SALA VIVA - SALA MORTA - SALA SECA
Qual a melhor sala para se ouvir música?
2ª. Parte

Acústica

Jorge Knirsch
jorgeknirsch@byknirsch.com.br

Introdução

          No artigo anterior, havíamos estudado alguns aspectos importantes referentes às ondas sonoras, pois estas são as nossas principais ferramentas em toda audição e reprodução musical.
       Neste artigo, pretendemos definir e estudar um dos parâmetros mais importantes da acústica, que é o Tempo de Reverberação (RT = Reverbaration Time), cujos primeiros estudos quantitativos foram realizados pelo americano Wallace Clement Sabine, a menos de cem anos atrás. Mostraremos a sua influência na audição, para em seguida adequá-lo às diversas salas existentes. Iremos definir os vários tipos de salas, as vivas, as mortas (também chamadas salas surdas pelo pessoal de gravação), e as salas secas, para em seguida verificarmos qual delas é a melhor opção para nós.
          Muito temos lido na Internet sobre o assunto. Além disso, temos realizado várias pesquisas no nosso Laboratório de Acústica e Áudio. Interessante que, navegando, encontramos um site (do Clube de Audiofilia de Atenas, na Grécia: Audiophile Club of Athens, http://aca.gr) que mostra pesquisas semelhantes às nossas e eles também chegaram a constatações que levam a uma direção muito próxima da nossa. Isto muito nos animou, pois apesar dos excelentes resultados auditivos que temos obtido, temos feito algumas constatações diferentes daquelas largamente publicadas na Web e aceitas no nosso meio audiófilo. Pretendemos torná-las públicas, nesta série, para gerar uma discussão em torno do assunto, pois os resultados são surpreendentes.
           Vamos analisar também o que vem a ser conforto auditivo, como alcançá-lo, e quais as suas conseqüências para o nosso emocional.

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Tempo de Reverberação

          O dicionário define reverberação como sendo sinônimo de reflexão. No meu entender, reverberação significa múltiplas reflexões. Tempo de reverberação é o tempo que um determinado som permanece audível, em um dado ambiente, desde a sua emissão até o momento exato em que deixa de ser perceptível. Quando emitimos um som forte e instantâneo, em um dado ambiente, como um tiro, por exemplo (somente ilustrativo), as ondas sonoras (que são esféricas), batem em todas as superfícies da sala, refletindo-se e permanecendo audíveis durante um certo tempo, até se extinguirem. Tempo de reverberação também pode ser entendido como o tempo necessário para que uma energia sonora emitida em um ambiente seja totalmente absorvida por ele. Este tempo pode variar de 0 (zero) a vários segundos. No espaço livre, sem paredes e sem reflexões, o tempo de reverberação é nulo e representa o que chamamos de ambiente anecóico. Uma câmera anecóica, portanto, é um ambiente com forte tratamento acústico, onde o tempo de reverberação é nulo em todo o espectro. Vemos o oposto disto acontecendo, por exemplo, em uma grande igreja ou templo, como a Igreja Nossa Senhora Aparecida, em Aparecida do Norte, no Estado de São Paulo, que apresenta tempos de reverberação bem altos, em torno de vários segundos.
          Uma forma simples e rudimentar de verificarmos o tempo de reverberação de um certo ambiente, uma sala, por exemplo, ou um quarto, ou cada um dos outros ambientes de nossas residências, é batermos palmas nos recintos em questão e estimarmos o tempo que leva desde o instante da emissão do som até o instante em que deixamos de ouvi-lo “ecoar” ou se refletir naquele ambiente. (Coloquei “ecoar” entre aspas, pois tecnicamente não ocorre um eco, embora popularmente o significado seja este a que nos referimos). Isto nos dará uma idéia e permitirá comparar os diversos  tempos resultantes. A grosso modo, obteremos os tempos de reverberação dos vários ambientes.
          Há vários sites na Internet que nos orientam a realizar testes para diversos ambientes. É só vocês entrarem no www.google.com, colocarem Reverberation Time e começarem a investigar os vários sites existentes, os quais apresentam diversas experiências e testes que vocês poderão realizar. É muito interessante e é muito bom adquirirem um pouco de experiência a respeito deste tipo de avaliação, pois vamos utilizá-lo intensamente daqui para a frente.
          Agora que vocês já têm alguma experiência, vejam dois fatos muito interessantes e importantes. O primeiro é que, dependendo do lugar onde vocês forem bater palmas, dentro da sala, o tempo de reverberação poderá mudar. Esta variação vai depender das paredes e dos móveis que estiverem mais próximos, ao seu redor. A rigor, para cada posição espacial do ambiente, poderá existir um novo tempo de reverberação. Portanto, o tempo de reverberação que você estiver definindo tem que estar associado àquela posição espacial onde o teste está sendo realizado. Este aspecto é muito importante e não poderá ser esquecido na análise acústica do ambiente.
          O segundo fator importante é que o tempo de reverberação normalmente varia com a freqüência do som dentro do espectro sonoro. O tempo de reverberação nas baixas freqüências, ou seja, nos graves, pode ser muito diferente do encontrado nas médias freqüências e também bastante diferente do obtido nas altas freqüências. Daí resulta uma infinidade de curvas advindas dos vários tempos de reverberação (nas ordenadas, em segundos), em função do espectro das freqüências sonoras emitidas (nas abscissas). Normalmente o eixo das abscissas, quando representa as freqüências sonoras, é um eixo logarítmico, como se vê na figura abaixo (aproximado). Devido a estas variações, o que normalmente se faz, num tratamento acústico, é otimizar o tempo de reverberação para uma certa região da sala, onde preponderantemente ficarão os ouvintes.
        Como vocês podem perceber, o tempo de reverberação é um parâmetro importante e pode ser muito complexo.
          Estudá-lo profundamente é uma das premissas fundamentais para que possamos entender o processo acústico que ocorre em nossas salas.

