Klager på støy fra konserter skal løses med store utendørs høyttalere

Akkurat nå betyr koronarestriksjoner og bitende kulde at få mennesker plages av lyd fra store utendørsarrangementer som musikkfestivaler. Men med vaksiner og varmere vær på vei, kan støygenen fort komme tilbake. DTU Elektro har i flere år jobbet med en løsning som kan redusere støygener, og nå er den anerkjente tyske høyttalerprodusenten D&B Audiotechnik involvert.

Problemet med konsertstøy skyldes hovedsakelig de lave frekvensene under 150 Hz, som vi kjenner fra basslyden som slår igjennom fra musikken, selv om den spilles langt unna. I motsetning til de høyere frekvensene som absorberes i atmosfæren og ikke plager oss, går vibrasjonene som musikken i lave frekvenser skaper tydelig gjennom.

Stopper spredning av lave frekvenser med lyd

Særlig jobber forskerne og selskapet med en løsning der spredning av lave frekvenser er begrenset ved hjelp av lyd. Støyreduksjonen gjøres ved å gjøre lydfeltkontroll. Dette gjøres ved å dele et konsertområde i soner der lydtrykket kan justeres ulikt. Reguleringen skal bidra til å dempe lydnivået i de omkringliggende områdene uten å gå på akkord med selve konsertlyden.

Dette gjøres ved å sette opp en ekstra høyttalerrekke i konsertlokalet, som plasseres bak publikum i den såkalte lyse sonen (Bright Zone i illustrasjonen).

Publikumsområdet kalles en lys sone, der lydnivået og kvaliteten må være høy, mens den mørke sonen (Dark Zone), som dekker området bak publikum, hele tiden prøver å redusere lydnivået fra konserten så mye som mulig. Fra høyttalerne i randsonen til publikumsområdet sendes en modifisert versjon av lyden ut til omgivelsene, som stenger ute lyden fra scenen. Lyden fra scenen og den modifiserte lyden fungerer motsatt fra hverandre - den ene komprimerer luftmolekylene mens den andre utvider dem.

På denne måten utjevner lydbølgene hverandre og hindrer at konsertlyden forstyrrer naboene i den såkalte mørke sonen, uten å ødelegge den gode lyden for publikum foran scenen.

Omtrent på samme måte som vi kjenner fra støyreduksjon i hodetelefoner og øreplugger, men bare ute i et åpent landskap. I utgangspunktet var støyreduksjonen statisk, dvs. at lydene som sendes ut for å utjevne konsertstøyen blir spilt inn på forhånd og lagret i en filterbank - og dermed ikke tilpasset de faktiske lydene fra konserten. Men på sikt er planen å bruke dynamisk og mer adaptiv støyreduksjon, som vi kjenner fra aktiv støyreduksjon i hodetelefoner.

Testet i Tivoli

I 2018 lyktes forskere fra DTU Elektro å redusere de lave frekvensene med 11 db på Refshaleøen, der metallfestivalen Copenhell blant annet finner sted. Testene ble ikke gjort under selve festivalen, men i samme miljø.

På en technofestival i den italienske byen Torino var det imidlertid bare mulig å redusere støynivået ned til 6 dB i gjennomsnitt. Ifølge DTU Elektro skyldtes den lavere reduksjonen at prosjektet hadde vanskelige forhold på den italienske festivalen, delvis fordi målingene for filterbanken, dvs. de statistiske lydene som ble brukt til å utjevne konsertstøyen, ble gjort i et annet vær enn det som det ble testet i under festivalen.

– Det høres kanskje enkelt ut, men det er utrolig mange faktorer som påvirker lyden når den skapes på utendørsarrangementer. Det handler om hvilke bygninger og trær som er i området, om overflaten er gress eller asfalt, og ikke minst værforholdene, sier Pierangelo Libianchi, ved DTU Elektro og D&B Audiotechnik.

Han er ansvarlig for å forberede algoritmene til programvaren som skal brukes.

Skal kunne brukes i praksis

En reduksjon på 11 dB er ikke et dårlig resultat.

– Når du tar i betraktning hvor komplekst utendørslyd forplantes, er 11 dB et ganske bra resultat, noe som tilsvarer halvering av lydens opplevde styrke. Derfra begynner det å bli vanskeligere og vanskeligere å oppnå en reduksjon på ytterligere 1 dB, sier Libianchi.

I tillegg til stadig å forbedre støyreduksjonen, fokuserer han på at systemet er praktisk anvendelig til utendørs konserter.

– Dette betyr at antall sensorer og mikrofoner som skal brukes, må være begrenset, og systemet må være relativt enkelt å implementere. Derfor jobber jeg med å bruke simuleringer for å erstatte målinger på stedet, eller i det minste redusere antallet, sier Libianchi.

Algoritme for vind og temperaturendring

I den første versjonen av støyreduksjonssystemet har DTU Elektro som nevnt brukt såkalt statisk støyreduksjon, der endringer i omgivelseslyden ikke blir oppdaget i sanntid. Når prosjektet er fullført, skal systemet være tilpasningsdyktig slik at det kan inkludere og tilpasse seg forskjellige værtyper som kan påvirke bevegelsen av lyd.

Hvis målingene for filterbanken er gjort under andre værforhold enn det er for konserten, vil dette også ha en innvirkning på hvor mye lyden kan reduseres. I utgangspunktet fokuserer Libianchi på å utvikle en løsning som tar hensyn til temperatur og vind.

– Når en musikkfestival holdes over flere dager, vil været endre seg underveis. Vinden kan øke og det blir kjøligere om kvelden, noe som gjør at lydbølgene oppfører seg annerledes. Algoritmene må kunne ta hensyn til dette, sier han.

Akkurat nå er han i stand til å gjøre korreksjoner for kortere avstander - i tosifrede meter - men han håper å kunne utvide for å håndtere det når vind og temperaturer endrer seg lenger vekk fra konserten.

Programvare for hvordan støy vil påvirke naboer

De siste årene har forskerne ved DTU Elektro jobbet for å utvikle løsningen for å demme opp musikken ved hjelp av en ekstra serie høyttalere bak publikum. Dette er løsningen som Libianchi nå videreutvikler.

D&B Audiotechnik har allerede produsert programvare som kan brukes av arrangører av utekonserter for å vurdere hvordan støyen vil påvirke naboene. Det var derfor naturlig for selskapet å inngå et samarbeid med DTU.

– DTU har den eneste internasjonale forskergruppen med spesialkunnskap innen støyreduksjon fra utendørs musikkarrangementer. Universitetet har oppnådd interessante resultater fra et prosjekt der de undersøkte utbredelsen av uønsket lyd fra konserter i bl.a. Tivoli, sier Elena Shabalina, forsker ved D&B Audiotechnik.

Siden koronasituasjonen har satt en stopper for de fleste utendørs konserter, har Pierangelo Libianchi så langt blitt forvist til å foreta målinger i laboratoriemiljøet. Utviklingen har imidlertid vært tilfredsstillende, og han håper at målinger også kan gjøres utendørs i løpet av den kommende sommeren.

– Vi er veldig fornøyde med samarbeidet med DTU, og det vil være fantastisk om Pierangelos arbeid resulterer i en prototype som senere kan utvikles til et reelt produkt for våre kunder. Det er et komplekst og fascinerende felt å jobbe med, så vi er glade for å se hva som er mulig, sier Shabalina.

Denne artikkelen ble først publisert på Ingeniøren for deres abonnenter. Den er tilgjengelig på norsk for abonnenter av Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale.