khấu của một phòng hòa nhạc tốt, thì chính phòng hòa nhạc lại trở thành một công cụ bổ sung mà ông sử dụng để làm tăng thêm hiệu quả cuộc trình tấu âm nhạc của ông. Phòng hoà nhạc không phải là một rào chắn thụ động cho khu vực trình tấu âm nhạc ; hơn thế, nó là một thành viên tham gia tích cực trong việc truyền cảm diễn suất của người nghệ sĩ tới người thưởng thức chăm chú lắng nghe.
Sóng âm, là cầu nối giữa người diễn tấu và thính giả, mang theo năng lượng. Nếu nguồn âm là một dây đàn viôlông đang rung với họa ba cơ bản và họa ba bậc cao, thì các dao động của áp suất với chính tấn số có trên dây đàn được không khí xung quanh chuyển từ cây đàn viôlông đi. Các sóng áp suất dọc ấy truyền năng lượng âm thanh từ nguồn đi ra xa.
Một sóng âm khi đến gần một cửa sổ mở, đi tới cửa, và tải năng lượng từ bên chức nguồn đối với cửa sổ sang miền bên kia. Một cửa sổ mở là một vật hấp thụ hoàn hảo : nó hấp thụ toàn bộ năng lượng âm thanh đi tới nó. Tình hình lại khác hẳn khi nguồn âm được bao quanh ở những mặt phản xạ, như trong trường hợp của phòng hòa nhạc ; sóng âm đập vào tường và phản xạ trở lại vào buồng, nó truyền qua buồng cho đến lúc nó gặp một mặt khác lại bị phản xạ nhiều lần nữa ; cứ thế mãi. Nếu nguồn âm tỏa năng lượng vào buồng với một tốc độ xác định, thì cường độ âm thanh tăng nhanh trong không gian bị bao kín cho đến lúc nó đạt đến một cường độ cân bằng. Một phần năng lượng tới bị hấp thụ trong mỗi lần phản xạ. mức cường độ cân bằng sẽ đạt được khi tốc độ hấp thụ năng lượng bởi tất cả các bộ mặt lộ ra bằng tốc độ mà nguồn tỏa năng lượng vào khu vực khép kín.
Một thính giả trong phòng kín, trước tiên nghe thấy âm thanh tới trực tiếp từ nguồn. Rồi sau một khoảng thời gian là khoảng thời gian trễ ban đầu, sóng âm phản xạ một lần tới được tai người nghe. Muộn hơn nữa, sóng nối tiếp sóng cùng các sóng phản xạ hai lần tới được tai người nghe. Bằng cách này, mức cường độ âm thanh tăng cho đến lúc người nghe bị chìm ngập bởi âm thanh tới từ mọi hướng, ở mức cân bằng. Tổng của mọi âm thanh phản xạ đó được gọi là tiếng vang (âm thanh vang). Ở mức âm thanh cân bằng, tỉ số giữa độ to của âm vang và độ to của âm tới trực tiếp sẽ xác định tính toàn vẹn của một âm, và tính toàn vẹn của âm là một đặc trưng của một phòng hòa nhạc tốt. Chính là âm thanh vang, cùng với sự triệt tiêu tiếng ồn gây nhiễu, đã phân biệt các hiệu năng đạt được trong một phòng hòa nhạc tốt với âm nhạc nghe trong công viên thành phố.
Âm thanh đạt đến mức cân bằng như thế nào thì nó cũng giảm xuống từ mức cân bằng như thế ấy. Nếu nguồn âm ngừng phát, thì âm trực tiếp đến từ nguồn tắt trước nhất và người nghe cảm thấy mức âm thanh sụt đột ngột. Sau đó tốc độ suy giảm của âm chậm lại một chút, cho đến lúc các sóng âm thanh cuối cùng chịu một lần phản xạ tới tai người nghe. Âm thanh kéo lê theo hàm mũ, khi các sóng âm phản xạ nhiều lần, càng ngày càng yếu dần và tới tai người nghe.
Thời gian vang
Thời gian cần thiết để mức âm thanh đạt đến, hoặc giảm xuống từ giá trị cân bằng của nó được gọi là thời gian vang và là một trong các đặc trưng âm học quan trọng nhất của một phòng hòa nhạc. Nói một cách chính xác, thời gian vang được định nghĩa là thời gian cần thiết để cường độ âm thanh (w/m2) tăng lên, hoặc giảm đi một triệu lần. Nếu thời gian vang quá ngắn, thì các nốt nhạc sẽ được nghe thấy riêng biệt từng nốt một, và âm nhạc nghe rất chán. Nếu trái lại, thời gian vang quá dài, thì âm thanh từ các nốt trước sẽ va đụng với các nốt mới chơi, chẳn hạn, thời gian vang tốt nhất đối với nhạc giao hưởng là chừng 2s. Symphony Hall ở Boston, một trong những phòng hòa nhạc tốt nhất có thời gian vang 1,8s, lúc nó đầy thính giả (h-2). Nhà Musikvereinssaa ở Viên, một phòng hòa nhạc ưu việt khác có thời gian vang 2,05s (đầy thính giả).