Tempo de Reverberação: Um Pouco de Teoria

          Os técnicos definem tempo de reverberação como sendo o tempo em que o término de uma emissão sonora cai a um milionésimo da sua intensidade inicial. Também é definido como o tempo necessário para que um som, emitido com 0 dB de intensidade, caia a -60 dB, o que corresponderia ao espaço de tempo entre a emissão de um som na sua intensidade máxima (0 dB), até o momento em que sua queda auditiva tenha chegado a um milionésimo daquela intensidade máxima inicial (-60 dB). As duas definições são, na realidade, idênticas, sendo que a segunda utiliza a escala em Bel. É por isso que o tempo de reverberação é apresentado pelo símbolo RT60 (que representa o tempo decorrido em segundos até atingir menos 60 dB). Passaremos a usá-lo daqui para frente.
          Pode-se encontrar também, na literatura técnica, símbolos colocados na forma de RT125, ou RT500, etc., que representam cada um dos tempos de reverberação nas respectivas freqüências indicadas.
          É possível, à partir da fórmula do Tempo de Reverberação de Sabine, ou da fórmula de Eyring, calcular teoricamente o RT60 de um ambiente, com boa aproximação ao resultado obtido pela medição prática. Contudo, a nossa intenção aqui não é entrarmos na parte do projeto propriamente dito, mas sim pretendemos dar uma orientação muito segura quanto às principais características que uma sala precisa apresentar para que tenhamos a melhor reprodução possível.
          Importante é ter em mente que o RT60 depende fundamentalmente de dois parâmetros, a saber: do volume livre da sala (V ) e do valor de absorção sonora total desta sala (ΣΑ ). A absorção sonora vai depender tanto das superfícies das paredes, do piso e do teto, quanto das portas, janelas, móveis e também dos utensílios que estejam no interior da sala. Podemos representar tudo isto, de acordo com a equação simplificada de Sabine, da seguinte maneira:

RT60 = K•V/ΣΑ

          Onde K representa uma constante que depende do sistema métrico usado, o V é o volume livre da sala e o ΣΑ é o valor de absorção sonora total das superfícies desta sala. Portanto, quanto maior for o ΣΑ, ou seja, quanto maior for a absorção sonora da sala, menor será o RT60 em segundos, pois a reflexão será drasticamente reduzida. E também, por outro lado, quanto mais reflexivas forem as superfícies, mais baixo será o valor de absorção sonora total da sala ΣΑ, o que tornará os valores de RT60 cada vez mais altos. Estes cálculos são bastante trabalhosos, pois precisam ser feitos para cada superfície da sala e também para todas as freqüências sonoras. Quanto ao volume, temos que quanto maior for a sala, maior será o seu tempo de reverberação. Mais adiante iremos fazer análises mais detalhadas.
          Como um milionésimo da intensidade inicial de um som é um volume sonoro muito baixo, já no nível do ruído normal de uma sala, fica muito difícil podermos medir o tempo de reverberação com alguma precisão. Foi adotada, então, a medição do RT30, para se chegar ao RT60 da sala, ou seja, medimos inicialmente o tempo que o impulso sonoro leva para cair à milésima parte da sua intensidade inicial e, a seguir,  multiplicamos este valor por 2 (dois), porque a escala é logarítmica, para então, chegarmos ao RT60.
          O tempo de reverberação também pode ser definido como -10dB (= queda de 10% da intensidade inicial), RT10, que multiplicado por 6 (seis) é comparável com o RT60. A partir de agora, vamos chamar RT10 X 6 de "Tempo do Primeiro Caimento" ou "EDT" (Early Decay Time).
         O EDT é muito importante em salas de concertos, como vamos ver adiante. O gráfico acima apresenta o decaimento da intensidade de um som, emitido em 60dB, em 3 salas de concertos diferentes, mas que possuem um mesmo RT60. Como se pode ver, dependendo dos diversos aspectos construtivos de cada sala, o decaimento da intensidade do som segue uma curva específica, onde observamos diferentes EDT para um mesmo RT60.
          Vejam, no eixo das ordenadas, a intensidade sonora do impulso, que no caso é 60dB e, no eixo das abscissas, o tempo de reverberação medido em segundos. As três curvas de caimento da reverberação estão aí representadas, com diferentes EDT, apesar de possuírem um mesmo RT60. A curva superior possui um EDT maior do que o correspondente RT60; a curva do meio, que é uma reta, o EDT é igual ao RT60 e; na curva inferior, o EDT é menor do que o RT60. Analisem um pouco e procurem entender por vocês mesmos estes parâmetros. Não é difícil percebermos o que eles estão mostrando.

Que volume uma sala ideal deverá ter?

          Quando falamos da nossa sala, normalmente mencionamos a sua largura e o seu comprimento, imaginando já tê-la definida. Porém, apesar do comprimento e da largura serem muito importantes, a altura também tem grande relevância. Desta forma, o primeiro parâmetro mais importante é, sem dúvida alguma, o volume da sala. O volume é primordial! E aqui vem um conceito relevante: quanto maior for o volume do ambiente, melhor reprodução sonora poderá ser obtida.
          Aqui alguém já poderá me perguntar se as medidas em si são importantes. Sem dúvida alguma, são muito importantes. Existem relações de medidas que são muito ruins para salas com grandes volumes e também existem relações muito ruins para salas pequenas, é verdade, mas temos também uma grande relação de medidas que são boas e até excelentes para as nossas salas. Porém, em se tratando do volume, quanto maior for, melhor! Mas isto não aumenta o RT60 em demasia? Pode até ser que precisaremos de um tratamento acústico maior, porém o resultado sonoro final será, com certeza, melhor do que se estivéssemos lidando com uma sala de volume menor. O volume maior traz um palco sonoro maior, um realismo na reprodução que pode ser muito mais acurado. Traz também uma outra grande vantagem, que é a redução da problemática das ondas estacionárias que, na minha opinião, é o “pé de Aquiles” das salas pequenas. Mas, este assunto, de ondas estacionárias, vamos tratar em uma série de artigos exclusivos, devido à sua grande complexidade.
          Como é um pouco vaga esta afirmação de que quanto maior o volume melhor para nós, vamos lhes dar uma idéia de volumes pequenos, médios e grandes. Por exemplo, consideramos uma sala de 3m X 4m X 4,16m, com um volume em torno de 50m3, como uma sala de pequeno porte. Até um volume em torno de 100m3, vamos considerar a sala como pequena. A partir daí, até 200m3, consideraremos como sala média e acima disto consideraremos as salas como grandes. Estes são valores estimados e aproximados, somente para vocês terem uma idéia geral do volume. O tratamento acústico é diferente para uma sala pequena e para uma sala grande. Enquanto que, na sala pequena, as ondas estacionárias são mais problemáticas, nas salas grandes, o tempo de reverberação, entre outros parâmetros, exige maiores cuidados técnicos.

