Būvakustikas vēsture

Būvakustikas vēsture

Akustika ir zinātne par skaņu, jeb mehāniskajām svārstībām ar mazu amplitūdu. Būvakustika ir akustikas nozare, kuras mērķis ir cilvēkam labvēlīgas akustiskās vides veidošana ēkās un apbūvē kopumā, to realizējot ar arhitektoniski - būvnieciskām metodēm.

Akustika kā klasiskā zinātne ir viena no visjaunākajām, taču būvakustikā prakse un empīriskie risinājumi šajā nozarē - ļoti seni.

Vissenākie akustiskie risinājumi saistīti ar Senās Ēģiptes civilizāciju. Kā parādījuši elektroakustiskie pētījumi Luksoras tempļos, daļai skulptūru piemitusi apbrīnojama spēja "runāt", t.i. izdot artikulētas skaņas. Šo procesu nodrošināja sarežģīts akustisko labirintu komplekss ar rezonātoriem, kas attiecīgi reaģēja uz temperatūras un vēja svārstībām.

Diemžēl "runājošās skulptūras" stipri bojātas Napoleona Ēģiptes karagājienā.

Vislielāko ievērību akustikas vēsturē tomēr izpelnījušies Senās Grieķijas un Romas amfiteātri, par kuru akustikas īpatnībām var pārliecināties arī mūsdienu apmeklētājs.

Grieķu teātrī (5- 2.g.s.p.m.ē.) skatītāji izvietojās amfiteātra veidā, parasti dabiskā reljefa veidotās nogāzēs, uz akmens soliem. Šāds vietu plānojums nodrošināja minimālu attālumu no skatuves, bet stāvais kāpums (līdz 27o) - skaņas netraucētu izplatību pār rindām.

Viduslaiku būvakustiskie risinājumi raksturīgi, pirmkārt, ar to, ka uzvedumi un rituāli maina norises vietu no brīvdabas uz telpām, un, tādējādi, priekšnesumu sāk iespaidot citi skaņas procesi - galvenokārt, reverberācija jeb pēcskaņa.

Dievnamiem raksturīgi vairākjomu risinājumi ar kolonādēm un augstu novietoti velvēti griesti. Šādi risinājumi nodrošināja vienmērīgu skaņas "sajaukšanos", bet smagie un cietie būvmateriāli (akmens, koks) labu tās atstarošanos. Rezultāts bija telpas ar lielu pēcskaņu, kas ļoti papildināja ēģeļmūziku un kora dziedājumu, taču ierobežoja runas skaidrību (mācītājiem nācās runāt ļoti skaidri un lēni).

 Itālijā renesanses periods zīmīgs ar pirmo segto teātru būvniecību – sākotnēji pārsedzot “ romiešu tipa” amfiteātra zāles ar plakaniem griestiem.Šādā telpā vēl nebija atrisināta pārmērīgās reverberācijas problēma , sevišķi zemo frekvenču diapazonā. 

Pirmās “ sabiedriskās” koncertzāles parādās 18.gs. vidū , bet operteātri –  gadsimta beigās (  La Scala Milānā, 1778 .) Nākamo simt gadu laikā daudzi operteātri sasniedz akustisku pilnību.

19. gs. iezīmē jaunu robežšķirtni būvakustikas attīstībā - paralēli augsta līmeņa empīriskajiem risinājumiem (klasiskie operas teātri) strauji attīstās arī zinātniski - praktiski un vēlāk, gadsimteņa beigās - arī teorētiski pētījumi.

Atzīmēsim dažas šī laikmeta empīriskās atziņas.

Reids (1835.) - " reverberācija - dominējošais akustiskais defekts, kas var tikt novērsts ar absorbējošām sienām un drapērijām".

Č.Dikenss (1843.) - "telpas aizpildot ar audumu un kokvilnu pazūd atbalss".

Saunders (1861.) - "brīvā gaisā, lasot skaļā balsī, skaņa sasniedz 90 pēdu virzienā uz priekšu, 30 pēdu atpakaļ, bet 75 pēdas sānvirzienā".Līdzīgas atziņas izsaka arī arhitekts sers Kristofers Rens un viens no pirmo būvakustikas grāmatu autoriem (Acoustics of Public Buildings, 1861.) Rodžers Smits.

Teorētiski pētījumi un atziņas, galvenokārt, saistīti ar angļu lorda Releja (pilnā vārdā Džona Viljama Streta ,) pētījumiem, kas 1877. gadā noved pie pilnīgākā un līdz pat mūsdienām izmantotā darba "Skaņas teorija" publicēšanas. Šis divsējumu darbs aptver visas praktiskās un teorētiskās akustikas tālaika nozares un kļūst par pamatu 20. gs. akustikas pētījumiem un sasniegumiem.

20.g. sākums raksturīgs ar vienlaicīgiem teorētiskiem un praktiskiem pētījumiem. Te minami Releja un Stounija eksperimenti ar absorbentiem un šī procesa teorētiskā pamatošana, taču ievērojamākais ir Vollesa Klementa Sebina devums.

Uzsācis savus pētījumus 1895. gadā ar eksperimentiem Hārvardas Foga mākslas muzejā (reverberācijas mērīšana ar ērģeļu  palīdzību), viņš 1898- 1905.g. periodā formulē visas galvenās telpu akustikas sakarības - t.i. starp telpas tilpumu un pēcskaņas (jeb reverberācijas) laiku, starp reverberāciju un absorbējošo materiālu daudzumu telpā u.c.

Citu zinātņu strauja attīstība - galvenokārt matemātikas un mehānikas - pavēra iespējas veikt jauna veida būvakustiskos pētījumus ar telpu modeļiem - imitēt skaņu ar gaismu (piem. dzirksteļizlādi) vai ūdens viļņiem, bet vēlāk pāriet uz trīsdimensionāliem pētījumiem, jau izstarojot un uztverot tieši skaņu.

Pirmā pasaules kara gadi dod ievērojamu paātrinājumu skaņas izolācijas un infraskaņas pētījumiem (franču "infraskaņas lielgabali"), kur pamatsakarības formulējis 1910. gadā vācietis R.Bergers. Mūsu gadsimta 20.-30. gadi papildina atziņas par atbalsi un ļauj A.H.Deivisam formulēt sakarību: "laika intervālam starp tiešo un atstarotajām skaņām esot mazākam par 1/15 sekundes, atbalss nav novērojama", bet V.K.Sebinam noteikt optimālās reverberācijas laikus konkrētiem priekšnesuma veidiem.

Otrā pasaules kara gados pastiprināti veica militāri - akustiskos pētījumus: nodrošināt ēku un mašīnu skaņas izolāciju, mazināt akustisko vibrāciju. Rezultatā attīstītajās valstīs (sevišķi Vācijā un Krievijā) pamatīgi pētīja plānsieniņu elementu svārstības, skaņas caurlaidību un demfēšanas iespējas.

Pēc kara periodā būtiskākie sasniegumi saistīti ar datortehnikas un mikroakustikas elementu ieviešanu. Datori 70 - 80. gados ļāva daudzkārt paātrināt telpu akustiskās projektēšanas un aplēses gaitu, konstruējot pat 3 dimensionālus atstarojumus ("ray tracing" metode), bet mazgabarīta starotāji un uztvērēji nodrošina precīzas telpu akustiskās maketēšanas un attiecīgi, prognozēšanas  iespējas.