Rekonstruktion af Notre Dame akustik

Den 15. april, der ødelagde taget på den 850-årige Notre Dame de Paris-katedral, lod mange mennesker rundt om i verden undre sig over, om det er muligt at genopbygge det på en måde, der kan genskabe kulturikonets komplekse signaturakustik.

Andre katedraler kan synes at have lignende akustik, men ikke to er ens på den måde, lyden svæver og genlyder indeni. Utallige nuancer og detaljer er unikke - hvoraf mange sandsynligvis vil ændre sig i løbet af århundreder, efterhånden som møbler og renoveringer udvikler sig.

For seks år siden, den 24. april, 2013, Brian FG Katz, stipendiat i Acoustical Society of America og CNRS forskningsdirektør ved Sorbonne Université, og kolleger opnåede detaljerede målinger af akustikken i hovedrummet i Notre Dame.

Disse målinger og de metoder, hans team brugte til at opnå dem, blev beskrevet detaljeret i flere publikationer i ASAs flagskibspublikation, det Journal of the Acoustical Society of America , og en af ​​Katz studerende præsenterer nogle af værkerne senere på måneden på det 177. møde i Acoustical Society of America i Louisville, Kentucky.

Disse målinger får ny betydning nu, Sagde Katz. De dokumenterer de akustiske forhold i katedralen før branden og kan bruges under restaureringen. Han er tilgængelig for at besvare spørgsmål fra journalister om arbejdet og rekonstruere den komplekse akustik i Notre Dame.

"Akustikken i tilbedelsesrum har længe været et emne af interesse og er et aktivt studieområde lige nu, "sagde Katz." Akustik inden for kirker og tilbedelsessteder, generelt, varierer meget med den tilhørende religiøse praksis. Nogle understreger det talte ords forståelighed, mens andre fokuserer på de rituelle aspekter og musikalske natur. Et stort kirkeorgel, for eksempel, spillet i et tørt rum, der er egnet til tale, kan lyde mere som et harmonika - uden akustikkens efterklangsmix. "

Hvordan de fangede Notre Dame akustik

"Den grundlæggende praksis med at måle rummets akustik er almindelig på tværs af rum, "Sagde Katz." Vi bruger ikke nogen særlige katedralprotokoller. Men for den lange efterklangstid og den betydelige volumen, vi var nødt til at arbejde for at få vores signal-til-støjniveau til et tilstrækkeligt niveau. "

Målinger blev foretaget ved hjælp af en samling omnidirektional, 3D (første orden ambisonisk), og dummy hoved (binaural) mikrofoner. Flere dodecahedron -højttalere var placeret på nøglepositioner inde i katedralen, repræsenterer enten typiske kildepositioner eller målepositioner for en række målinger udført af det samme laboratorium i 1987.

"Vi inkluderede også flere ballonudbrud som en sikkerhedsforanstaltning, godt klar over deres akustiske begrænsninger, "Sagde Katz. Det arbejde blev offentliggjort i 2011 i JASA (se asa.scitation.org/doi/10.1121/1.3518780).

Forskerne bruger mest pro-audio hardware, fordi det ofte giver et bedre signal-til-støj-forhold, og installationen er lettere end laboratoriemåleudstyr.

"Teknisk set, vi brugte et 20 sekunders eksponentielt sweep-sinus signal, eller chip, og dekonvolution for at opnå rumimpulsrespons. Dette svar, eller den akustiske signatur for hvert kilde/modtager -par karakteriserer i virkeligheden, hvordan rummet omdanner lyden fra kilde til modtager, "Sagde Katz." Når den var sat op, målingerne tog lidt mere end en time og involverede for det meste at flytte mikrofoner rundt. "

