x

Lyden af en bygning

Indeklimanyhedsbrev

13. december 2019

Virtual reality og robotfabrikerede tegl skal hjælpe arkitekter og ingeniører til at bygge rum og bygninger, der lyder godt.

To forskere har i hvert deres projekt udviklet to nye redskaber, der kan hjælpe arkitekter og ingeniører til at arbejde mere direkte med og påvirke lyd tidligt i designprocessen. Redskaberne, som er udviklet med støtte fra Realdania, bygger på bl.a. virtual reality, avanceret lydsimulering, computerspilsteknologi og robotfabrikation. 

Udskældte skumpaneler

Støj er skyld i både ringere produktivitet på arbejdspladser, lavere indlæring i skolerne og generelt forringet livskvalitet i det byggede miljø. De akustiske udfordringer bliver kun forværret af, at man i dag ofte designer åbne, fleksible rum. Derfor er der behov for, at arkitekter designer for og med lyd. 

I dag bliver lyd dog sjældent tænkt ind i nye bygninger udover i forbindelse med koncerthuse, selvom lydniveau og -kvalitet er mindst lige så vigtigt i vores hverdagsrum- og bygninger. 

”Man laver ekstremt dyre one-off-løsninger i koncerthuse, der giver fantastisk flotte lydmæssige og visuelle udtryk. Men i skoler og på kontorer sætter man ofte bare paneler op, som absorberer lyden – typisk et skumpanel med tekstilovertræk, som bliver applikeret efterfølgende som overfladedekoration,” fortæller arkitekt og ingeniør Isak Worre Foged, partner i AREA og lektor ved Aalborg Universitet.

Skumpanelerne er æstetisk uinspirerede, mener han, men ofte også ineffektive til formålet. Det gælder nemlig ikke kun om at absorbere lyden, hvis man vil skabe et godt akustisk miljø. 

”Når man absorberer, trækker man bare lyden ud af rummet. Det kan nogle gange være problematisk. I et undervisningsmiljø med absorption er det f.eks. fint at sidde på forreste række, men dem på de bagerste rækker får hovedsageligt lyden fra vægge og overflader, og hvis lyden bliver absorberet dér, bliver den meget kraftigt reduceret. Så i den slags tilfælde vil man gerne både absorbere men også reflektere lyden strategisk til bestemte områder,” forklarer han.

Tegl til at styre lyd

De mangelfulde akustiske løsninger i arkitekturen var udgangspunktet for et samarbejde, som AREA Architects indledte med Odico Construction Robotics, Jacob Hilmer Architecture og teglproducenten Strøjer Tegl, med Aalborg Universitet og Copenhagen School of Design and Technology som teststeder. Researchkonsortiet, der dermed repræsenterer både videnskab, praksis og industri, satte sig for at finde frem til et teglprodukt, som både kan absorbere og reflektere lyd.

”Vi har en rig arkitektonisk arv omkring tegl i Danmark. Materialet er lige under fødderne på os, og vi har jo gravet leret direkte op fra undergrunden i mange hundrede år. Men for noget, der er så essentiel for vores arkitektur, er der meget lidt forandring inden for teglproduktion. Derfor samlede vi de interesser og kompetencer, som kunne muliggøre innovation,” fortæller Isak Worre Foged.

Resultatet blev 14 usædvanligt formede mursten med rundede folder og spidser, der spreder lyden på forskellige måder. De akustiske tegl kan sættes sammen vha. specialiseret computersoftware og akustisk simulering i unikke kompositioner for at passe til et givent rums akustik. 

”På den måde designer man både det visuelle udtryk og akustikken i sammenhæng fra start – i stedet for at man først sætter vægge op og så finder ud af, at man skal have noget absorberende materiale på bagefter. Vi er opsatte på, at arkitekturen fra start definerer akustikken, i stedet for at akustikken bare er et – ofte negativt – biprodukt,” siger han. 

Holdet landede på 14 typer, fordi der skulle være nok forskellige muligheder til at kalibrere akustikken, men også et lavt nok antal til at gøre dem rentable at fabrikere. Produktionen og de praktiske overvejelser er nemlig noget, forskerne har meget fokus på. 

