Uitdrijver van klopgeesten

Techniek

Martijn Vercammen verbetert de akoestiek in concertzalen. Hij promoveert op zijn computermodel voor echo’s in een zaal.

Martijn Vercammen. Foto Bas Czerwinski

Het was tien jaar geleden. De Tonhalle in Düsseldorf, een koepelvormige concertzaal voor 1.900 toeschouwers, kampte met een probleem. Solisten, zelfs hele orkesten, meden de zaal. En verschillende musici van de Düsseldorfer Symphoniker, dachten er voorzichtig aan om een andere werkgever te zoeken. De oorzaak, zo werd gekscherend geschreven, was een Klopfgeist. De akoestiek van de zaal was zo slecht, dat de aanslag van piano en trommels op sommige rijen tweemaal te horen was.

De man die het probleem oploste, is akoesticus Martijn Vercammen (1961). Hij verbetert, in dienst van ingenieursbureau Peutz, het geluid in concertzalen, theaters, aula’s en vergaderruimtes, overal in Europa. Op dit moment begeleidt hij met collega’s de renovatie van de Staatsoper Unter den Linden in Berlijn, de verbouwing van de Opera in Keulen en de bouw van een concertzaal in Dresden. Later dit jaar volgt de renovatie van de Groningse Oosterpoort.

Maar aanstaande dinsdag verdedigt Vercammen zijn proefschrift. Aan de Technische Universiteit Eindhoven promoveert hij op het onderzoek dat hij uitvoerde in de Tonhalle en andere zalen met ronde wanden. Want dat de koepel van de Tonhalle voor de slechte klank van de muziek zorgde, was al snel duidelijk.

“Enerzijds hoorde je die echo, als je op de juiste plek zat. Het tweede probleem was dat via die koepel veel geluid terugkaatst naar het publiek in de zaal. Die toeschouwers absorberen veel geluid, dus de zaal klonk gortdroog. Verder hingen er in de zaal reflectievlakken die alle geluid wegleidden van het podium. Dus de musici hoorden nauwelijks iets.”

Vercammen zit op een lichtgrijze leren fauteuil, in zijn kleine appartement, op de tweede verdieping in de Rotterdamse wijk Spangen. Kijk naar zijn woonkamer en zie: hier woont iemand met twee liefdes – professioneel gezien. Aan de ene kant van de kamer staat een bureau, een enorme platte monitor, en een kast met standaardwerken over geluidsleer. De andere helft van de kamer wordt ingenomen door een zwart glanzende Bösendorfer concertvleugel, Eine kleine Nachtmusik op de lessenaar. “Ik heb een spijl uit het kozijn gehaald om hem naar binnen te krijgen.”

De promovendus studeerde enkele jaren aan het conservatorium. Maar moet de fotograaf écht een portret maken bij de vleugel? Ingenieur Vercammen twijfelt. “Akoestici worden door opdrachtgevers toch al gezien als halve kunstenaars, en ik wil het nu juist wetenschappelijk benaderen.” Daar spreken we die middag over: over wetenschap en ambacht in de akoestiek. En over de oplossing die Vercammen, met een combinatie van rekenwerk en inzicht, voor de Tonhalle bedacht.

In grote lijnen zijn muziekliefhebbers het wel eens: er zijn zalen met een goede akoestiek, en zalen met een slechte. De Tonhalle hoorde evident bij de laatste categorie. Het Concertgebouw in Amsterdam geldt juist als een van de akoestisch beste concertzalen ter wereld (zie ook kader Goede zalen, slechte zalen). Het ‘schoenendoosmodel’ van het Concertgebouw is de klassieke bouwvorm voor grote concertzalen, en die is goed voor de akoestiek.

Planetarium

Toch hebben veel zalen een andere vorm. De Tonhalle in Düsseldorf, met zijn enorme koepel, was oorspronkelijk een planetarium. Grote plenaire vergaderzalen zoals van parlementen zijn vaak rond omdat die vorm zo fraai het democratisch proces weerspiegelt. Theaterzalen hebben meestal een cilindervormige achterwand omdat het toneel dan vanuit elke hoek goed te zien is.

En ook bij het ontwerp van gespecialiseerde concertzalen werd na 1900 meer geëxperimenteerd. Een beroemde vinding is de Berliner Philharmonie (1963), een vijfhoekige ‘terrassenzaal’ waar het publiek om het orkest heen zit en er dus een prachtig zicht op heeft – mensen noemden de zaal wel Circus Karajani, een verwijzing naar de befaamde dirigent Herbert von Karajan. Vercammen: “Het is een van de meest geslaagde terrassenzalen. Maar door de plaats van het publiek ontstonden er toch akoestische problemen, vooral op het podium zelf.”

De architectonische experimenten gaan steeds verder, vertelt Vercammen. “Een architect heeft een programma waar je zo een ellips in kunt tekenen, en die ‘blob-architectuur’ kan nog gemaakt worden ook. Dan kun je als akoesticus niet meer zeggen: je moet niet rond bouwen, want dat is zo onhandig. Dan is het aan ons om te voorspellen of het in de praktijk ook echt fout zal gaan.”

