Akoestiek in Griekse openluchttheaters

De Griekse openluchttheaters worden veelal geroemd om hun geweldige akoestiek. Ga maar eens op het podium van zo’n theater met je handen klappen, zeggen mensen die heilig van voorgaande mening overtuigd zijn, en je hoort dan met eigen oren de fantastische akoestiek.

Dit is echter geen bewijs voor een goede akoestiek, want wat je hoort, zijn ‘gewoon’ bepaalde geluidsreflecties die je alleen op het podium kunt waarnemen. Ze zeggen echter niets over de kwaliteit van de geluidsoverdracht tussen het podium en het publiek, waar het nou net om te doen is. Regelmatig wordt beweerd dat de akoestiek in een Grieks openluchttheater zelfs zo goed is dat je op de achterste rij iemand op het podium kunt horen fluisteren. Maar is dat wel zo?
Kortom: hoe zit het nou werkelijk met die geluidsoverdracht in die theaters? Deze vraag (en ook andere vragen) legde ik [FW] voor aan ir. Constant Hak van de Technische Universiteit Eindhoven (TUe), die wetenschappelijk onderzoek op dit terrein deed en doet.

Theorie en praktijk 
Constant is iemand, die met veel kennis van zaken, op een enthousiaste wijze over voornoemd onderwerp kan praten. Zijn onderzoek sluit aan bij het werk van dr. ir. Maarten Hornikx (TUe), die een wiskundig model heeft ontwikkeld voor geluidsoverdracht in niet-omsloten ruimtes, zoals openluchttheaters. Het model van Maarten is gebaseerd op de golftheorie van de Nederlander Christiaan Huygens (1629 – 1695), die een vooraanstaand wis-, natuur-en sterrenkundige was, alsmede uitvinder (onder andere van het slingeruurwerk).

Huygens gaf met zijn theorie een verklaring hoe golven, zoals licht en geluid, zich in een bepaald medium kunnen voortplanten. In een homogeen medium is dat een betrekkelijk eenvoudige zaak. Ingewikkelder wordt het als die golven objecten op hun weg tegenkomen. Dan kun je namelijk ook te maken krijgen met terugkaatsing (reflectie), afbuiging (diffractie), absorptie en verstrooiing. Deze verschijnselen doen zich eveneens in een openluchttheater voor. Weliswaar kunnen deze verschijnselen met de theorie van Huygens worden verklaard en beschreven, maar met ruimtelijke objecten, zoals het openluchttheater, wordt dat al gauw een zeer complexe, wiskundige zaak.

Maarten Hornikx heeft zich hierdoor niet laten afschrikken; hij is er namelijk in geslaagd om op grond van de golftheorie een algemeen wiskundig model voor geluidsoverdracht te ontwikkelen in open ruimtes (niet alleen voor openluchttheaters). Om met dat model te kunnen werken, heb je echter wel computers met veel rekenkracht nodig, waarbij opgemerkt dient te worden dat met het model van Maarten sneller en efficiënter berekeningen kunnen worden uitgevoerd dan met vergelijkbare modellen.

Ter toetsing van zijn model heeft Maarten meetwaarden nodig om zijn theorie met de praktijk te kunnen verbinden. En wat is er nog mooier dan daadwerkelijk metingen in echte Griekse openluchttheaters te verrichten? Inderdaad … ik zou het ook niet weten.

Doelen van de geluidsmetingen
Er werden in drie Griekse openluchttheaters geluidsmetingen verricht: het Odeon van Herodes Atticus (aan de voet van de Akropolis van Athene; capaciteit 5.000 zitplaatsen), het theater van Epidaurus (capaciteit 14.000 zitplaatsen) en het Argos-theater (met oorspronkelijk 20.000 zitplaatsen).
Het doel van de hele expeditie was vierledig:

