At nalı plan tipi salonların konser ve opera işlevlerinde akustik tasarım açısından incelenmesi
Analysis of the horseshoe planned halls functioned for concert and opera in terms of acoustic design
Yazar: ERGİN GÜRKAN
Danışman: PROF. DR. SEVTAP YILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Akustik = Acoustic ; Mimari akustik = Architectural acoustic ; Mimari tasarım = Architectural design ; Müzik = Music

Özet:
Konser ve opera salonları geçmişten günümüze önemli kültürel etkinliklerin sergilendiği mekanlar olmuşlardır. Düzenlenen bu etkinliklerin dinleyicilere en iyi şekilde aktarılması her zaman mimarlar ve akustik tasarımcıların başarması gereken oldukça önemli bir konu olmuştur.Çok sayıda dinleyiciyi kısa mesafe içinde yerleştirme imkanı sunan at nalı plan tipine sahip salonlar geçmişte oldukça tercih edilmiştir. Bu salonlar sahip oldukları süslemeler ve heykellerle ses enerjisini hacim içinde oldukça iyi dağıtmış ve sağladıkları daha fazla dinleyici kapasitesi ile paralel olarak artan toplam yutuculuk oranı ile diğer plan tiplerine göre daha düşük çınlama süresine sahip olarak opera salonları için uygun akustik koşulları sağlamışlardır. Ancak günümüzde kültürel etkinliklerin çeşitlenmesi ve ekonomik sorunlar ile birlikte yeni salon yapımına daha düşük bütçeler ayırılması tasarımcıları zorlamaktadır. Bu nedenle geçmişte yapılan salonlar hala günümüzdeki salonlara göre daha fazla beğenilmektedir.At nalı plan tipi salonların akustik özelliklerinin incelenerek akustik tasarımla birlikte mimari tasarımda izlenmesi gereken yolların belirlenmesi bu tez çalışmasının amacını oluşturmaktadır. Bu kapsamda, çeşitli tasarım kriterleri belirlenerek bu kriterler üzerinden akustik konfor koşullarındaki değişimler incelenmiş, işlev farklılıkları oluşturularak, salonların konser ve opera işlevlerinde sahip oldukları akustik koşullar değerlendirilmiş, elde edilen sonuçlar üzerinden, mimari ile akustiğin, tasarım sürecinde birlikte ilerlemesi için izlenmesi gereken yollar belirlenmiştir.Bu amaçlar doğrultusunda hazırlanan tez çalışması altı ana bölüm ve üç ek bölümünden oluşmaktadır.Birinci bölümde, konser ve opera salonlarının sosyal hayat içindeki öneminden bahsedilmiş ve bu kapsamda gerçekleştirilen etkinliklerin izleyici ve/veya dinleyicilere en iyi şekilde ulaştırılmasının önemi anlatılmıştır. At nalı plan tipinin sahip olduğu avantajlardan söz edilmiş ve bu avantajlardan günümüzde de faydalanılabilinmesi için neler yapılması gerektiği üzerine incelemeler yapıldığı anlatılmıştır.İkinci bölümde, ses, müzik ve orkestra ile ilgili temel bilgiler verilmiştir. Konser ve opera işlevlerinde ihtiyaç duyulan farklı orkestral koşullardan, etkili frekans aralıklarından ve ses düzeylerinden bahsedilmiş, dolayısıyla bu ihtiyaçların akustik ve mimari tasarım üzerindeki etkileri gösterilmiştir. Konser ve opera salonlarının tarih içindeki gelişimi ve değişimi incelenmiş, bu süreçte akustik ihtiyaçlarla mimari tasarım ilkelerinin etkileşimi ortaya konmuştur. Konser ve opera işlevlerinin gerekesinim duyduğu farklı akustik koşullar belirtilmiş, bu farklılıkların tasarıma olan etkilerinden söz edilmiştir.