L'incendio del 15 aprile che ha devastato il tetto della cattedrale di Notre Dame de Paris, vecchia di 850 anni, ha lasciato molte persone in tutto il mondo a chiedersi se sia possibile ricostruirlo in un modo che possa ricreare la complessa acustica caratteristica dell'icona culturale.

Altre cattedrali possono sembrare avere un'acustica simile, ma non ce ne sono due uguali nel modo in cui il suono sale e si riverbera all'interno. Una miriade di sfumature e dettagli sono unici, molti dei quali probabilmente cambieranno nel corso dei secoli man mano che gli arredi e le ristrutturazioni si evolvono.

Sei anni fa, il 24 aprile, 2013, Brian FG Katz, Fellow della Acoustical Society of America e direttore di ricerca del CNRS presso la Sorbonne Université, e colleghi hanno ottenuto misurazioni dettagliate dell'acustica dello spazio principale all'interno di Notre Dame.

Tali misurazioni e i metodi utilizzati dal suo team per ottenerle sono stati dettagliati in diverse pubblicazioni nella pubblicazione di punta dell'ASA, il Journal of the Acoustical Society of America , e uno degli studenti di Katz presenterà parte del lavoro alla fine di questo mese al 177° Meeting della Acoustical Society of America a Louisville, Kentucky.

Queste misurazioni hanno un nuovo significato ora, ha detto Katz. Documentano le condizioni acustiche della cattedrale prima dell'incendio e possono essere utilizzate durante il suo restauro. È disponibile a rispondere alle domande dei giornalisti sul lavoro e sulla ricostruzione della complessa acustica di Notre Dame.

"L'acustica degli spazi di culto è stata a lungo un argomento di interesse ed è un'area di studio attiva in questo momento, " ha detto Katz. "Acustica all'interno di chiese e luoghi di culto, generalmente, variano notevolmente con le pratiche religiose associate. Alcuni enfatizzano l'intelligibilità della parola parlata, mentre altri si concentrano sugli aspetti rituali e sulla natura musicale. Un grande organo da chiesa, Per esempio, suonato in una stanza asciutta adatta al parlato può suonare più come una fisarmonica, senza l'effetto di miscelazione del riverbero dell'acustica."

Come hanno catturato l'acustica di Notre Dame

"La pratica di base della misurazione dell'acustica delle stanze è comune a tutti gli spazi, " Katz ha detto. "Non usiamo alcun protocollo cattedrale speciale. Ma per il lungo tempo di riverbero e il notevole volume, abbiamo dovuto lavorare per portare il nostro livello segnale-rumore a un livello adeguato".

Le misurazioni sono state effettuate utilizzando una raccolta di omnidirezionali, 3-D (ambisonico del primo ordine), e microfoni a testa fittizia (binaurali). Diversi altoparlanti dodecaedrici erano situati in posizioni chiave all'interno della cattedrale, che rappresentano le posizioni tipiche della sorgente o quelle posizioni di misurazione di una serie di misurazioni effettuate dallo stesso laboratorio nel 1987.

"Abbiamo anche incluso diversi esplosioni di palloncini come salvaguardia, ben consapevoli dei loro limiti acustici, " ha detto Katz. Quel lavoro è stato pubblicato nel 2011 su JASA (vedi asa.scitation.org/doi/10.1121/1.3518780).

I ricercatori utilizzano principalmente hardware audio professionale perché spesso fornisce un migliore rapporto segnale-rumore e l'installazione è più semplice rispetto alle apparecchiature di misurazione di laboratorio.

"Parlando tecnicamente, abbiamo usato un segnale sinusoidale esponenziale di 20 secondi, o chip, e deconvoluzione per ottenere la risposta all'impulso della stanza. Questa risposta, o la firma acustica, per ogni coppia sorgente/ricevitore in effetti caratterizza come la stanza trasforma il suono da sorgente a ricevitore, " Katz ha detto. "Una volta impostato, le misurazioni hanno richiesto poco più di un'ora e hanno coinvolto principalmente lo spostamento di microfoni".