”Vi fandt frem til den ideelle form mellem akustik, geometri, det visuelle udtryk, materiale og fabrikation. Næste skridt er, at nogen kommer og vil have det implementeret. Det er vigtigt, at det, vi laver, har en praktisk impact. Vi skriver videnskabelige artikler, men vores intention er at få produktet ud at leve og øge kvaliteten i det byggede miljø,” siger han.

De nye former skæres ud af almindelige rektangulære tegl med en robot, så de kan fremstilles som et ekstra led i den eksisterende produktion. Stenene opsættes fire gange fire på en bagplade, der vejer ca. 20 kilo – netop let nok til, at teglet er til at håndtere i transport og opsætning.

De akustiske tegl er blevet testet både i laboratorie og i et auditorium på Copenhagen School of Design and Technology. Resultaterne viser, at rumakustikken forbedres med teglvæggen, som er tiltænkt at blive gjort til et permanent element i auditoriet. 

Lyt til din bygning

På en anden forskningsinstitution i den anden ende af landet foregår et helt anderledes projekt med samme mål om at få lyd ind i arkitekturen. Initiativet kom fra Henning Larsen Architects, som konsekvent løb ind i akustikproblemer, når de designede bygninger. Ofte var det sent i designprocessen, at problemerne viste sig, og så måtte arkitekterne gå tilbage og ændre på designet, hvilket både var besværligt og dyrt og ofte førte til æstetiske kompromiser. Derfor fandt de på at støtte en erhvervs-ph.d. i samarbejde med DTU med det formål at gøre akustik til en rigtig – og tidlig – del af designprocessen. 

“Oprindeligt planlagde vi at lave et akustisk simuleringsværktøj, som kunne integreres i arkitekternes tegnesoftware som et plugin, hvor man kunne køre simuleringer og få tal ud. Men det gik hurtigt op for os, at hverken arkitekter eller de forskellige interessenter i et byggeprojekt har nogen føling for akustiske tal og grafer og parametre,” forklarer Finnur Pind, som er ph.d.-studerende på projektet. 

”Vi vil rigtigt gerne have, at brugerne involveres i deres bygningers design. Men med lyd og akustik er det altid svært. Hvis jeg fortæller dem, at dette her rum har en efterklangstid på 0,6 sekunder, kunne jeg lige så godt tale kinesisk til dem. Så vi tænkte: ’Kan vi lave noget, som er mere intuitivt, og som ikke-eksperter kan bruge?’ Derfra kom vi på idéen om at gøre lyd til en del af arkitekternes 3D-modeller så man kan høre, hvordan en bygning kommer til at lyde, og man også kan sammenligne forskellige designs i en holistisk audiovisuel oplevelse,” fortæller han. 

Ud over at det hjælper arkitekterne med at træffe de rigtige designvalg, giver det også brugerne bedre mulighed for at tage stilling til deres fremtidige bygninger.

Siden 2016 har Finnur Pind derfor arbejdet på algoritmer, der kan simulere lyd helt nøjagtigt i 3D-arkitekturmodeller. En del af teknologien låner han fra spilverdenen, hvor man længe har arbejdet med lyd som en del af den fulde spiloplevelse. I computerspil gælder det dog bare om at skabe en bestemt atmosfære, så lydene behøver ikke være rigtigt realistiske. Finnur Pinds opgave er derimod væsentligt sværere, fordi han skal sørge for, at lyden simuleres helt nøjagtigt. 

Endeløst akustiknørderi

Iført VR-briller og høretelefoner kan man i den nye virtual reality-prototype bevæge sig rundt i f.eks. et åbent kontorlandskab og høre lyde fra ventilationsstøj og fra folk, der taler sammen. Man kan slå forskellige lyddæmpende løsninger til og fra, såsom tæpper, vægpaneler, skillevægge og akustisk loftsbeklædning og med det samme høre forskellen i lydoplevelsen. 

I øjeblikket findes der flest brugbare lyde af musikinstrumenter, fordi man oftest arbejder med akustik i forbindelse med koncertsteder. Men planen er at opbygge en lydbank med prædefinerede hverdagslyde, optaget i lydtætte rum. 
 
“Du kan ikke bare gå ud og optage f.eks. café-snak i en café, for så optager du også den specifikke akustik i den café. Du er nødt til at optage i et lyddødt rum, et akustisk laboratorium,” forklarer Finnur Pind.

