Je hebt vast wel eens ondervonden dat geluid in verschillende ruimtes anders klinkt. Denk maar eens aan het verschil als je praat in een galmende badkamer of in een ingerichte huiskamer.
Ruimteakoestiek
De invloed die een ruimte heeft op de klank en de nagalm van geluid noem je de ruimteakoestiek. Er zijn allerlei factoren die bepalen hoe geluid klinkt in een ruimte. De afmetingen van de ruimte hebben invloed, maar ook de inrichting van de ruimte. Hierbij kun je denken aan de afwerking van wanden, plafonds en vloer, maar ook aan de objecten aan de muur, de aanwezigheid van gordijnen en het meubilair.
Functie van de ruimte
Wanneer is de akoestiek van een ruimte goed? Dat hangt er helemaal vanaf waarvoor de ruimte is bedoeld. Als je in de pauze met je vrienden in de schoolkantine zit, wil je hun gesprekken goed kunnen volgen. De akoestiek in de kantine moet dan zo zijn, dat de geluiden van verderop in de ruimte voldoende gedempt worden. Zit je diezelfde avond bij een voorstelling in de schouwburg, dan wil je dat het geluid ook op jouw positie goed te horen is en moet het geluid dus juist een grote reikwijdte hebben.
Invloed op geluid
Kijk je bijvoorbeeld naar een concertzaal voor niet-versterkte muziek, dan zie je dat de inrichting van zo’n zaal veel invloed heeft op hoe het geluid klinkt. Hoeveel materialen zijn er die geluid absorberen? Wat gebeurt er bij de wanden? Waar je naar streeft, is dat het geluid zich mooi gelijkmatig verspreidt over de ruimte, zodat het overal goed te horen is. Ook wil je graag dat het geluid voldoende lang doorklinkt, zodat geluiden van de verschillende instrumenten mooi in elkaar overvloeien. Maar ook weer niet te lang, want dan klinkt het geluid rommelig wat weer ten koste gaat van de verstaanbaarheid. Ook moet het geluid luid genoeg en helder klinken. En dan moet je ook nog zorgen dat de orkestleden op het podium elkaar goed kunnen horen en niet belast worden door een te hoog geluidsniveau op het podium.
Patroon geluidsgolven
Om een voorstelling te krijgen van hoe het geluid zich in de ruimte verspreidt, kun je kijken naar wat er gebeurt als je een puntbron in een ruimte neerzet. Het geluid plant zich vanaf dat punt voort in een bolvorm met een bepaalde golflengte. Bij de wanden reflecteren de geluidsgolven. De gereflecteerde geluidsgolven gaan vervolgens interfereren met de geluidsgolven die rechtstreeks van de puntbron afkomstig zijn en met andere gereflecteerde golven. Zo ontstaat er al heel snel een golfpatroon in de ruimte. In een 2-dimensionale simulatie kun je goed zien dat er een patroon ontstaat na reflecties. Zulke patronen ontstaan ook in de 3-dimensionale ruimte.
Figuur 1: Simulatie van 2-dimensionale golven en het patroon dat ontstaat na reflecties. Links: de uitbreiding van het directe geluid ongeveer 40 ms na het uitzenden van een puls. Rechts: het patroon van het directe geluid, eerste orde reflecties tegen de achterwand en de zijwand en de interferentie tussen deze reflecties, ongeveer 95 ms na het uitzenden van diezelfde puls (55 ms later dus). Simulatie: Peutz.
Verstrooiende elementen
Een gelijkmatige verdeling in de ruimte bereik je door het geluid aan de wanden voldoende naar alle kanten te laten reflecteren, dit noem je verstrooien. In een concertzaal moet je er daarom voor zorgen dat alle toonhoogten voldoende verstrooid worden. Dit bereik je door het aanbrengen van verstrooiende elementen op de wanden. De grootte van deze elementen hangt samen met de golflengte van de geluidsgolven die je wilt verstrooien. Een geluid van 100 Hz heeft bijvoorbeeld een golflengte van 3,4 m, bij 10.000 Hz is de golflengte nog maar 3,4 cm.
Nagalmtijd
Naast een goede verspreiding van het geluid, is het heel belangrijk dat een geluid niet te lang, maar ook niet te kort blijft doorklinken in de ruimte. Een maat die ze in de akoestiek gebruiken om dit aan te duiden is de nagalmtijd. Dit is de tijd dat je een geluid nog hoort uitklinken, nadat je het uitgezet hebt. De hoeveelheid absorberende elementen in de ruimte bepaalt de nagalmtijd. Om de nagalmtijd te meten, stuur je via een microfoon een geluid de ruimte in. Vervolgens meet je, na uitschakelen van de bron, de tijdsduur waarin het geluidsniveau met 60 dB is afgenomen. Voor een concertzaal is een nagalmtijd van ongeveer 2 seconden nodig. Als de nagalmtijd korter is, dan mengen de geluiden van de verschillende instrumenten niet mooi met elkaar en als deze te lang is, dan gaan de geluiden te veel door elkaar lopen. De nagalmtijd mag voor de lage tonen wel iets langer zijn dan voor de hoge tonen, dat maakt de klank wat warmer.
Luidheid zaal
De eigenschappen van de zaal hebben ook invloed op hoe luid een muziekinstrument klinkt. Als je buiten staat op een afstand van 10 meter van een geluidsbron en je meet het geluidsniveau, dan meet je een lager aantal decibels dan wanneer je hetzelfde doet in een zaal. Buiten vervliegt het geluid, in de zaal reflecteert het geluid en voegt de zaal daardoor energie toe. De mate waarin de zaal energie toevoegt, noemen ze in de ruimteakoestiek de luidheid van de zaal. In het algemeen is een grotere zaal minder luid. Het is belangrijk dat de grootte van het orkest past bij de luidheid van de zaal. Als je een heel groot orkest laat spelen in een kleine, te luide zaal dan doet het pijn aan je oren en dat wil je natuurlijk niet!