1. het verzamelen van meetwaarden ter toetsing van het model van Maarten;
2. het uittesten van een nieuwe meettechniek. Aangezien er een nieuwe meettechniek zou worden gebruikt, zijn er eerst proefmetingen gedaan bij Natuurtheater De Kersouwe in Heeswijk-Dinther. Constant beschrijft deze fase van het onderzoek als een soort astronautentraining; alles moest tot in de puntjes worden voorbereid;
3. het nauwkeurig in kaart brengen van de akoestiek van drie Griekse openluchttheaters. Het gaat de onderzoekers daarbij niet om de akoestiek zoals die oorspronkelijk was, maar om de huidige akoestiek zoals die wordt beschreven in veel reisgidsen en waar velen een mening over hebben. Daarbij dient nog te worden opgemerkt dat de drie onderzochte theaters in bouwkundige staat van elkaar verschillen; onder andere wat betreft de grootte, de mate van verval, de mate van restauratie en de al dan niet (gedeeltelijke) aanwezige achterwand;
4. het opdoen van onderzoekservaring voor master-studenten van de TUe: deze inmiddels afgestudeerde studenten voerden de voorbereidingen en de daadwerkelijke metingen uit onder leiding van Constant en zijn collega Remy (dr. ir. Remy Wenmaekers, TUe).

Meettechniek
Om de geluidsoverdracht te kunnen meten, werden op het podium twee geluidsbronnen geplaatst, die elkaar niet konden beïnvloeden. Deze bronnen speelden bepaalde geluiden af, zogenaamde ‘sweeps’, die door microfoons op het publieksgedeelte werden opgevangen. Uit de gemeten waarden (dB’s) kon vervolgens de kwaliteit van de geluidsoverdracht in een openluchttheater (zonder publiek) worden gedestilleerd. De ‘sweeps’ bestonden overigens uit een geluidssignaal, dat in frequentie varieerde van laag naar hoog en duurde 21,8 seconden bij het Epidaurus-theater en 43,7 seconden bij de andere twee theaters.

Bij de metingen werd gebruik gemaakt van twee zogenaamde ‘dodecahedron omnidirectional sources’. Dit zijn geluidsbronnen die uit een regelmatig twaalfvlak bestaan (ook wel dodecahedron genoemd) met op elk vlak een speaker. Hiermee kan men in alle (twaalf) richtingen (oftewel omnidirectioneel) geluid van gelijk volume afspelen. In de dagelijkse praktijk worden voornoemde geluidsbronnen ‘gewoon’ bolbronnen genoemd.

De respons werd gemeten met 20 omnidirectionele microfoons; dat zijn microfoons die in alle richtingen even gevoelig zijn. Deze waren op onderling gelijke afstand op één lijn geplaatst. Na een serie metingen werd deze lijn over een bepaalde hoek gedraaid, waarna de volgende serie weer kon plaatsvinden. De meetpunten lagen zodoende op de snijpunten van een (denkbeeldig) rooster, zodat het publieksgedeelte gelijkmatig met de microfoons werd bestreken. Op deze wijze beschikten de onderzoekers uiteindelijk bij alle drie theaters over een behoorlijk aantal meetpunten (60 bij Argos, 200 bij het Odeon en 264 bij Epidaurus; in totaal dus 524 meetpunten). 

Daarnaast werd gebruik gemaakt van een geluidsbron die de menselijke stem simuleert. Het geluid werd vervolgens opgevangen met twee microfoons die zich bevonden op de positie van twee oren van een kunsthoofd. Uit deze metingen kan men de zogenaamde STI (= Speech Transmission Index) destilleren. Dat is een maat voor de spraakverstaanbaarheid.

Nieuwe meettechniek

Constant heeft een meettechniek ontwikkeld die nieuw is in de volgende opzichten:

1. Zoals gezegd, werd er gebruik gemaakt van twee geluidsbronnen die gelijktijdig konden worden gebruikt, zonder dat ze elkaar konden hinderen;
2. Er werd gebruik gemaakt van een draadloos systeem, waardoor er zeer snel – zonder tijdrovend gedoe met kabels – gewerkt kon worden;
3. Een belangrijke eis bij dit soort metingen is, dat de synchroniciteit van de (digitale) afspeel- en opnameapparatuur exact gelijk moet zijn. Meestal is dat namelijk niet het geval, omdat de kloksnelheden van voornoemde apparaten meestal iets van elkaar verschillen. Dit soort verschillen zou de metingen in ernstige mate kunnen verstoren. Dit probleem hebben de Eindhovense onderzoekers met succes kunnen oplossen, waardoor hun metingen zeer betrouwbaar en nauwkeurig zijn.

