gespeeld, waarbij in beide situaties zoveel mogelijk door
•
geluid en trillingen
Bouwfysica 3 2012
7 STearly per bronpositie en per orkestbakconfiguratie van het schaalmodel
8 Geluiddrukniveauverschil voor elke gemeten positie
dezelfde (hoeveelheid) musici is gespeeld en het koor niet mee heeft gezongen. Bovendien is het gedeelte tweemaal achter elkaar gespeeld in de vergrote orkestbakopstelling kort voor en direct na de pauze om de herhaalbaarheid van de meting na te gaan. Hetzelfde gedeelte is in de normale orkestbakopstelling slechts eenmaal gespeeld. Er is gemeten bij dezelfde posities 1, 2 en 4 als bij de eerdere metingen, met daaraan toegevoegd een positie bij de dirigent en een positie op het podium circa 2 m van de rand. Op deze posities zijn tevens opnames gemaakt. In figuur 8 zijn de verschillen in A-gewogen geluiddruk niveau in dB(A) weergegeven voor elke gemeten positie in het orkest, bij de dirigent en op het podium. Het verschil in geluidniveau tussen de 2 identieke metingen met de tussenpauze in de vergrote orkestbak is in groen weergegeven. De verschillen zijn klein (< 1 dB) voor alle posities. Hieruit kan geconcludeerd worden dat de meting goed herhaalbaar is. Het verschil tussen de metingen in normale en vergrote orkestbak zijn weergegeven in blauw. Een positieve waarde betekent een hoger niveau in de situatie met vergrote orkestbakopstelling. De niveauverschillen op de posities ‘Celli vóór’ en ‘Dirigent’ zijn klein met -0,2 dB en -0,4 dB. Zij bevinden zich zowel in de originele als in de vergrote orkestbak in het open gedeelte en ondervinden daardoor geen effect van de orkestbak. Op de posities ‘Hobo’ en ‘Alt-viool achter’ is een significante reductie in het niveau gemeten met -2,7 en -1,6 dB bij het vergroten van de orkestbak. Deze posities bevinden zich onder het overdekte gedeelte in de originele orkestbak, en komen dichter naar het open gedeelte of in het open gedeelte in de vergrote orkestbak, waardoor ze een belangrijk effect ondervinden. Op de positie op het podium is juist een significante toename in het geluidniveau gemeten van 3,0 dB. Voornamelijk de luide instrumenten van het orkest worden immers meer direct zichtbaar gezien vanaf het podium. Nadere analyse van de gemaakte opnames laat zien dat op de posities ‘Hobo’ en ‘Alt-viool achter’ alleen een reductie in het geluidniveau plaatsvindt in de luide gedeeltes. Op de opnames is te horen dat dit passages zijn waar de koperblazers meespelen. Een opvallend verschil in de opnames is dat de koperblazers in de normale orkestbakopstelling zeer ‘direct’ klinken (luid en weinig galm), terwijl de koperblazers in de vergrote orkestbak opstelling ‘verder weg’ klinken (zachter en meer galm). Dit geeft aan dat de verhouding tussen het vroege geluid (direct en gereflecteerd) en het late geluid (vanuit de
zaal) hoorbaar veranderd, te zien in de podiummetingen door een lagere STearly in het open gedeelte.
Conclusie De metingen van de geluidblootstelling van orkestmusici in de orkestbak van Het Muziektheater Amsterdam bevestigen de resultaten van verschillende onderzoeken in andere orkestbakken en op podia dat de grenswaarde voor het A-gewogen equivalente geluiddrukniveau van 85 dB(A) bij veel musici in veel gevallen overschreden wordt. Nieuwe metingen van de podiumakoestiek in verschillende orkestenbakken laten zien dat het geluid versterkt wordt in het overdekte deel door vroege reflecties. Mogelijke aanpassingen zijn onderzocht met metingen in een schaalmodel, waaruit blijkt dat zowel het toevoegen van diffusoren als het aanbrengen van geluidabsorptie effectief kan zijn. Daarnaast tonen de resultaten van een experiment met het vergroten van de orkestbak aan dat de geluidblootstelling significant gereduceerd kan worden door orkestleden niet onder het overdekte gedeelte plaats te laten nemen. De invloed op de geluidblootstelling van het aanbrengen van diffusoren en/of geluidabsorptie in de orkestbak zal nog verder onderzocht worden. Het Muziektheater Amsterdam is hiermee een van de eerste theaters die actief op zoek is naar oplossingen voor het reduceren van de geluidblootstelling van de musici in haar orkestbak. n
Bronnen [1] Adviesbureau Peutz, Onderzoek schadelijk geluid in orkesten, Rapport R 816-3, 24 juni 2003 [2] Wenmaekers, R.H.C., Hak, C.C.J.M., Luxemburg, L.C.J. van, The influence of the orchestra on stage acoustics, Proceedings of NAG, Journaal nr. 194, november 2010 [3] Wenmaekers, R.H.C., Hak, C.C.J.M., Luxemburg, L.C.J. van, The influence of Room Acoustic Aspects on the Noise Exposure of Symphonic Orchestra Musicians, Proceedings of ICBEN London, 2011 [4] J.H. Schmidt, Hearing Changes in Classical Musicians and Risk factors, PHD Thesis, Faculty of Health Sciences, University of Southern Denmark, 2011 [5] A. van der Heide, The acoustics of orchestra pits. A case study: Het Muziektheater, Amsterdam, afstudeerverslag Technische Universiteit Eindhoven, unit BPS, 2011 [6] Hak, C.C.J.M., Bijsterbosch, K.B.A., Room Acoustic Scale Model Measurements using a Spark Train, Proceedings of the NAG-DAGA Rotterdam, 2009
17