Üçüncü bölümde, konser ve opera salonlarının tasarım aşamasında ve değerlendirilmesinde kullanılan hacim akustiği parametreleri ve tasarım parametreleri hakkında bilgiler verilmiştir. Hacim akustiği parametreleri, nesnel ve öznel akustik parametreler olarak iki başlık altında incelenmiştir. Nesnel parametreler hesap yöntemleri ile birlikte açıklanmış, bu parametreler ile ilgili literatürde yer alan değerler derlenmiştir. Salonların fiziki özelliklerini ortaya koyan tasarım parametreleri başlıklar altında toplanmış, çizimler, grafikler ve örnekler üzerinden bu parametreler ile ilgili bilgiler verilmiştir.Dördüncü bölümde, tez kapsamında yapılan çalışma için salonların fiziki özellikleri belirtilmiş, inceleme yapılacak durumlar tanımlanmış ve değerlendirme yöntemleri belirlenmiştir. Salonların plan tipi, at nalı plan tipi olarak belirlenmiş ve literatürden elde edilen oranlar kullanılarak incelenecek durumlara uygun yedi adet model hazırlanmıştır. Yapılacak incelemeler için loca, balkon ve salon büyüklüğü durumları seçilmiştir. Yapılacak incelemelerde kullanılacak modeller ile ilgili hacim kabulleri yapılmış, oluşturulan modeller çizimler ve tablolar üzerinde açıklanmıştır. Modellenen salonlar için malzemeler belirlenmiş, akustik simülasyon programı, ses kaynağı ve alıcı noktaları için kabuller yapılmıştır. Yapılacak değerlendirmelerde kullanılacak hacim akustiği parametreleri seçilerek, modeller üzerinde hesaplama yapılabilmesi için tüm veriler oluşturulmuştur.Beşinci bölümde inceleme yapılacak durumlar için seçilen hacim akustiği parametreleri üzerinden akustik simülasyon programında hesaplamalar yapılmış, elde edilen değerler, grafik, şekil ve çizelgeler üzerinde gösterilmiştir. Seçilen parametreler müzik, konuşma ve ses gücü başlıkları altında sınıflandırılmış ve bu gruplar üzerinden genel değerlendirmeler de yapılmıştır. Öncelikli işlev olan konser işlevi için yapılan değerlendirmelerin ardından aynı salonlar opera işlevine geçirilerek hesaplar tekrarlanmış ve elde edilen sonuçlar birbirleriyle ve konser işleviyle kıyaslanmıştır.Altıncı bölümde, yapılan tüm değerlendirmeler derlenerek incelenen üç durum için sonuçlar çıkartılmıştır. Elde edilen sonuçlar üzerinden yapılan değerlendirmelerle at nalı plan tipine sahip salonlarda konser ve opera işlevleri için akustik tasarım ilkeleri önerileri hazırlanmıştır.Ekler bölümünde ise, her salon için akustik simülasyon programında elde edilen minimum, maksimum ve ortalama değerler, tüm alıcı noktalarında elde edilen parametre değerleri ve salonlarda kullanılan malzemelerin plan ve kesitler üzerinden gösterildiği çizimler verilmiştir.