Thời gian vang phụ thuộc thể tích phòng hòa nhạc và bản chất các mặt phản xạ. Thể tích càng lớn, âm thanh, truyền trong không khí với chừng 345m/s, sẽ mất càng nhiều thới gian để vượt khoảng cách giữa các tường phản xạ và âm thanh càng mất nhiều thời gian để đạt đến mức cân bằng. Thể tích của Symphony Hall là 61.496 m3. Thể tích của Carnegie Hall ở thàng phố NewYork, lớn hơn, là 79160 m3 thế mà thời gian vang của nó, 1,7s lại ikém thời gian vang của Symphony Hall của Boston. Sự trên lệch là do tính chất của các mặt phản xạ. Khi các mặt phản xạ lộ ra với sóng âm có độ hấp thụ cao, thì tốc độ hấp thu năng lượng bởi mọi mặt nhanh chóng trở lại bằng tốc độ sản sinh năng lượng của nguồn, do đó, thời gian vang sẽ nhỏ hơn. Như vậy, ta có thể hiểu Isaac Stern muốn ngụ ý gì, khi ông nói rằng Carnegie dùng để diễn tập thì đúng hơn là làm thính sảnh. Vì tính chất hấp thụ của một người tương đương với 0,5m2 cửa sổ mở, nên thời gian vang của phòg hòa nhạc dài thêm khi có thính giả (chính vì thế mà thời gian vang được đo lúc nó đầy người nghe. Hơn nữa, đây cũng là lí do tại sao phần lớc các phòng hòa nhạc đều có tủ cho thính giả treo áo rét khoác ngoài, là thứ hấp thụ rất mạnh.)
Giữ tiếng ồn ngoài phòng hoà nhạc
Các phòng hòa nhạc thường đặt (một cách tiêu biểu) tại trung tâm các khu vực rộng có tính chất thủ đô, nơi mà các sóng âm – tiếng ồn – có khắp mọi nơi. Phòng hòa nhạc sẽ che cắn cho thính giả khỏi mọi tiếng ồn bên ngoài : máy bay phản lực trên đầu, xe buýt và xe cứu thương, trên đường phố lân cận, và tàu điện ngầm dưới đất. Các sóng âm lan truyền trong kiến trúc bên ngoài của một phòng hòa nhạc sẽ tìm đủ mọi lối lọt vào trong. Thậm chí cả một cái lỗ khoá cũng truyền được một lượng âm thanh đáng kể. bản thân các bức tường cũng truyền âm. Sóng âm đủ mọi tần số truyền tới các tường ngoài của phòng hòa nhạc và chúng bắt các tường dao động theo tần số sóng ; đến lượt chúng, tường lại trở thành nguồn âm bên trong phòng hòa nhạc. Tường càng đồ sộ thì tác dụng làm tắt các sóng âm càng lớn. Như bạn có thể đoán trước, tường đồ sộ thì dễ dao động với tần số thấp hơn là với tần số cao ; như vậy, khi sóng âm đủ mọi tần số truyền tới các tường ngoài của phòng hoà
nhạc, thì chỉ những tần số thấp là được tường sẵn sàng hưởng ứng, và chỉ các âm thấp mới được truyền dễ dàng hơn vào trong tòa nhà.
Phòng hòa nhạc có thể đựơc sưởi ấm, hoặc làm lạnh. Thế có nghĩa là máy móc phải sinh ra không khí nóng hoặc lạnh ; quạt phải lùa không khí và ống dẫn phải chuyển không khí. Thiết bị cơ khí và không khí chuyển động đều là nguồn gây tiếng ồn. Máy móc phải đặt trong một căn nhà tách biệt, các ống dẫn phải được lót bằng vật liệu hấp thụ âm thanh. Những chỗ cong mạnh, chỗ nối không nhẵn, hoặc các vật cản trong các ống đều phải loại trừ vì chúng có thể làm cho không khí đi qua ống bị chuyển động cuộn xoáy. Không khí cuộn xoáy là đặc biệt ổn.
Một cố vấn về âm thanh đã nói về một tình trạng tai hại tiềm tàng trong một ống dẫn không khí. Khi ông đến thăm công trường xây dựng ông nhận thấy rằng các ống dẫn đã bị hạ thấp vài cm để dùng xà nhà làm giá đỡ cho chúng. Sự tiếp xúc giữa ống dẫn và xà nhà trong phòng hòa nhạc đã phối hợp tiếng ồn của bản thân ông dẫn với bản thân tòa kiến trúc. May thay, nhà âm thanh học đã có sữa chữa kịp thời trước khi cái trần, nếu làm xong, che khuất mất vấn đề khỏi tấm nhìn.
