Akustika sakrálních prostorů

Církve jsou v Novém zákonu označovány i řeckým souslovím "epi tu auto - na jednom místě". Církev je totiž církví až ve chvíli, kdy se věřící shromažďují na společném místě. Proto také byla od nejstarších dob tomuto "společenskému místu" věnována zásadní pozornost. Chrámové stavby představují po staletí vrcholy stavební činnosti a jejich architektura vždy dominovala v příslušném dobovém slohu bez ohledu na druh náboženství nebo na jména bohů.
V novodobé historii definuje Otakar Novotný ve své publikaci "O architektuře" z roku 1959 chrámový prostor takto: "Pro vytváření i chápání prostorů používá člověk atributů optických (hlavní a vedlejší pohledy se všemi průhledy, změny geometrie tvarů i perspektivního působení), akustických (dobrá či špatná slyšitelnost v prostoru), pohybových v rozličných směrech (podle komunikačních potřeb) a konečně syntetických výstupů plynoucích ze smyslu rovnováhy a harmonie".
Interiérový komfort je v podstatě harmonizování a humanizování stavby, resp. jejího interiéru v podřízenosti pocitům člověka. U sakrálních staveb jde tedy o navození atmosféry interiérové pohody s příslušným racionálním a emocionálním nábojem (spiritualitou) vnitřního prostředí.

Shromažďovací prostory sakrálních staveb sloužící bohoslužbě musí splňovat pro zabezpečení interiérové pohody věřících řadu aspektů:

Tepelná pohoda
Z těch nejdůležitějších je třeba uvést tepelnou pohodu, a to jak v dimenzích rovnováhy tepelného režimu ve vztahu k osobám pobývajícím ve shromažďovacím prostoru, tak i v oblasti energetické minimalizace objektu.

Světlo
Dalším neméně důležitým faktorem je prosvětlení prostoru jak denním, tak i umělým osvětlením, jež se významně spolupodílí na spiritualizaci jak vnějšího, tak zejména vnitřního prostoru. Obecně je tento faktor formulován jako světelná kvalita interiéru.

Akustika
Další atribut, zejména ve vztahu k historické aplikovatelnosti, lze definovat jako akustika prostoru. Zde je třeba uvést, že v současné době, kdy se staví nové církevní objekty v obcích, městech a na sídlištích, je stejně důležitý i faktor hlukového zatížení vnějšího prostoru, sekundárně i interiéru v okolních, např. bytových stavbách impulzním, příp. ustáleným hlukem, ať již církevními obřady v chrámech, tak zejména exteriérovými doprovodnými projevy církevních obřadů (zpěv, hudba, zvony) a jejich doba projevu, případně souběhu. Mnohdy i exteriérové hlukové zatížení, např. z dopravy, může ovlivnit jak situování, tak i dispoziční uspořádání, případně i konstrukční řešení církevního objektu.

Tyto faktory lze shrnout pod definici akustika vnějšího prostoru.

Z výše uvedeného je zřejmé, že realizace sakrálního objektu je nejen architektonický a umělecký projev své doby, ale i liturgicky a lidsky ztvárněný prostor, který by měl dávat záruku kvalitního příjmu slova Božího v prostoru, který splňuje atributy komplexního komfortu.

Prostorová akustika

Návrh tvaru a geometrie chrámového prostoru je jedním z nejvýznamnějších faktorů ovlivňujících zvukovou kvalitu liturgického obřadu jak v úrovni slovního, tak i hudebního projevu. O tom, že se i v době minulé těmito problémy architekti a stavitelé intenzivně zabývali, svědčí analýza citace slavného římského stavitele Marka Polia Vitruvia:

" … jest přihlédnouti s velkou bedlivostí k tomu, aby byl objekt, ve kterém se hlas bude klidně šířit, řešen tak, aby se nevracel odrazem a nepřinášel uším pouze neurčité náznaky. Je totiž mnoho míst, který svým přirozeným položením pohyb zvuku ruší, jako místa desonanční (bezzvuká), která se řecky jmenují katechúntes, místa cirkumsonanční (se zvukem rozptylujícím se vůkol), jež se u nich nazývají periechúntes, dále resonanční (ozvučná), zvaná antiechúntes a konsonanční (souzvučná), kterým říkají synechúntes.

