De brand van 15 april die het dak van de 850 jaar oude kathedraal Notre Dame de Paris verwoestte, deed veel mensen over de hele wereld afvragen of het mogelijk is om het te herbouwen op een manier die de complexe kenmerkende akoestiek van het culturele icoon kan recreëren.

Andere kathedralen lijken misschien een vergelijkbare akoestiek te hebben, maar geen twee zijn hetzelfde in de manier waarop geluid naar binnen zweeft en weerkaatst. Talloze nuances en details zijn uniek - waarvan er vele waarschijnlijk in de loop van de eeuwen zullen veranderen naarmate meubels en renovaties evolueren.

Zes jaar geleden, op 24 april 2013, Brian FG Katz, een Fellow van de Acoustical Society of America en CNRS-onderzoeksdirecteur aan de Sorbonne Université, en collega's verkregen gedetailleerde metingen van de akoestiek van de hoofdruimte in de Notre Dame.

Die metingen en de methoden die zijn team gebruikte om ze te verkrijgen, werden gedetailleerd beschreven in verschillende publicaties in de vlaggenschippublicatie van de ASA, de Tijdschrift van de Acoustical Society of America , en een van Katz' studenten presenteert later deze maand een deel van het werk op de 177e bijeenkomst van de Acoustical Society of America in Louisville, Kentucky.

Deze metingen hebben nu een nieuwe betekenis, zei Katz. Ze documenteren de akoestische omstandigheden van de kathedraal vóór de brand en kunnen worden gebruikt tijdens de restauratie. Hij is beschikbaar om vragen van verslaggevers te beantwoorden over het werk en het reconstrueren van de complexe akoestiek van de Notre Dame.

"De akoestiek van aanbiddingsruimten is al lang een onderwerp van belang en is momenteel een actief studiegebied, " zei Katz. "Akoestiek in kerken en gebedshuizen, in het algemeen, sterk variëren met de bijbehorende religieuze praktijken. Sommigen benadrukken de verstaanbaarheid van het gesproken woord, terwijl anderen zich richten op de rituele aspecten en de muzikale aard. Een groots kerkorgel, bijvoorbeeld, gespeeld in een droge ruimte die geschikt is voor spraak, kan meer als een accordeon klinken, zonder het galm-mengeffect van de akoestiek."

Hoe ze de akoestiek van de Notre Dame hebben vastgelegd

"De basispraktijk van het meten van de akoestiek van kamers is gebruikelijk in alle ruimtes, ' zei Katz. 'We gebruiken geen speciale kathedraalprotocollen. Maar voor de lange nagalmtijd en het aanzienlijke volume, we moesten werken om ons signaal-ruisniveau op een adequaat niveau te krijgen."

Metingen werden gedaan met behulp van een verzameling omnidirectionele, 3D (eerste orde ambisonisch), en dummy head (binaurale) microfoons. Verschillende dodecaëderluidsprekers bevonden zich op sleutelposities in de kathedraal, ofwel typische bronposities of die meetposities van een reeks metingen die in 1987 door hetzelfde laboratorium zijn uitgevoerd.

"We hebben ook verschillende ballonexplosies opgenomen als beveiliging, zich bewust zijn van hun akoestische beperkingen, " zei Katz. Dat werk werd in 2011 gepubliceerd in JASA (zie asa.scitation.org/doi/10.1121/1.3518780).

De onderzoekers gebruiken veelal pro-audio hardware omdat deze vaak een betere signaal-ruisverhouding geeft en de installatie eenvoudiger is dan laboratorium meetapparatuur.

"Technisch sprekend, we gebruikten een exponentieel sweep-sinussignaal van 20 seconden, of chip, en deconvolutie om de impulsrespons van de kamer te verkrijgen. deze reactie, of de akoestische signatuur, voor elk bron/ontvanger-paar karakteriseert in feite hoe de kamer het geluid transformeert van bron naar ontvanger, "Zei Katz. "Eenmaal opgezet, de metingen duurden iets meer dan een uur en bestonden voornamelijk uit het verplaatsen van microfoons."