Abstract:
From past to present, concert and opera houses have become important exhibition spaces for cultural activities. Transferring these activities to the audience in the best way, has been the important subject, which should be achieved by architects and acoustic designers.Horseshoe planned halls, in which a large number of audience can be placed with a short distance to the performer, were mostly preferred in the past. These halls can provide diffused sound energy by their decorations and sculptures and lower reverberation times by high total absorption, parallel with audience capacity. However, apportioned lower budgets along with the diversification of cultural activities and economic problems today force designers. For this reason, halls constructed in the past are still appreciated than present ones.Determination of horseshoe planned halls and modification of design principles in order to achieve the positive features in today's conditions constitute the subject of this thesis. In this context, horseshoe planned halls in concert and opera functions evaluated for determined cases and results and recommendations developed by these evaluations. For these purposes, thesis consists of six main sections and three sections of appendix.In the first chapter, the importance of concert and opera houses in social life and in this context the importance of transferring the activities to the audience in the best way are explained. The advantages of horseshoe plan type and the investigations on the things that have to be done due to achieve that benefits are also told.In the second chapter the basic information concerned sound, music and orchestra is given. Difference of orchestral needs, effective frequency ranges and sound levels according to concert and opera functions are mentioned and effects of these differences on acoustical and architectural design are shown. Development and change of concert and opera houses in history are examined and the interaction between acoustical needs and architectural design principals is revealed. The different acoustical needs that concert and opera functions have are specified and the effects of these differences on design are discussed.In the third chapter, room acoustic parameters, which are used in design and evaluation phase are described and paraphrased. Room acoustic parameters were studied under two headings; objective and subjective parameters. Objective parameters are explained along with the calculation methods, the values of these parameters in literature have been compiled. Design parameters, revealing the physical characteristics of the halls, were collected and information about these parameters are given through charts, graphs and examples.In the fourth chapter, physical features of the halls, which are designed for this thesis, are given with cases and evaluation methods. The halls were designed as horseshoe planned and seven cases were modeled in accordance with the ratios from the literature. Cases are selected as lodge, balcony and hall size situations. Physical acceptances of the models are made and the models are described on drawings and tables. Materials are selected for the halls that modeled and assumptions are made for the sound source an receiver points for the simulation software. Room acoustic parameters are chosen for the evaluation and all data is to be calculated on the models prepared.In the fifth chapter, room acoustic parameter values are calculated in the simulation software and the values are shown on graphs, figures and tables. The parameters chosen to be evaluated are classified under the headings of music, speech and sound power, and general evaluations are also made for these groups. After the priority function of concert, the halls functioned for opera and the calculations are repeated, all results are compared with each other and the ones which are for concert function.In the sixth chapter, the results for all the three cases excluded from evaluations are collected and analyzed. The acoustic design principles are proposed for horseshoe planned halls functioned for concert and opera, according to the evaluations of the results.Minimum, maximum and average values that obtained from acoustic simulation software for each hall, acoustic parameter values obtained at receiver points and the drawings showing materials on plans and sections are given in the appendix.Designed halls for the study are all horseshoe planned, using the ratios taken from the literature. According to the values obtained for all cases, it is obvious that horseshoe plan type has adverse effects on the acoustic point of view. Firstly, the circular form of a horseshoe hall intensifies the late sound energy ratio in the middle part of the hall and it causes adverse acoustical conditions. The rear walls, as well as balcony parapets have the same effect because of their circular form. Similarly, horseshoe planned hall?s flat side walls as a fan planned hall and ending of the walls with circular form causes high rate of lateral sound energy, especially at the back of the hall.Box, balcony, small-large situation investigations were performed for the horseshoe planned halls on concert and opera functions in this thesis. For this purpose, seven halls were designed and transferred to modeling software and calculations for acoustic parameters were made separately for concert and opera functions. . The values obtained according to the calculations for the studied cases are grouped and compared over graphs, figures and tables. Problems have been revealed for all cases according to the comparisons of determined acoustic parameter values, then results and recommendations were prepared.Based on these data, precautions should be taken for the circular surfaces, primarily for the rear walls in order to prevent the focus effect. Despite of coating these circular surfaces with sound absorber materials is an adequate precaution, needed reverberation time and sound power level should be also noted. It is thought that precautions like; emitting, degradation, dividing and changing directions of the surface or using partial absorbers are more effective than making the surface completely absorptive.As a result, design criteria to obtain acoustical comfort conditions were studied in the thesis, in which box, balcony, small-large situation investigations were also performed. Accordingly, closed box and a large number of balcony designs should be avoided. If it is wanted to use boxes within the scope of design, dividing walls forming seat box should be kept as short as possible, should not exceed the height of the parapet. Required number of seats should be provided with minimum number of balconies. In case of small and large formed halls, the acoustic behavior of size should be considered and the balance between acoustic parameters should provide. It should be noted that providing an advantage of short distance for maximum seating capacity horseshoe plans also can cause adverse acoustical conditions and design principles should developed according to the precautions for this disadvantages.