Desonanční místa jsou ta, v nichž první zvuk po svém vystoupení do výše je pevnými, výš položenými tělesy rušen a srážen nazpět: zůstává proto ležeti dole a ztěžuje vzlet zvuku následujícího za ním.

Cirkumsonanční místa jsou ta, kde zvuk, nucený bloudit kolem dokola, zaniká uprostřed, zní bez koncovek a ztrácí se tam v neurčitých náznacích slov.

Resonanční jsou ta, na nichž se zvuk vrací zpět, naraziv při dopadu na nějaký pevný předmět, budí ozvěnu a poslední slabiky na poslech zdvojuje.

Konsonanční jsou místa, na nichž se hlasu odspodu napomáhá, ten při stoupání do výše sílí a dospívá k uším s jasnou zřetelností.

Věnuje-li se tedy stavbě bedlivá pozornost, dosáhne se touto rozmyslností, že hlas bude zníti v chrámech a divadlech kvalitně ve prospěch věci. Nákresy plánů se od sebe liší tím, že shromažďovací prostory obvyklé u Řeků se řeší na podkladě čtverců, latinské na podkladě stejnostranných trojúhelníků. Kdo tedy bude ochoten použíti těchto předpisů, dosáhne bezvadného provedení divadelních staveb".

Dokonalé architektonické dílo by mělo být výsledkem harmonického splnění všech nejen uměleckých, ale i technických požadavků. Při vytváření architektonického objektu i jeho prostředí je velmi významnou součástí vliv akustiky na budoucí stavbu. Akustika je oborem poměrně mladým, jako o vědu se o ni začali vědci zajímat teprve v sedmnáctém století, ale součástí staveb byla odedávna. Možná, že dávní stavitelé neznali její principy a možnosti jejích výpočtů tak, jak je známe my dnes, přesto jejich stavby vznikaly v souladu s akustickými potřebami. Často jsou pro nás tyto stavby i dnes příkladem dobré akustiky a jsou objektem našeho zájmu a obdivu. Akustika se jako věda nejvíce vyvíjela až v období funkcionalismu.

Pouhý matematický výpočet oproštěný od současného řešení architektonického prostoru nezaručuje pozitivní výsledek. Člověk vnímá dění v prostoru architektonického díla všemi svými smysly, proto pouhé omezení na strohé výpočty může být překážkou v konečném působení díla. Ale i naopak - pouhé řešení prostoru z uměleckého hlediska s opomenutím základních technických požadavků akustiky nevede k úspěchu. Může tak vzniknout sice tvarově bohatý prostor, který je však z hlediska akustiky velmi nevyhovující. Tím se hodnota celého díla snižuje.

Kritéria akustické kvality prostor můžeme rozdělit podle povahy hodnocených parametrů na:
- časová
- prostorová
- dynamická
- spektrální

1. Časová kritéria

rozlišení přímého a odraženého zvuku - subjektivní kritérium

Šíření zvuku v úzkém prostoru

Šíření zvuku v širokém prostoru

Přestože podíl přímého zvuku ve vjemu posluchače v prostorách hudebního určení zaujímá max. 10% z celkové akustické energie v poslechovém místě, postačuje k spolehlivému odhadu směru, odkud zvuk přichází. Narušení tohoto rozlišení přímého a odraženého zvuku je spojeno se vznikem ozvěny jako jedno i vícenásobným zřetelným opakováním originálního zvuku. Přítomnost ozvěny působí nejen rušivě, ale může také zapříčinit chybnou lokalizaci zdroje.

Běžně nejsou přímé odrazy vnímány odděleně od přímého zvuku a přispívají zejména k posílení vjemu jeho hlasitosti. Při větším zpoždění prvních odrazů (nad 30 - 50 msec) může dojít k charakteristickému zabarvení zvuku nebo k vjemu drsnosti zvuku.

Postřehnutelnost či dokonce rušivost prvních odrazů souvisí s rozdílem jejich hladin vůči přímému zvuku, s jejich zpožděním vůči přímému zvuku a se směrem, odkud odrazy přicházejí. Lidské ucho je díky binaurálnímu vjemu citlivější na odrazy od bočních stěn, které způsobují větší interaurální rozdíl než odrazy přicházející od stropu, podlahy a zadní stěny. Proto jsou u nízkých a širokých prostor subjektivně výraznější odrazy od stěn často spojovány s negativním vlivem na akustickou kvalitu prostor ve srovnání s prostorami vysokými a úzkými, u kterých převládá zpoždění odrazů od stropu.