Toegang krijgen tot iconische sites zoals de Notre Dame is altijd moeilijk, en de tijd binnen om metingen te registreren gaat altijd snel voorbij. "Een voordeel van zo'n ruimte is de relatief vlakke vloer, waardoor we het grootste deel van onze apparatuur op een kar konden hebben die door het gangpad kan worden gerold, "Zei Katz. "Dit staat in schril contrast met wanneer we metingen doen in concertzalen met verschillende niveaus en balkons."

"Hergalmende energie" - het volle geluid van de Notre Dame

Met een nagalmtijd van 6 seconden bij middenfrequenties, Katz beschrijft het geluid van de Notre Dame als "zo vol als je je kunt voorstellen, met de galmende energie die van overal komt. Terwijl je door de ruimte beweegt, de akoestiek varieert door veranderingen in plafondhoogte, bijvoorbeeld. Dit is zeer merkbaar en is te horen in ons online simulatievoorbeeld terwijl je door de kathedraal reist."

Uit de metingen en andere documentatie die ze in de Notre Dame konden verkrijgen, Katz en collega's hebben een geometrisch akoestisch kamermodel gemaakt en dit gekalibreerd op de akoestische parameters van de gemeten responsen met behulp van CATT-Acoustics (www.catt.se), een numerieke simulatiesoftware die wordt gebruikt door akoestische adviseurs. Dat werk werd in 2016 gepubliceerd in JASA (zie asa.scitation.org/doi/10.1121/1.4971422).

"Met dit model we simuleerden nieuwe kamerimpulsreacties die overeenkomen met een orkestconfiguratie van een close-mic opnamesessie gemaakt in de kathedraal door het Conservatoire National Supérieur de Musique et de Danse de Paris (CNSMDP), een college voor muziek en dans, " legde Katz uit. "Door deze opnames naar de juiste bronposities in het model te sturen, we waren in staat om de akoestische uitvoering van dit concert na te bootsen, waardoor de luisteraar zich in de kathedraal kon bewegen om de complexe akoestiek van deze grote en historische ruimte te verkennen en te ervaren."

Voor deze simulaties "de enorme omvang en lange nagalmtijd van de kathedraal betekent langere rekentijden, langere impulsreacties, langere verwerkingstijden, en meer rekenvereisten, " voegde Katz toe. "Deze eisen gingen veel verder dan wat we met andere sites hebben ervaren, en kleine schommelingen in de luchttemperatuur resulteerden in een verkeerde uitlijning van impulsreacties. Dit, beurtelings, resulteerde in kunstmatig kortere nagalmtijden voor gemiddelde metingen, daarom hebben we een methode ontwikkeld om ervoor te corrigeren die ook kan worden gebruikt als een manier om kleine veranderingen in de gemiddelde temperatuur te meten."

Speel het vooruit:De reconstructie van de Notre Dame

Hoe kunnen de akoestische metingen van Katz helpen bij de reconstructie van de Notre Dame? Eerst, het bestaan ​​van akoestische documentatie van de kathedraal is een enorm voordeel.

"Het kan helpen tijdens renovatiewerkzaamheden als je bedenkt hoe de impact van eventuele keuzes de akoestiek kan veranderen, zoals materiaalkeuze, "Zei Katz. "Het is nog niet duidelijk in welke staat de interieurafwerkingen zich bevinden, maar de houten panelen en schilderijen in de kathedraal zijn helemaal niet onbelangrijk als het gaat om akoestiek. Vergeleken met de ruwe steenstructuur, deze kleine elementen fungeren als mogelijke akoestische absorptie en diffusie en kunnen een aanzienlijke impact hebben op de resulterende akoestiek."

Het tweede voordeel is virtuele reconstructie - in wezen een manier voor mensen om naar uitvoeringen te luisteren binnen de "verloren" akoestiek. "Dit kan zijn door samen te werken met de CNSMDP om de volledige opname te verwerken van het concert waarvan we een fragment op YouTube presenteerden, of om andere opnamen te verwerken die met dezelfde procedure zijn gemaakt. Deze benadering kan ook worden gebruikt om te luisteren naar 'nieuwe' uitvoeringen in de kathedraal die daar nooit hebben plaatsgevonden, waardoor zelfs live optredens als een concert kunnen worden uitgezonden in de virtuele Notre Dame. Deze kunnen van belang zijn tijdens de wederopbouw, terwijl het gebouw niet toegankelijk is voor het publiek."