Giả sử rằng mọi âm thanh ở xung quanh, từ cả nguồn trong và nguồn ngoài sinh ra,đều ở mức phòng ngủ một nhà trang trại, trong đêm thanh vắng, thì một nhạc trưởng có thể sử dụng toàn bộ dải âm lượng cùa dàn nhạc từ giai điệu forte fortissimo ồn nhất đến giai điệu pianissimo êm nhẹ nhất, và thậm chí giai điệu du dương nhẹ nhành nhất cũng có thể nghe rõ. Hơn nữa, ngay cả khi thời gian vang của một phòng hòa nhạc, lúc yên tĩnh là tốt, thì thí nghiệm để nghe khi có khán giả cũng bị hỏng, nếu thiết kế âm thanh của phòng có sai sót ; vả chăng, người trình diễn tấu sẽ khốn khổ, người chỉ huy dàn nhạc được mời đến sẻ không dạt được sự mong chờ, người lãnh đạo dàn nhạc sẽ tránh không ghi vào danh mục các buổi diên tấu sau này của dàn nhạc của họ, trong một thính sãnh có vấn đề.
Các phòng hòa nhạc được hoan nghênh bởi các nhà phê bình, nhạc sĩ và thính giả có thể có hình dạng khác nhau : (chữ nhật, hình quạt, hình móng ngựa) nhưng chúng đều có chung một số phẩm chất. những phòng nổi tiếng nhất có thời gian vang trong khoảng 1,7 – 2,0s. Quan trọng hầu như cũng ngang thời gian vang, là một phẩm chất gọi là độ thân mật, được xác định bởi khoảng thời gian trễ ban đầu. Khoảng này càng lớn, thì bầu không khí âm nhạc càng kém thân mật.
Phạm vi của khoảng thời gian trễ ban đầu là từ 10 đến 70ms, nhưng đối với các phòng hòa nhạc tốt, nó đều nhỏ hơn 40ms.
Sóng dừng
Sóng dừng có thể được tạo lập trong một phòng hòa nhạc.
Thí dụ, sóng âm thanh có thể bị phản xạ tiến, lui giữa hai bức tường song song. Tần số thấp nhất của sóng dừng, tần số cơn bản của một bụng áp suất tại mỗi tường và một nút áp suất ở chíng giữa chúng, thành thử bước sóng bằng hai lần khoảng cách giữa các tường phản xạ. Các bội của tần số lại có thêm bụng và nút. Sự sắp xếp nút – bụng của sóng dừng có thể, nếu sóng dừng chiếm ưu thế, sinh ra các điểm chết âm học lẫn các vết âm thanh nóng – điều kiện khó chịu nhất của một phòng hòa nhạc, nơi mà mục tiêu và sự đồng đều của âm thanh. Vì lí do này, các kiến trúc sư đều thiết kế các phòng hòa nhạc sao cho kích thước không phải là bội
số nguyên đơn giản của nhau, và tránh những bức tường nhẵn, song song. Những chỗ gồ ghề (mấp mô) trên tường và trên trần không những làm giảm khả năng tạo ra các sóng dừng trội, mà còn tán xạ sóng âm ra nhiều hướng và góp phần vào sự tán xạ âm thanh mong muốn. (h-3)
Phòg hòa nhảc là những kiến trúc ba chiều và sóng âm có thể phản xạ theo mọi hướng do đó, có hàng nghìn mốt chuẩn. Một âm đơn do một cây vĩ cầm phát ra có thể kích thích hàng trăm mốt chuẩn của phòng hòa nhạc : nguời hát có thể khai thác các mốt chuẩn của phòng hòa nhạc để đạt được một âm vực động lực học cao hơn, đối với một số nốt nhạc. Như vậy sóng dừng là một nét đặc trưng quang trọng của một phòng hòa nhạc : năng lượng âm thanh bị bắt gọn trong nhiều mốt dao động chuẩn góp một phần vào âm thanh vang lại.