srozumitelnost - subjektivní kritérium
Snižuje se s rostoucí dobou dozvuku a vzdáleností mezi zdrojem a posluchačem. Závisí také na objem prostoru a na odstupu hladiny řeči od hluku pozadí.

ztráta srozumitelnosti souhlásek - objektivní kritérium
Je v přímé souvislosti s celkovou ztrátou srozumitelnosti.

jasnost - subjektivní kritérium
Dělíme ji na jasnost časovou (horizontální) - rozlišitelnost časového sledu tónů či zvuků a na jasnost registrovou (vertikální) - rozlišitelnost znějících nástrojů
Jasnost klesá s rostoucí dobou dozvuku a vliv na ni mají také první odrazy, jejich časový sled a intenzita v konkrétním poslechovém místě.

doba dozvuku - subjektivní i objektivní kritérium
Jedno z nejdůležitějších kritérií při posuzování akustiky sakrálních prostor.
Dozvuk je definován jako zvuk, který se šíří prostorem po vypnutí zdroje. Závisí převážně na velikosti (objemu) a tvaru prostoru a na struktuře a pohltivosti jeho stěn. Doba dozvuku je také závislá na hlasitosti a barvě zvuku v okamžiku vypnutí jeho zdroje a vliv na ní má také počáteční doba dozvuku. Ta se vyhodnocuje z prvních 10 dB poklesu dozvukové křivky, narozdíl od standardní doby dozvuku, která se zjišťuje při poklesu křivky mezi -5 až -35 dB. Shoda mezi těmito dobami dozvuku se řadí mezi objektivní kritéria akustické kvality hudebních prostor.
Subjektivní i objektivní kritéria doby dozvuku vzhledem k velikosti prostoru spolu s jeho účelovostí vedou k doporučení optimální doby dozvuku.
Pro řeč jsou uváděny hodnoty 0,5 - 1,2 s. Rostoucí doba dozvuku podporuje jev maskování a snižuje srozumitelnost řeči. Pro hudbu jsou hodnoty optimální doby dozvuku 1,6 - 2,1 s, přičemž pro varhany by hodnota neměla klesnout pod 2 s (u gotických chrámů byla doba dozvuku až 8 s, v baroku pak 5 s). U varhan je třeba si uvědomit, že působí jako soustava rezonátorů, které v širokém frekvenčním pásmu intenzivně pohlcují zvuk.

Vztah optimální doby dozvuku a objemu prostoru
Závislost optimální doby dozvuku na objemu (platí pro frekvenci 1 kHz); A - varhanní hudba, B - orchestrální hudba, c - komorní hudba, D - řeč, E - opera, F - víceúčelový sál, G - kino

2. prostorová kritéria

prostorovost - subjektivní kritérium
celkový vjem prostoru - subjektivní kritérium
míra prostorovosti - objektivní kritérium

3. dynamická kritéria

hlasitost - subjektivní kritérium
vyváženost - subjektivní kritérium

4. spektrální kritéria

barva zvuku - subjektivní kritérium

frekvenční průběh doby dozvuku - objektivní kritérium
Určuje vhodnost prostoru k danému účelu a charakteristickou barvu zvuku v prostoru. Je dán geometrickou dispozicí prostoru a interiérovým vybavením, u něhož jednotlivé prvky vykazují frekvenční závislost činitele pohltivosti a jsou jako zvukové absorbéry funkční jen v určité frekvenční oblasti. Jemně členěný reliéf textilií, stěn a květin pohlcuje vysoké frekvence, nábytek a jeho dutiny, malé obrazy, přítomnost posluchačů se projevuje pohlcováním středních frekvencí, a rozměrné dutiny, praktikáble, velké plochy obrazů a oken pohlcují nízké frekvence (viz příklad frekvenční závislost doby dozvuku u vybraných pražských chrámů).


Při porovnání výsledků grafu a obrazové dokumentace můžeme potvrdit jednak závislost hodnot doby dozvuku na velikosti (objemu) prostoru a dále frekvenční závislost doby dozvuku na členění prostoru a jeho interiérovém vybavení. Společná všem chrámům je klesající doba dozvuku s rostoucí frekvencí. U sv. Mikuláše odpovídá pohlcování signálu o vysoké frekvenci jeho prostorové členitosti s množstvím tvarových modelací jako je prolamování velkými nikami nebo přítomnost kupole.

