Wallace Clement Sabine (1868–1919), nhà vật lý trẻ ở Đại học Harvard, được coi là người đặt nền cho âm học kiến trúc hiện đại. Năm 1895, ông được giao "chữa" một giảng đường mới xây ở Bảo tàng Nghệ thuật Fogg mà giảng viên nói gì sinh viên cũng không nghe rõ. Từ những phép đo bằng tai, đồng hồ bấm giờ và hàng trăm tấm đệm ghế mượn của một nhà hát, ông tìm ra công thức thời gian vang — lần đầu tiên người ta tính được trước một căn phòng sẽ vang bao lâu, thay vì xây xong mới biết.
Trước Sabine: âm học là chuyện may rủi
Con người xây nhà hát, đền thờ, giảng đường từ hàng nghìn năm, và có những công trình nghe rất hay. Kiến trúc sư La Mã Vitruvius, trong bộ sách về kiến trúc viết vào thế kỷ 1 trước Công nguyên, đã bàn về cách bố trí nhà hát để giọng diễn viên vang tới khán giả, thậm chí nhắc tới các bình đồng đặt dưới bậc ngồi. Các nhà hát Hy Lạp cổ hình bán nguyệt lưng tựa sườn đồi vẫn được khen về độ nghe rõ.
Nhưng những thành công đó dựa vào kinh nghiệm và sao chép. Đến cuối thế kỷ 19, kiến trúc sư vẫn không có cách nào dự đoán một phòng mới sẽ nghe ra sao. Một giảng đường đẹp có thể thành nơi không ai muốn giảng bài; người ta chỉ biết sửa bằng cách thử treo dây, treo vải, rồi hy vọng.
Giảng đường Fogg: bài toán được giao năm 1895
Năm 1895, Harvard khánh thành toà nhà Bảo tàng Nghệ thuật Fogg, bên trong có một giảng đường hình bán nguyệt. Ngay từ những buổi đầu, giảng đường gần như không dùng được: tiếng nói của giảng viên dội đi dội lại, chồng lên nhau. Hiệu trưởng Charles W. Eliot giao việc này cho Sabine, khi ấy là một giảng viên vật lý trẻ chưa đầy 30 tuổi, chuyên ngành không liên quan gì đến kiến trúc.
Sabine không bắt đầu bằng việc treo vải thử. Ông quyết định đo. Và vì thời đó chưa có micro, chưa có máy ghi âm điện tử, công cụ đo của ông là thứ có sẵn: một ống đàn organ làm nguồn âm, một đồng hồ bấm giờ, và đôi tai được luyện kỹ.
Những đêm khiêng đệm ghế
Phương pháp của Sabine nghe đơn giản nhưng đòi hỏi kiên nhẫn. Ông cho ống organ phát một âm ổn định, ngắt nguồn, rồi bấm đồng hồ đo thời gian cho tới khi tai không còn nghe thấy tiếng nữa. Để so sánh, ông đo ở giảng đường Fogg, ở nhà hát Sanders — một khán phòng của Harvard được coi là nghe tốt — và ở các phòng khác trong trường.
Để tìm hiểu vật liệu hút âm ảnh hưởng thế nào, ông mượn những tấm đệm ghế bọc vải của nhà hát Sanders, mang sang các phòng thí nghiệm, trải dần từng lượt rồi đo lại. Việc này thường làm về đêm, khi khuôn viên trường đủ yên để tai nghe được đuôi tiếng nhỏ nhất và không làm phiền lớp học. Các bản kể về Sabine thường nhắc chi tiết ông và trợ lý khiêng đệm qua lại trong nhiều tháng, rồi cất trả trước giờ nhà hát dùng tới.
Đơn vị đo lúc đầu chính là "một tấm đệm ghế". Sau này, đơn vị đo lượng hút âm được đặt theo tên ông: sabin — một sabin tương đương một mét vuông (hoặc một foot vuông, tuỳ hệ đơn vị) bề mặt hút âm hoàn toàn, như một ô cửa sổ mở.
Công thức ra đời
Từ hàng loạt số liệu, Sabine nhận ra một quan hệ rất gọn: thời gian vang tỉ lệ thuận với thể tích phòng, tỉ lệ nghịch với tổng lượng hút âm. Ông chọn mốc đo là lúc âm thanh giảm còn một phần triệu cường độ ban đầu — tương đương giảm 60 dB, chính là nguồn gốc của ký hiệu RT60 dùng đến ngày nay.
Thời gian vang ≈ 0,161 × thể tích (m³) / tổng lượng hút âm (m²) — dạng viết theo hệ mét của công thức Sabine.
Ông công bố kết quả trong loạt bài "Reverberation" năm 1900. Điều quan trọng không chỉ là con số, mà là ý tưởng: âm học của một căn phòng có thể tính toán trước bằng vật lý, giống như kỹ sư tính sức chịu tải của một cây dầm.
Còn giảng đường Fogg? Theo các tài liệu kể lại, Sabine đề xuất bổ sung vật liệu hút âm trên tường và trần, giảm thời gian vang đi đáng kể. Phòng dùng được, dù chưa bao giờ trở thành một giảng đường mẫu mực — vấn đề hình dạng của nó vẫn còn.