Resultaten
De nieuwe meettechniek bleek een succes: er kon zeer nauwkeurig worden gemeten, waardoor de afgeleide parameters (zoals de spraakverstaanbaarheid onder andere) erg betrouwbaar en nauwkeurig zijn. In totaal is er in een paar dagen tijd meer dan 10.000 keer de geluidsoverdracht gemeten tussen de geluidsbron en de microfoons die op 524 verschillende meetpunten hebben gestaan. In onderzoekerstaal: er zijn meer dan 10.000 impuls-response-metingen verricht, waar Maarten ongetwijfeld blij mee is. Tijdens de metingen hebben de onderzoekers af en toe enige, maar geen ernstige, hinder gehad van vogels en een hond die op hun eigen wijze op de ‘sweep’ van de geluidsbron reageerden.

En hoe zit het dan met die veelgeroemde akoestiek?
In de drie onderzochte theaters blijkt het absoluut niet mogelijk dat je op de achterste rij gefluister op het podium kunt horen. Zelfs als er wordt gesproken met een normaal geluidsvolume, dan worden de achterste rijen niet bereikt. Alleen met een bijzonder luide acteerstem kan iedereen de tekst volgen. De conclusie is dan ook dat de akoestiek van de theaters weliswaar goed is, maar niet uitzonderlijk. Volgens Constant zijn de verhalen die over de geweldige akoestiek in (Griekse) openluchttheaters de ronde doen, echt schromelijk overdreven.
Daarbij moet nog worden opgemerkt dat voornoemde metingen in lege theaters zijn verricht. Zijn de theaters daarentegen gevuld met publiek, dan wordt de akoestiek er niet beter op maar slechter, omdat de kleding van al die mensen nogal wat geluid absorbeert. Je zou dus kunnen zeggen, dat het publiek – in akoestisch opzicht – een storende factor is.

Opmerkingen

1. Als mensen in een open ruimte naar een spreker willen luisteren, dan gaan ze spontaan rondom die persoon staan. En de mensen die verder naar achteren staan, willen graag wat hoger staan dan de personen vóór hen. Aldus ontstaat min of meer al de vorm van een openluchttheater. Oftewel: de vorm van een openluchttheater wordt feitelijk bepaald door de zichtlijnen en niet door wiskundige formules;
2. Volgens Constant zijn in principe alle openluchttheaters, in akoestisch opzicht, gelijk. De Griekse theaters nemen dus echt geen uitzonderingspositie in;
3. Het is onmogelijk om, in akoestisch opzicht, betere openluchttheaters te bouwen. Eventuele verbeteringen zijn weliswaar te bereiken met reflectievlakken waarmee je het geluid enigszins kunt sturen. Constant benadrukt dat hij daar absoluut geen voorstander van is, want voor je het weet, verdwijnt daarmee de unieke, magische sfeer. In het meest extreme geval krijg je immers zoveel vlakken dat je geen openluchttheater meer over houdt maar een zaal … en dat willen we niet. Bovendien kun je met reflectievlakken last krijgen van zeer hinderlijke galm of echo’s. Bezint dus, eer ge begint.

Magisch
Uit het voorafgaande moge blijken dat de oude Griekse openluchttheaters niet over een magische akoestiek beschikken. Maar wat ik wél magisch vind, aldus Constant, is de unieke sfeer en de prachtige ambiance. En wat hij helemaal magisch vindt, is dat het publiek in de Griekse openluchttheaters tijdens een voorstelling perfect stil is; zelfs als er duizenden bezoekers zijn. Dat is echt genieten, aldus een enthousiaste Constant.

Tot slot
Namens OPENLUCHTTHEATERS.NL dank ik Constant voor het prettige en boeiende interview. Tevens wensen we hem en zijn team veel succes toe bij verder onderzoek.
Wilt u meer informatie over dit onderwerp? Kijk dan op: www.ancient-acoustics.nl.