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          Como se pode verificar por estatística, a maioria das nossas salas é composta de espaços pequenos, onde a problemática das ondas estacionárias é maior do que o problema do tempo de reverberação. Acontece, porém, que grande parte destas salas não possui tratamento adequado para as estacionárias, permanecendo então aquele grave retumbante, embolado e indefinido, que costumamos chamar de “grave de uma nota só”.

Quando ouvimos música, o que ouvimos?

          Imaginem agora todos nós na Sala São Paulo, ouvindo os acordes da orquestra sinfônica do Estado de São Paulo. Visualizem a orquestra completa tocando. O que realmente nós escutamos, quando ouvimos música em uma sala de concerto? Ouvimos os instrumentos tocando juntamente com o tempo de reverberação desta sala RT60 e com o tempo do primeiro caimento EDT, entre outros parâmetros que também dão um equilíbrio tonal particular aos instrumentos. Esta orquestra tem um som específico, uma sonoridade peculiar nesta sala, diferente do som que teria em outra sala de audição com outras características distintas. Portanto, nós não estaremos ouvindo somente a orquestra, mas sim, estaremos ouvindo a sala também. Estaremos ouvindo um conjunto musical composto de toda orquestra tocando e da Sala São Paulo "tocando junto”. Não é possível separarmos as duas coisas. Forma-se uma simbiose sonora que, dependendo da sala e da música tocada pela orquestra, o resultado auditivo poderá ser espetacular, particular e único.
          Existem extensos estudos, pelo mundo a fora, com relação à acústica de salas de concerto, com vasta literatura. Inclusive, a STEREOPLAY alemã publicou recentemente um estudo a respeito das melhores salas de concerto do mundo, distribuindo um CD contendo peças musicais clássicas tocadas nas diferentes salas. E, meus amigos, como as diferenças registradas foram grandes!!! Por isto, dizemos que a acústica das salas, grandes ou pequenas, é a metade do resultado sonoro. Vamos aqui estudar de forma abrangente a acústica de salas de concerto, não só para lhes explicar melhor a sensação musical nestes recintos, mas também para lhes mostrar a complexidade e a influência da acústica na música.
          Só para aumentar o entendimento acústico, o EDT e o RT60 possuem atributos musicais diferentes e muito importantes para uma sala de concerto. Por exemplo, o EDT, que é o tempo do primeiro caimento, representa as primeiras reflexões na sala e influi preponderantemente sobre os seguintes atributos musicais:

·        Transparência   -   representa nitidez, Clarity;
·        Intimidade         -   envolvimento musical
·        Lateralidade      -   reflexões laterais

           Estes são alguns atributos musicais onde o EDT tem maior influência. Quanto ao RT60, ele influi nos seguintes principais atributos:

·        Espacialidade    -   envolvimento do ouvinte
·        Calor musical     -   relação de graves (BR)
·        Brilho                  -  RT60 nas altas freqüências;
·        Reforço musical -  graves e agudos, Loudness