Từ giảng đường đến khán phòng
Ngay trong lúc đang hoàn thiện công trình nghiên cứu, Sabine được mời làm cố vấn âm học cho một khán phòng hoà nhạc mới ở Boston. Ông dùng chính công thức của mình để tính kích thước và vật liệu. Khán phòng Symphony Hall khánh thành năm 1900, và đến nay vẫn thường được xếp vào nhóm khán phòng nghe hay nhất thế giới. Đó là một trong những công trình đầu tiên mà âm học được tính trước từ bản vẽ.
| Mốc | Sự kiện |
|---|---|
| 1868 | Wallace Clement Sabine sinh tại bang Ohio, Mỹ |
| 1895 | Được giao xử lý giảng đường Bảo tàng Fogg, Harvard; bắt đầu đo thời gian vang |
| 1900 | Công bố loạt bài "Reverberation"; Symphony Hall Boston khánh thành với sự cố vấn của ông |
| Thập niên 1900–1910 | Tiếp tục nghiên cứu vật liệu hút âm, cố vấn cho nhiều công trình |
| 1919 | Qua đời ở tuổi 50 |
| 1922 | Các bài viết của ông được tập hợp xuất bản thành sách về âm học |
Sabine để lại gì cho ngành
Một ngành khoa học
Trước Sabine, âm học kiến trúc là "nghệ thuật"; sau ông, nó trở thành ngành có đo đạc, có công thức, có đơn vị. Các tiêu chuẩn đo hiện nay như ISO 3382 vẫn dùng khái niệm thời gian vang ông đặt ra.
Ngành vật liệu tiêu âm
Công thức của ông cần hệ số hút âm của từng vật liệu. Từ đó ra đời cả một ngành đo đạc và sản xuất vật liệu hút âm. Cuối đời, Sabine gắn với việc xây dựng một phòng thí nghiệm âm học ở bang Illinois để đo vật liệu; phòng thí nghiệm này tiếp tục hoạt động sau khi ông mất.
Những người đi sau
Công thức Sabine không hoàn hảo: nó cho kết quả lệch khi phòng hút âm rất nhiều. Năm 1930, nhà vật lý Carl Eyring đưa ra công thức chỉnh sửa cho trường hợp này. Về sau, các nhà âm học còn bổ sung khái niệm phản xạ sớm, độ rõ, độ ấm, cảm giác bao quanh — những thứ một con số thời gian vang không nói hết. Nhưng gần như mọi giáo trình âm học kiến trúc vẫn mở đầu bằng câu chuyện của Sabine.
Bài học cho người không làm âm học
- Đo trước khi sửa: Sabine không đoán. Với một phòng khách vang hay một quán ồn, vỗ tay nghe đuôi tiếng, so trước và sau mỗi thay đổi, cũng là tinh thần ấy ở mức nhà.
- Vật liệu mềm là đòn bẩy lớn: chính những tấm đệm ghế đã cho thấy vài chục mét vuông vải và nệm thay đổi cả một căn phòng.
- Kích thước và hình dạng có trước vật liệu: giảng đường Fogg không bao giờ hoàn hảo vì hình dạng của nó. Khi xây hay sửa nhà, hỏi về âm học từ lúc còn bản vẽ rẻ hơn nhiều so với sửa sau.
Muốn đọc thêm, có thể tìm các giáo trình âm học kiến trúc ở thư viện trường đại học kiến trúc, xây dựng; phần lịch sử của ngành hầu như cuốn nào cũng có một chương về Sabine. Bộ sưu tập bài viết của ông, xuất bản sau khi ông mất, vẫn được các nhà âm học trích dẫn.
Câu hỏi thường gặp
Wallace Sabine là ai?
Wallace Clement Sabine (1868–1919) là nhà vật lý người Mỹ ở Đại học Harvard, được xem là cha đẻ của âm học kiến trúc hiện đại. Ông tìm ra công thức tính thời gian vang của căn phòng và làm cố vấn âm học cho Symphony Hall Boston.
Công thức Sabine ra đời thế nào?
Năm 1895, Sabine được giao xử lý giảng đường bị vang của Bảo tàng Fogg ở Harvard. Ông đo thời gian tắt tiếng bằng ống organ, đồng hồ bấm giờ và tai, thay đổi lượng đệm ghế trong phòng, rồi rút ra quan hệ giữa thể tích, lượng hút âm và thời gian vang.
Đơn vị sabin là gì?
Sabin là đơn vị đo lượng hút âm, đặt theo tên Wallace Sabine. Một sabin tương đương một đơn vị diện tích bề mặt hút âm hoàn toàn, như một ô cửa sổ mở. Có sabin hệ mét và sabin theo foot vuông.
Vì sao gọi là RT60?
Sabine chọn mốc đo là lúc âm thanh giảm còn một phần triệu cường độ, tương đương giảm 60 dB. Vì vậy thời gian vang thường được ký hiệu RT60 hay T60.
Công thức Sabine có còn dùng không?
Có, nhất là để ước tính nhanh cho phòng có độ vang vừa và vật liệu hút âm phân bố đều. Với phòng hút âm rất nhiều, người ta dùng các công thức chỉnh sửa như công thức Eyring năm 1930 hoặc phần mềm mô phỏng.