Khoa học và nghệ thuật
Mặc dầu khối lượng kiến thức về âm thanh của chúng ta ngày một tăng, buổi hòa nhạc đầu tiên trong một phòng hòa nhạc mới được xây dựng vẫn được chờ đợi với tất cả những dự đoán chắc chắn lẫn không chắc chắn. Điều này làm nảy sinh câu hỏi : âm thanh học là một khoa học hay một nghệ thuật ? Nhiều huyền thoại về chất lượng âm thanh của các phòng hòa nhạc càng tăng thêm ý nghĩa của câu hỏi này. Có ý kiến thịnh hành rằng chất lượng âm thanh của phòng hòa nhạc được cải thiện dần theo tuối thọ (ý này không đúng) ; có xu hướng đồng nhất các nét đặc trưng nổi bật, như các vật trang trí mạ vàng, hoặc các bức tượng trong các phòng hòa nhạc lớn là nguyên nhân của chất lượng âm thanh tốt (không phải thế) ; có ý kiến huyền hoặc là người xưa nắm được các bí quyết về các nguyên lí âm thanh, nguyên lí mà người ngày nay không biết, và nếu chúng ta tìm lại được các nguyên lí bị mất đó, thì các phòng hòa nhạc của chúng ta thì sẽ được cải thiện một cách rộng rãi (thực ra, người xưa làm gì có hiểu biết sâu sắc, bí mật gì về âm thanh học).
Hào quang tốt về các bí mật xung quanh đề tài về âm học lại được tôn thêm bởi sự kiện là, âm thanh học, theo một nghĩa nào đó, lại là một trong những ngành lâu năm nhất của vật lí. Xét cho cùng, âm học có một vai trò quan trọng trong việc thiết kế và định vị trí của các nhà hát ngoài trời, được người Hi lạp và người La mã sử dụng. Theo một nghĩa khác, khoa học về âm thanh lại là trẻ : cho đến khoảng năm 1900 các nghiên cứu vế âm thanh mới được áp dụng một cách có hệ thống vào việc thiết kế các phòng hòa nhạc. Thậm chí ngày nay, lời khuyên của các nhà âm thanh học không phải luôn luôn được nghe theo.
Hiệu quả của một phòng hòa nhạc vào âm nhạc vượt xa các niềm phấn khích xúc động, khi nó thực sự liên kết một diễn viên hào hứng với một cử tọa háo hức. Những căn phòng kín và âm nhạc đã có tác dụng lẫn nhau qua nhiều thế kỉ. Nói riêng, sự thiết kế các phòng lớn và sáng tác nhạc đã có một ảnh hưởng lớn lẫn nhau : các thính sảnh hiện có đã ảnh hưởng đến các thể loại âm nhạc đã sáng tác và nhiều sáng tác nhạc mới lại đề ra yêu cầu về chất lượng âm thanh cho các phòng nhạc. Chẳng hạn, thời gian vang của các nhà thờ trung cổ 5-10s, đòi hỏi âm nhạc hay bài hát phải rất chậm. Vì thời gian vang dài, nên tiếng nói trở thành khó hiểu và tiếng hát được thay cho tiếng nói. Nhà biểu diễn đại phong cầm Giovanni Gabrieli, trong nhà thờ Basilic Saint Mark, ở Venise vào khoảng 1600 đã viết những bản nhạc với nhịp chậm, thích hợp với phòng kín có thời gian vang dài.
Vào thời gian Cabrieli biểu diễn ở Venise, nhiều sự phát triển mới đang diễn ra ở Italia. Những nhà thờ nhỏ hình chữ nhật với trần được xây cao kề với những nhà thờ lớn. Điểm đặc trưng của thời kì ấy, là tường đều được trang trí, có nhiều chi tiết điêu khắc phong phú. Những bề mặt trang trí đó đều là những vật tán xạ âm thanh có hiệu lực với mọi tần số. thời gian vang ngắn dưới 1,5s – của các nhà thờ nhỏ đó đã khuyến khích sự phát triển nhiều hình thức âm nhạc mới và mở đầu thời kì Baroque. George FrederickHandel viết phần lớn các bản nhạc của ông cho những môi trườngnhư vậy. Những môi trường nhỏ hơn, thân mật hơn đó đã nâng cao kinh nghiệm nghe nhạc lên rất nhiều (h-4).
Với môi trường âm thanh được cải tiến, các thành tựu âm nhạc trở nên đại chúng hơn. Cần có những kiến trúc to lớn hơn dể thỏa mãn yêu câu của một công chúng háo hức hơn. Âm nhạc của thời kì cổ điển – các bản giao hưởng của Josef Haydn, Wolfgang Ămadeus Mozart và Ludwig van Beethoven – được trình tấu tốt nhất trong các phòng hòa nhạc lớn hơn, và thời gian vang từ 1,5 đến 1,7s. Thời kì lãng mạn kế tiếp theo sau thời kì cổ điển và âm nhạc của Johames Brahms, Peter Ilyitch Tchaikovsky, Maurice Ravel và Richard Strauss thậm chí còn phát triển mạnh trong các môi trường rộng lớn hơn, với thời gian vang từ 1,8 – 2,2s.
Thiết kế tương lai của phòng hòa nhạc sẽ khai thác, không những các vật liệu