Ottenere l'accesso a siti iconici come Notre Dame è sempre difficile, e il tempo all'interno per registrare le misurazioni passa sempre velocemente. "Un vantaggio di uno spazio del genere è il pavimento relativamente piatto, che ci ha permesso di avere la maggior parte della nostra attrezzatura su un carrello che può essere spostato lungo il corridoio, " Ha detto Katz. "Questo è in netto contrasto con quando facciamo misurazioni all'interno di sale da concerto con diversi livelli e balconi".

"Energia riverberante":il suono pieno di Notre Dame

Con un tempo di riverbero di 6 secondi alle medie frequenze, Katz descrive il suono di Notre Dame come "pieno come puoi immaginare, con l'energia riverberante proveniente da tutto intorno. Mentre ti muovi nello spazio, l'acustica varia a causa delle variazioni di altezza del soffitto, Per esempio. Questo è molto evidente e può essere ascoltato nel nostro esempio di simulazione online mentre viaggi per la cattedrale".

Dalle misurazioni e da altra documentazione che hanno potuto ottenere a Notre Dame, Katz e colleghi hanno creato un modello acustico geometrico della stanza e lo hanno calibrato sui parametri acustici delle risposte misurate utilizzando CATT-Acoustics (www.catt.se), un software di simulazione numerica utilizzato dai consulenti acustici. Quel lavoro è stato pubblicato su JASA nel 2016 (vedi asa.scitation.org/doi/10.1121/1.4971422).

"Utilizzando questo modello, abbiamo simulato nuove risposte all'impulso della stanza che corrispondono a una configurazione orchestrale di una sessione di registrazione al microfono ravvicinato realizzata all'interno della cattedrale dal Conservatorio Nazionale Superiore di Musica e danza di Parigi (CNSMDP), una scuola di musica e danza, " ha spiegato Katz. "Inserendo queste registrazioni nelle posizioni della sorgente appropriate nel modello, siamo stati in grado di ricreare la performance acustica di questo concerto, consentendo all'ascoltatore di muoversi all'interno della cattedrale per esplorare e sperimentare l'acustica complessa di questo spazio ampio e storico".

Per queste simulazioni, "la vastità e il lungo tempo di riverbero della cattedrale significano tempi di calcolo più lunghi, risposte all'impulso più lunghe, tempi di lavorazione più lunghi, e più requisiti di calcolo, " Katz ha aggiunto. "Queste richieste erano ben oltre ciò che abbiamo sperimentato con altri siti, e piccole fluttuazioni della temperatura dell'aria hanno provocato il disallineamento delle risposte all'impulso. Questo, a sua volta, ha portato a tempi di riverbero ridotti artificialmente per misurazioni medie, quindi abbiamo sviluppato un metodo per correggerlo che può essere utilizzato anche come metodo per misurare piccoli cambiamenti nella temperatura media".

Gioca in avanti:la ricostruzione di Notre Dame

In che modo le misurazioni acustiche di Katz possono aiutare nella ricostruzione della cattedrale di Notre Dame? Primo, l'esistenza di una documentazione acustica della cattedrale è un enorme vantaggio.

"Può aiutare durante i lavori di ristrutturazione quando si considera come l'impatto di qualsiasi scelta potrebbe modificare l'acustica, come la scelta dei materiali, " ha detto Katz. "Non è ancora chiaro in che stato siano le finiture interne, ma i pannelli di legno ei dipinti all'interno della cattedrale non sono affatto insignificanti quando si tratta di acustica. Rispetto alla struttura in pietra grezza, questi piccoli elementi fungono da possibile assorbimento e diffusione acustica e possono avere impatti significativi sull'acustica risultante."

Il secondo vantaggio è la ricostruzione virtuale, essenzialmente fornendo un modo per le persone di ascoltare le esibizioni all'interno dell'acustica "perduta". "Questo potrebbe avvenire lavorando con il CNSMDP per elaborare la registrazione completa del concerto di cui abbiamo presentato un estratto su YouTube, o per elaborare altre registrazioni effettuate con la stessa procedura. Questo approccio può essere utilizzato anche per ascoltare "nuove" esibizioni all'interno della cattedrale che non si sono mai verificate lì, consentendo anche la trasmissione di spettacoli dal vivo come un concerto all'interno della Notre Dame virtuale. Questi potrebbero essere di interesse durante la ricostruzione, mentre l'edificio è inaccessibile al pubblico."