De kleur van geluid is meetbaar

Een muziekstuk kan in de ene zaal heel anders klinken dan in de andere. Dat komt onder andere doordat elke zaal anders gevormd en ingedeeld is, waardoor geluidsreflecties verschillen. Iedere zaal krijgt zo een eigen klankkleur. Natuurkundige ir. Maria Salomons ontdekte dat proefpersonen de verschillen in klankkleur goed kunnen horen.

Akoestici zijn al heel ver in de ontwikkeling van een model dat voorspelt hoe geluid vervormt in een gegeven ruimte. Dus in welke mate het geluid weerkaatst tegen wanden en obstakels. Door gegevens over de betreffende ruimte in te voeren, kan het model aangeven hoe een geluidsspectrum verandert door reflecterend geluid.

Maar met deze kennis is niet veel te beginnen als je niet weet hoe mensen geluid ervaren. Met andere woorden: eigenlijk wil je aan een spectrum kunnen zien of een bepaald geluid aangenaam is of niet. Pas dan kunnen conclusies getrokken worden over de kwaliteit van de akoestiek van een bepaalde ruimte. Dat is het terrein van de akoustische perceptie. Het is promovendus Salomons van de vakgroep akoestiek bij Technische Natuurkunde gelukt om ervaring van de kleur van geluid te meten en beschrijven. Over een half jaar hoopt zij te promoveren.

,,Wat nou precies de kleur van geluid is, is moeilijk te beschrijven, maar wel goed te horen”, zegt Salomons. Met behulp van een computer roept ze eerst witte ruis op. ,,Dit is geluid waarin alle frequenties even sterk voorkomen. In mijn geval was ruis tussen de 20 Hertz en 10 kiloHertz goed genoeg.” Uit de koptelefoon, die proefpersonen in een stiltekamer op hun hoofd krijgen, klinkt een neutraal ruizig geluid.

,,Aan witte ruis zijn makkelijk reflecties toe te voegen. In een zaal wordt een reflectie namelijk veroorzaakt doordat het geluid de toehoorder via een omweg bereikt en dus enigszins vertraagd in het oor komt. Door kunstmatig vertraagde witte ruis toe te voegen aan gewone witte ruis, wordt een reflectie nagebootst. Daardoor verandert het geluid van kleur.”

De proefpersonen konden het verschil tussen witte ruis met en zonder reflecties goed waarnemen. De reflecties veranderen de toonhoogte-gewaarwording. Allen ervaarden hogere toonhoogten in de ruis als onaangenamer. ,,Het bekende krijtje-op-het-bord-effect. Over het algemeen vinden mensen hoge tonen niet prettig”, zegt de promovenda. Een reflectie zorgt voor een versterking van een bepaalde frequentie in het geluid. In het spectrum zie je dan een vervorming. Ze ontdekte dat de onaangename tonen overeen komen met scherpe smalle regelmatig opeenvolgende pieken van gelijke grootte in het spectrum. ,,Stompe, onregelmatige pieken werden meestal niet als erg onprettig ervaren.”
Kunstkop

Grote klankkleurverschillen blijken met Salomons methode goed te meten. Proefpersonen zijn eensgezind over de sensatie van geluiden met sterke reflecties die grote verschillen in kleur geven. Maar bij kleine variaties was het minder duidelijk. Salomons: ,,Het maakte wel eens uit of je voor of na de koffie ging meten. Na de koffie waren de proefpersonen meestal wat geconcentreerder.”

Toen bekend was dat klankkleur waarneembaar is voor het menselijk oor, werd het tijd om te kijken of de verschillen in klankkleur van concertzalen merkbaar zijn. Op het podium van een achttal zalen zette ze een witte ruisbron. In de zaal werd een pop geplaatst met een kunstkop met microfoontjes in de oren. Ze maakte opnamen op twee plaatsen in de zaal, voorin en achterin. De opnames liet ze weer met dezelfde koptelefoon aan de proefpersonen horen. De proefpersonen beoordeelden het geluid op klankkleur.

De twee microfoontjes in beide oren maakten gescheiden opnamen. Een mens luistert met twee oren. Omdat er een zekere afstand tussen de oren zit, komt het geluid met een tijdsverschil van een halve milliseconde aan in beide oren waardoor een aantal reflecties een beetje uitgedoofd worden. ,,De samenwerking tussen de oren haalt iets van het blikkerige af.”

Het bleek dat de metingen achterin de zaal het best de verschillen per zaal weergaven. ,,De metingen voorin waren relatief dicht bij de geluidsbron, waardoor de verschillen als gevolg van de reflecties uit de zaal kleiner werden.”

De proefpersonen vonden unaniem het Concertgebouw in Haarlem het beste klinken. De Aula in Delft en de kleine zaal in de Doelen werden als het onaangenaamst bestempeld. ,,De Aula is dan ook vooral geschikt voor spraak”, verklaart Salomons. ,,Muziek blijft op het podium hangen, terwijl je die juist helemaal om je heen wilt horen.”

Met inschakeling van het elektronische aanpassingssysteem kunnen in de Aula wel wat extra reflecties gesimuleerd worden. Microfoontjes nemen geluid op en speakertjes zenden het enigszins vertraagd weer uit. Met dit systeem ingeschakeld werd de Aula een stuk beter beoordeeld en kwam ongeveer op gelijk niveau met de Anton Philipszaal in Den Haag, de grote zaal van De Doelen en het Muziekcentrum Vredenburg uit.

,,Je kunt kleuring dus aanpassen door bepaalde frequenties met behulp van absorberend materiaal te filteren of met microfoontjes en speakers toe te voegen, maar daar moet je wel mee oppassen”, waarschuwt Salomons. ,,Reflecties horen bij een zaal. Ze bepalen hoe een zaal klinkt. Niet alleen wat betreft de klankkleur, maar ook de ruimtelijkheid en andere akoestische effecten. Die mogen niet verloren gaan.”