Chrám sv. Víta	Chrám sv. Mikuláše na Malé Straně
Chrám Panny Marie před Týnem	Chrám sv. Klimenta

Mezi nejzdařilejší novodobé sakrální objekty postavené v České republice v časovém horizontu od roku 1990 patří zejména:

Závěr

Tento příspěvek slouží pro pochopení hlavních podmiňujících činitelů určujících akustickou kvalitu prostor.
Z hlediska sakrálního prostoru mají rozhodující význam doba dozvuku, prostorovost, vlastnosti přímého a odraženého zvuku a srozumitelnost.
Z těchto atributů vyplývají základní principy pro volbu velikosti a tvaru sakrálního prostoru a jejich akustický důsledek. Nicméně z nich není patrná přesná (číselná) charakteristika vztahu mezi geometrickou proporcí prostoru (půdorysnou i řezovou) a akustickou kvalitou prostoru.
Při návrhu sakrální stavby je důležité nejen splnění objektivních kritérií akustických kvalit prostoru, ale podkladem slouží také předchozí zkušenosti s akustickým řešením těchto staveb vzhledem k prioritám účelu, velikosti prostoru, tvarovému řešení a použitému materiálu.
Z toho v praxi vyplývá spolupráce architekta a akustika již při prvním návrhu sakrálního prostoru.
Většina historických kostelů má podélnou dispozici, která se dnes dostává do rozporu s funkčním požadavkem na víceúčelovost sakrálního prostoru.
Z tohoto důvodu se dnes stále častěji používá dispozice, při níž šířka buď převládá nad délkou nebo je s ní srovnatelná a výška je proměnná. V diskusi o základních kritériích při posuzování akustického prostoru jsou známy všechny negativní akustické vlastnosti takovéhoto prostoru. Výhody jsou naopak převážně účelového charakteru. Lidé jsou blíže k oltáři, lépe rozumí bohoslužbě slova, vidí na sebe navzájem a mají tak větší pocit společné komunity věřících lidí. Mnohdy u moderních chrámových prostor chybí klasický kůr, který spolu s klenbou intenzivně napomáhá vyzařování zvuku nástroje do vertikální roviny. Často je také konstrukční systém těchto staveb podmíněn víceúčelovým sálem umístěným v suterénu pod samotným liturgickým prostorem.

Literatura

1. ČSN 73 0525 Akustika - Projektování v oboru prostorové akustiky. Všeobecné zásady.
2. ČSN 73 0527 Akustika - Projektování v oboru prostorové akustiky. Prostory pro kulturní účely.
3. Kolmer, F., Kyncl, J.: Prostorová akustika. SNTL 1980.
4. Novák, J: Akustická kvalita a pohoda ve výstavbě. SNTL 1981.
5. Vaverka, J. a kol.: Stavební fyzika 1 - akustika urbanistická, stavební a prostorová. VUTIUM Brno, 1998
6. Vaverka a kol.: Nové kostely a kaple z konce 20.století v České republice. Karmelitánské nakladatelství 2000.
7. Vaverka a kol.: Moderní sakrální stavby na území Čech, Moravy a Slezska. Nakladatelství Jota, 2004.
8. Lukášová,M.: Akustika sakrálního prostoru, teze doktorské práce, 2005.

---

Prof. Ing. JIŘÍ VAVERKA, DrSc. Po absolutoriu Stavební fakulty v Brně v roce 1960 pracoval 15 roků v provozu jako mistr, stavbyvedoucí a vedoucí provozu. Od roku 1975 ve Stavoprojektu ve funkci hlavního specialisty pro stavební fyziku.V roce 1990 obhájil DrSc., posléze byl jmenován profesorem. Je soudním znalcem v oboru stavebnictví, odvětví stavební fyzika, autorizovaný inženýr oborech pozemní stavby a energetické auditorství. Vede konzultační střediska tepelné techniky (EKIS) a program Panel při MPO ČR. Je autorem, příp. spoluautorem 12 monografií, více než 200 článků a přednášek v renomovaných tuzemských časopisech a kongresech, konferencích, členem Vědeckých rad na FA TU Liberec a FAST TU Ostrava., kde externě přednáší. V současné době mezinárodní autorský tým pod jeho vedením připravuje vydání odborné publikace (v roce 2006) - Stavební tepelná technika a energetika budov, která je kvalitativně nastavena na časový horizont od roku 2006.