Det er altid svært at få adgang til ikoniske steder som Notre Dame, og tiden inde til at registrere målinger går altid hurtigt. "En fordel ved et sådant rum er det relativt flade gulv, hvilket tillod os at have størstedelen af ​​vores udstyr på en vogn, der kan rulles ned ad gangen, "Katz sagde." Dette er i skarp kontrast til, når vi foretager målinger i koncertsale med forskellige niveauer og balkoner. "

"Efterklangelig energi" - Notre Dames fulde lyd

Med en 6-sekunders efterklangstid ved mellemfrekvenser, Katz beskriver Notre Dames lyd som værende "så fuld som du kan forestille dig, med den genklangende energi, der kommer rundt omkring. Når du bevæger dig inden for rummet, akustikken varierer på grund af ændringer i loftshøjden, for eksempel. Dette er meget mærkbart og kan høres på vores online simuleringseksempel, mens du rejser rundt i katedralen. "

Fra målingerne og anden dokumentation, de kunne få på Notre Dame, Katz og kolleger skabte en geometrisk akustisk rummodel og kalibrerede den til de målte responsers akustiske parametre ved hjælp af CATT-Acoustics (www.catt.se), en numerisk simuleringssoftware, der bruges af akustiske konsulenter. Dette arbejde blev offentliggjort i JASA i 2016 (se asa.scitation.org/doi/10.1121/1.4971422).

"Ved hjælp af denne model, vi simulerede nye rumimpulssvar, der svarer til en orkesterkonfiguration af en mikrofonoptagelsessession, der blev foretaget inden for katedralen af ​​Conservatoire National Supérieur de Musique et de Danse de Paris (CNSMDP), et college for musik og dans, "Forklarede Katz." Ved at fodre disse optagelser til de relevante kildepositioner i modellen, vi var i stand til at genskabe denne koncerts akustiske forestilling - så lytteren kunne bevæge sig inden for katedralen for at udforske og opleve den komplekse akustik i dette store og historiske rum. "

Til disse simuleringer "katedralens store størrelse og lange efterklangstid betyder længere beregningstider, længere impulssvar, længere behandlingstid, og flere beregningskrav, "Tilføjede Katz." Disse krav var langt ud over, hvad vi oplevede med andre websteder, og små udsving i lufttemperaturen resulterede i forkert justering af impulsresponserne. Det her, på tur, resulteret i kunstigt reducerede efterklangstider for gennemsnitlige målinger, så vi udviklede en metode til at korrigere for det, der også kan bruges som en måde at måle små ændringer i middeltemperaturen på. "

Spil det videre:Rekonstruktionen af ​​Notre Dame

Hvordan kan Katz 'akustiske målinger hjælpe med rekonstruktionen af ​​Notre Dame -katedralen? Først, eksistensen af ​​akustisk dokumentation af katedralen er en kæmpe fordel.

"Det kan hjælpe under renoveringsarbejde, når man overvejer, hvordan virkningen af ​​eventuelle valg kan ændre akustikken, såsom valg af materialer, "Sagde Katz." Det er endnu ikke klart, hvilken tilstand de indvendige overflader er i, men træpaneler og malerier i katedralen er slet ikke ubetydelige, når det kommer til akustik. Sammenlignet med råstenstrukturen, Disse små elementer fungerer som mulig akustisk absorption og diffusion og kan have en betydelig indvirkning på den resulterende akustik. "

Den anden fordel er virtuel rekonstruktion - i det væsentlige en måde, hvorpå folk kan lytte til forestillinger inden for den "tabte" akustik. "Dette kan være ved at arbejde med CNSMDP for at behandle den fulde optagelse af den koncert, vi præsenterede et uddrag af på YouTube, eller at behandle andre optagelser, der er foretaget ved hjælp af den samme procedure. Denne fremgangsmåde kan også bruges til at lytte til 'nye' forestillinger i katedralen, der aldrig har fundet sted der - så endda liveopførelser kan sendes som en koncert i den virtuelle Notre Dame. Disse kan være af interesse under genopbygningen, mens bygningen er utilgængelig for offentligheden. "