           Como se pode ver, o assunto é bastante complexo e pode ficar mais complexo ainda! Existem estudos profundos sobre estes atributos musicais e também sobre alguns outros não abordados aqui. A literatura é farta, inclusive com valores e definições numéricas, para diminuir e cercar a subjetividade de todos estes parâmetros. Quem tiver interesse em se aprofundar no assunto de salas de concerto recomendo, entre os vários livros existentes no mercado, o livro “Architectural Acoustics – Principles and Design” de Madan Mehta, Jim Johnson e Jorge Rocafort. Vamos, porém, neste espaço, dar apenas uma noção geral destes principais atributos musicais, com a intenção de mostrar a profunda influência que o ambiente tem sobre a reprodução musical, a ponto da sala definir, de forma preponderante, a qualidade sonora desta reprodução musical.
           Vamos, então, ao primeiro item, que é a transparência. Podemos chamá-la também de nitidez, definição ou de inteligibilidade. A transparência  aumenta com EDT curtos. Os americanos também a chamam de Clarity.
           Vejam abaixo os gráficos elaborados com a fala da palavra " MU-SI-CAL", em duas salas distintas (A e B), com diferentes RT60, com decaimento linear de 2,0s e 0,4s respectivamente, de forma que, nestas duas salas, o EDT é igual ao RT60. Esta nossa análise envolve o EDT, pois a parte mais importante é a queda dos primeiros 10% da intensidade inicial do som (que no caso é igual a 70dB, conforme os gráficos). Vejam o que acontece na sala A, com fala normal e RT60 igual a  2,0s: após o pronunciamento da primeira sílaba "MU", a intensidade do som cai um pouco, digamos para 68dB (nível de mascaramento) e aí a próxima sílaba "SI" já é pronunciada. A partir deste ponto as duas sílabas se misturam e a inteligibilidade fica muito reduzida. Quando a última sílaba "CAL" é pronunciada, a inteligibilidade já se torna muito pequena, pois a mistura das três sílabas atinge todo o ambiente. Para que a inteligibilidade aumente, é necessário que o nível de mascaramento seja o menor possível. Uma alternativa para melhorar a inteligibilidade seria reduzir o EDT, (que neste caso é igual ao RT60), digamos para 0,4s, como nos é mostrado no gráfico do meio, referente à sala B. Vejam que agora o nível de mascaramento é menor e está próximo do valor de 65dB e aí a inteligibilidade é maior. Uma outra forma de se aumentar a inteligibilidade da sala A, com o seu RT60 = 2,0s, é falar mais devagar, de forma mais pausada, pois o nível de mascaramento se tornará menor (gráfico da direita).
        É isto que acontece em igrejas e recintos grandes, onde não foi trabalhado o EDT. Este aspecto, que estamos aqui relatando, vale para discursos e também para música, em recintos grandes. Por estes exemplos, podemos concluir que as melhores salas de concerto possuem EDT curtos.

           A intimidade (Intimacy) é a impressão subjetiva do tamanho da sala. Salas menores, normalmente retangulares e estreitas, como a Boston Symphony Hall (projetada por Sabine em 1900) e a famosa Grosser Musikvereinsaal em Viena são consideradas salas intimistas. Salas mais estreitas criam um EDT mais curto e melhoram este atributo musical. Evidentemente, existe um valor ideal para cada volume em questão. Salas mais largas criam eventos musicais mais distantes, menos envolventes.
           A lateralidade é conseqüência também das primeiras reflexões das paredes laterais, com um EDT curto. Isto explica o porquê das salas mais antigas, estreitas, possuírem normalmente excelentes acústicas.
           Quanto ao RT60, a situação já é inversa. Normalmente RT60 mais longos trazem uma espacialidade maior, com maior envolvimento do ouvinte.
           O calor musical (bass ratio = BR) é obtido procurando-se aumentar o RT60 em baixas freqüências, acima do RT60 das médias, com um resultado muito agradável na audição ao vivo.
           Quanto ao brilho, em salas de concerto, é exigido um cuidado todo especial. Como a maioria dos materiais de construção já absorve freqüências acima de 2KHz e como o próprio ar já atenua freqüências acima deste valor, é muito difícil, em salas grandes, se obter um bom brilho. Por isto, o uso de carpetes e materiais similares, em salas de concerto, deve ser realizado com muita parcimônia. Na maioria das salas, porém, o RT60 já sofre um decréscimo à medida que as freqüências sobem.
           O reforço musical, que na verdade é o calor musical com o brilho, representa a tentativa de dar à sala de concerto um certo loudness que transmita ao ouvinte uma sensação musical mais intensa.
           Como podemos ver, o RT60 em salas de concerto deve ser mais longo. Portanto, de forma geral, as melhores salas de concerto possuem um EDT curto e um RT60 longo. Naquele gráfico acima, onde explicávamos e definíamos o RT60, a melhor curva para salas de concerto, então, é a curva inferior, com rápido decréscimo da intensidade do som logo de início, dando um baixo EDT e em seguida um decréscimo mais lento, dando um longo RT60.
           O gráfico do RT60 para todas as freqüências, em uma sala de concerto, também não é plano. Normalmente é desejável ser mais alto em baixas freqüências, (onde as ondas estacionárias estão abaixo do campo auditivo humano, devido ao tamanho da sala), caindo para um patamar mais baixo nas freqüências dos médios  e, a partir daí, o RT60 declina nos agudos, como pode ser visto abaixo, no gráfico de famosas salas de concertos.