“En dan houdt je Fingerspitzengefühl wel op”, vervolgt de promovendus. Cilindrische, koepelvormige en ellipsvormige zalen kennen een specifiek probleem. Een holle wand gedraagt zich als een paraboolspiegel, die geluid in een brandpunt samenbrengt. In en rond dat ‘focusseringspunt’ kan het geluid vervormd of versterkt worden, en kunnen echo’s optreden. Maar wat er in dat brandpunt precies gebeurt, is met bestaande rekenmodellen niet te voorspellen. Computermodellen werken beperkt voor vlakke wanden (zie kader Wat doet de akoestisch expert in de concertzaal?), maar voor ronde totaal niet. “Er is geen beginnen aan.”

Wat moest er gebeuren met de koepelzaal in Düsseldorf? Niets, was aanvankelijk de mening van het stadsbestuur, hoewel het altijd al met de slechte akoestiek kampte. Tot het, tien jaar geleden, van het asbest in de zaal afwilde – de Tonhalle ging op de schop. Vercammen en collega´s maakten een plan, op basis van hun ervaring met andere zalen. Er moesten diffusiepanelen in de koepel komen met een zigzagpatroon, die het geluid naar alle kanten verstrooien. Dat vermindert storende geluidsconcentraties (die versterking en vervorming geven) en echo’s. “Maar we hadden het niet getalsmatig onderbouwd. We bouwden wel een schaalmodel om het concept te toetsen. En dat was maar goed ook, want onze oplossing met diffusiepanelen hielp niet voldoende. Dat heeft veel indruk op me gemaakt.”

De akoesticus besloot er zijn promotieonderzoek van te maken. “Ik wilde kunnen uitrekenen: hoe hard is de echo en in welke mate kan ik die verminderen?” Vercammen maakte daarvoor een wiskundig model dat, in tegenstelling tot bestaande akoestische modellen, geluid als een golf beschouwt en niet versimpelt tot een straal. “In het brandpunt komen geluidsgolfjes exact gelijk aan en versterken elkaar.”

Hij baseerde zich op het 17de-eeuwse werk van Christiaan Huygens. Die stelde: op een golffront ontstaan nieuwe golfjes, die met elkaar interfereren. Daaruit volgt dat als geluid op een muur weerkaatst, op die plaats nieuwe geluidsbronnen ontstaan. Vercammen maakte uit dat model een simpele wiskundige methode om de geluidsterkte in het brandpunt van perfecte koepels en cilinders te berekenen.

Voor moeilijker gevormde ruimtes is de geluidssterkte met een computer te berekenen – zoals de koepel van de Tonhalle, die geen nette bol is. Vercammen verdeelde de koepel (diameter 37 meter) in 1.500 platte segmenten. Het rekenwerk is gecompliceerd: over het uitrekenen van de brandpuntseffecten van één toonhoogte deed de computer 8,5 uur.

Spiegelen

“Ik was er toen vrij snel achter wat de reden is dat diffusie niet genoeg werkte, omdat ik kon berekenen dat de geluidsreflectie van de koepel daarvoor te sterk zou zijn.” Uiteindelijk kwamen er, verdekt opgesteld in de wand van de koepel, panelen die het geluid niet verstrooien, maar gericht spiegelen, weg van het brandpunt. Het geluid kaatste niet langer op het publiek terug, maar bleef in de koepel nagalmen.

In de zomer van 2005 werd de concertzaal in Düsseldorf gerenoveerd. De oplossing met de panelen bedacht hij al vóórdat hij zijn rekenmodel voltooide. “Kwestie van fysisch inzicht. Als akoestici voorheen echt niet met koepels overweg konden zonder rekenmodel, had iemand zo’n model wel eerder uitgevonden.”

Maar nu de rekenmethode er eenmaal is, kan ze uitkomst bieden voor projecten waarbij het te duur is om een schaalmodel te maken. Zo’n model kost 20.000 tot 100.000 euro. Vercammen gebruikte zijn rekenmethode om te voorspellen hoe het geluid zich zou gedragen op de verdiepingen van het nieuwe Rabobankgebouw in Utrecht. Dat gebouw met zijn twee geschakelde torens is een schoolvoorbeeld van de moderne blob-architectuur.

Met de brandpuntseffecten in het Rabobankgebouw bleek het wel mee te vallen. Maar in de Tonhalle was de renovatie baanbrekend. “De zaal zag er nog wel hetzelfde uit, maar toen het orkest ging spelen was het echt een totaal andere zaal geworden. Bij de eerste repetities na die zomer zaten musici – het zijn emotionele mensen – op het podium te huilen.

“Ik begreep het eerst niet zo goed. Maar deze musici hadden door die slechte akoestiek totaal vastgezeten in hun artistieke ontwikkeling. Opeens, in één minuut, hoorden ze dat hun toekomst toch bij dit orkest lag. In de Tonhalle worden nu veel meer concerten gegeven dan vroeger.”