Lyd er nemlig afhængig af mange parametre og derfor utrolig svær at simulere – også for en akustiknørd.

”Jeg har igennem projektet fået en større forståelse og respekt for, hvor ekstremt kompliceret et fænomen lyd i et rum faktisk er. Når man prøver at måle og simulere det nøjagtigt, opdager man de mange lag af kompleksitet og de mange variable, som påvirker lyd: alle detaljer i geometrien, formen på hvert møbel og selvfølgelig materialerne. Hvordan et vindue reflekterer en lydbølge afhænger f.eks. af glassets tykkelse, luftlaget imellem glasset, vinduesrammen… Det er endeløst, hvis man virkelig går i detaljer med det,” siger han og tilføjer:
 ”…meget kompliceret, meget nørdet. Ret fedt.” 

Gode resultater i USA og Sverige

De arkitekter og designere, der indtil videre har været på rundtur i det nye virtuelle univers, har været meget positive. 

”Reaktionerne var endnu bedre, end jeg havde turdet håbe på. De føler, at det er noget, de kan relatere til og forstå, og at de kan høre forskellene i lyd,” fortæller Finnur Pind. 

Prototypen har allerede været i brug i flere af Henning Larsens projekter. På et projekt i USA ønskede kunden gulvtæpper, som er den klassiske akustiske løsning i USA. I den virtuelle model lavede teamet derfor en version med og uden tæppe, hvor man tydeligt kunne høre, at effekten var lille. Det fik kunden til at skifte mening og tage imod arkitekternes råd om at inkorporere akustikken i vægge og loft i stedet. 

I Sverige arbejdede arkitekterne på en ny rådhusbygning i Uppsala, som rummede et kæmpestort atrium.

”Vi kæmpede med det her rum, fordi det var så stort, men også fordi det havde betongulv og var indrammet af en glasfacade hele vejen rundt, også i loftet, så det var et meget udfordrende rum fra et akustisk perspektiv. Vi var i tvivl om, hvad der ville udgøre tilstrækkelig akustisk bearbejdning til at gøre det behageligt at opholde sig i. Der var det rart at kunne sætte demoen op og prøve ting af. Én af resultaterne var, at vi endte med at integrere den akustiske bearbejdning i arkitekturen ved at lave trærammer omkring hvert vinduesglas,” fortæller Finnur Pind. 

Nu da prototypen har vist sit værd, er næste skridt at forfine det visuelle og at gøre den mere interaktiv, så man ikke blot kan tænde og slukke for en række parametre, men at man kan modificere rummet – flytte en væg, udskifte materialer – mens man bevæger sig rundt i modellen. På den måde kan arkitekter få endnu flere muligheder for at opleve på en intuitiv måde, hvordan forskellige designs fungerer, og brugere kan bedre blive involveret. 

”Normalt ser brugerne bare en tegning, og så skal de foretage et stort mentalt spring. Med dette her kan vi komme tættere på faktisk at placere dem i rummet,” siger Finnur Pind og tilføjer:

”Mit håb er, at vi begynder at designe bygninger og forme rum med tanke på lyd. Og i sidste ende at vi designer bygninger, der er akustisk behagelige at være i,” siger han.

To lovende lydløsninger

De to projekter har hver deres tilgang til at få lyd ind i arkitekturen: Simuleringen af lyd i 3D-modeller giver arkitekter og interessenter bedre intuitiv forståelse for, hvordan et givent design vil lyde. Udviklingen af akustiske tegl er et forsøg på at give arkitekter et konkret materiale til at forme og styre lyd på en mere nuanceret måde og med større arkitektonisk variation og kreativitet.

Implementeringen af de akustiske tegl bliver løbende optimeret, men mulige aftagere kan allerede nu kontakte projektleder, AREA, robotfirmaet ODICO eller Strøjer Tegl direkte for at bestille teglet, som vil blive udviklet og produceret til det specifikke projekt.

Ph.d.-projektet afsluttes til næste forår, og resultaterne skal være med til at sikre, at nøjagtig lyd og akustisk i den nærmeste fremtid bliver en del af arkitektoniske modeller og virtuelle oplevelser.