           Como vocês podem ver no gráfico, a variação do RT60 nas diversas salas de concerto, apresentadas acima, é grande e por isso mesmo a sonoridade de cada uma delas é muito diferente da captada nas outras. Vejam que os médios estão mais pronunciados na maioria delas, o que não é o ideal. Apenas duas salas seguem a tendência que comentávamos acima, ou seja, baixas freqüências com RT60 mais elevado e nas altas freqüências, a partir de 2000Hz, todas elas  já com uma queda suave do RT60, como havíamos analisado acima, o que indica que estas são as melhores, acusticamente falando.  O RT60 está variando em uma faixa grande, de 1,50 segundos até 3 segundos. Os gráficos de EDT podem chegar a variar muito em relação aos de RT60, mas infelizmente não consegui nenhum para lhes mostrar.

Resumo

           Fizemos aqui uma abordagem sobre a acústica de salas de concerto, onde mostramos e definimos o que vem a ser os RT60 e os EDT. Mostramos a grande influência que o ambiente tem sobre o atributo musical. Evidentemente, devido a isto, algumas salas são mais apropriadas para tocarem certos tipos de musicas do que outras. No seio da própria musica clássica, existem salas mais próprias para o barroco, por exemplo, ou para o romântico, do que outras. De forma simplificada, isto depende do ritmo da música, mais lento ou mais rápido e também da variação do volume sonoro da própria música, onde então os RT60 deverão ser diferentes para conseguirmos a melhor sonoridade possível para cada caso.
          Abaixo mostramos outro gráfico, com os RT60 próprios para: uma sala de concerto para música sinfônica, outro para uma sala de música de câmera e outro para uma sala normal, executada sem nenhuma orientação especial para acústica. Estas três salas, como vimos, devem tocar de forma muito diferente. Onde o calor musical será maior? Haverá diferenças de brilho? Deixo as respostas por conta de vocês, para que possam refletir um pouco mais.

         Já o gráfico abaixo, mostra os tempos de reverberação dos principais ambientes existentes como: salas de concerto, que nós vimos acima, salas para órgão, auditórios para múltiplos usos, teatros e salas de aula em função do volume. No eixo das ordenadas estão os tempos de reverberação e no das abscissas os volumes das salas pois, como vimos, o RT60 depende do volume. Cada tipo de sala possui valores ideais de RT60 e de EDT. Inclusive a quantidade de literatura sobre o assunto e também de normas correlatas para cada sala é muito grande.     

         Como vocês vêem, devido à grande interação existente entre os sons e o ambiente, a execução da música ao vivo tem que levar em conta a acústica apropriada para os objetivos musicais propostos, seja  para uma orquestra, para um conjunto de música de câmera, ou então, por exemplo, para um coral, uma capela, um conjunto de jazz, ou um conjunto de música popular brasileira, como a nossa MPB. Cada uma destas propostas musicais exige parâmetros acústicos próprios, preparando os ambientes para proporcionarem os melhores resultados e atributos musicais nas várias apresentações e shows. Este resultado final otimizado e simbiótico pode implementar todo o encanto  musical!
        No próximo artigo, vamos iniciar um estudo mais profundo sobre salas que realizam reproduções musicais. A problemática é totalmente diferente da que vimos agora, pois os objetivos, como veremos, são outros. Uma coisa é a música ao vivo, com o encanto da simbiose entre os músicos, os instrumentos e o ambiente, e outra, bem diferente, é reproduzir eletronicamente este evento musical em nossas salas.
          Desejo a todos uma sala corretamente tratada, para que vocês possam ouvir e desfrutar do que realmente foi gravado!!! Uma excelente audição e aquele abraço!!!

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