声音充满了我们的生活，然而很多时候我们却从未真正注意过。因为声音不可见、不可闻。因此音乐带给人的力量常常在于单纯的感受。
本文将带大家了解声环境设计里面的一些学问，看建筑师是怎么玩转声音，以及，如何看见声音。
我们一起，体会声之境，音之形。
其他
声之境，音之形
来源：FabUnion（ID：FAB-UNION）
作者：赵耀 同济大学建筑与城市规划学院硕士在读
声音与几何
这个混凝土声学雕塑坐落于冰岛一个俯瞰峡湾的山坡上，开放参观。五个圆顶建筑组成了一个拱顶网络，每一个都可以放大另一个穹顶空间的共鸣声，形成一个五音和谐的空间。
位于爱沙尼亚的森林扩音器建于2015年，木质的喇叭形态可以放大森林的声音，坐在其中的演奏者也可以借此放大自己的乐曲。人们可以在其中感受与自然的共鸣，与自然合奏。
在第一次世界大战中，军用飞机首次出现在战场上。英国政府在多个沿海地区兴建可反射与搜集敌机声波的镜面结构体，高度约6至9公尺，监听范围达20英里（约32公里）。这个被称为“声镜”的巨型球面反射器，可将敌机的发动机声反射并集中至球面的焦点，以便使声音放大，就像镜面反射光线一样。这样监控人员就能发现远处的飞机。这种技术一直使用到1930年代，随着飞行技术的进步和雷达的产生，这个装置虽然已经失去原本的功能，但已经成为人类科技发展的见证。
匈牙利的洞穴剧院是由一个采石场改造而成。利用采石场的空洞形成连通的共振腔，洞穴剧院具有出色的共振效果。
英国圣保罗大教堂耳语廊，围绕着圆顶的内部，距离地面约259步。在这里你可以听得见对面墙壁上的耳语，因此得名。耳语廊主要得益于圆形空间内的回音效果。
17世纪由泥砖建造的阿里卡普宫顶楼音乐厅，拥有巨大的伞状拱顶，墙壁形成许多空洞，这导致空间具有较低的混响时间的声学效果，适合亲切的音乐效果，和伊朗传统民谣风格十分符合。
“声学贝壳”是一个公共项目，有两个贝壳形亭子组成，一个壳面向城镇，形成主要的带。内部的声学设计创造了反射表面，将演奏者的声音投射到观众耳边；另一个壳面向海滩，形成一个更亲切的尺度，可帮助人们听到海洋的声音或作为公交候车亭。
接下来这个项目来自大名鼎鼎的美国宇航局NASA：
该项目于2015年于曼哈顿科学节首次亮相，灵感来源于海螺可以听到类似海洋声音的原理，NASA与艺术家合作，创造了这个3D听音室，进入其中的人们可以听到卫星经过的声音，感受卫星离自己距离的远近。空间内设计了多个扬声器，声音通过壳体反射得到放大。同时穿孔铝板组成的壳体结构也可以减弱外部的噪声。
该项目可使参观者与19颗卫星及空间站形成声音上的互动，创造一种身临其境的感觉。
由Martti Kalliala 和Esa Ruskeepää设计建造的Mafoombey是由纸板雕刻而成的专门用来播放和体验音乐的声学空间。
其有机的形状以及密集的纹理促进了声的扩散反射，形成良好的声学效果。
声音与材料
现在越来越多的家装材料也开始重视空间的声学效果。来自Kvadrat公司的云系列产品。使用环保纱线制成的织物隔音板。可以根据需求自由组合颜色和形状。织物本身因为空隙起到良好地吸音作用，其褶皱形成的空间形态加强了装置的吸声效果，打造令人愉悦的室内听觉环境。
这是由Benjamin Hubert设计的模块化的隔音系统。由植物材料制成的特殊瓦片具有良好的隔音效果，组合形成的模块化单元可根据需求随意拆卸，不需要专业的施工团队，可灵活响应工作空间的需求。
声音与建筑设计
新加坡的Genexis剧院是由ARUP和WOHA合作的项目。设计师经过声学设计，将40万个木珠排布在弧墙上，围合出一个局部卵形空间，木珠使声波散射均匀，底层的声学泡沫可吸收多余的噪声。
自然形态的木格栅也起到了良好的吸音隔音效果，保证空间的声学舒适。
Soundscaping是CoopHimmelblau为巴伐利亚国立歌剧院的一个实验演出项目设计的一个300座演出厅。这个mini歌剧院空间必须克服，轻便易拆卸空间与音乐厅声学要求之间的矛盾。
在这个音乐厅中，设计师一方面引入声音的序列作为外观的概念，另一方面将声音序列转化为吸声表皮的原型，通过其尖锐的形状来吸收和反射外界的声音。
将建筑与音乐相结合的想法并不新鲜。类似于景观，它涉及“格式塔”原则。Soundscaping始于20世纪40年代，在建筑方面，Le Corbusier和Lannis Xenakis一起参与音乐和建筑的主题，他们考虑了音乐作品的三维实现（Corbusier的飞利浦馆和La Tourette的窗户分割）。
作为将音乐抽象为空间形式的起点，设计师从吉姆·亨德里克斯的歌曲“紫色阴影”和莫扎特的“唐·乔万尼”的一段歌曲中选取片段，通过对来自这些音乐片段的频率部分的分析以及与计算机生成的3D模型的组合，通过参数脚本将声音序列转换成锥体“尖劈结构”。
设计师的声音策略包括三个步骤：
首先，实现广场和街道之间的屏蔽效果；
其次，以表面可偏转噪声的方式塑造亭子的几何形状；
第三，设计亭子的表面以这样的方式反射和吸收声音。
声学原型研究是与Arup的声学部门一起进行的，建筑材料与Frener＆Reifer合作。
声音与数字建造
FabPod是一个将建筑几何与声学设计结合的会议空间，它坐落于RMIT的一个开放办公空间中。
FabPod的几何原型来源于双曲面对声音散射特性的研究，灵感来源于西班牙建筑师高迪在建筑中大量使用的双曲面的声学效果。设计希望通过控制空间内的扩散声，创造一个良好的室内空间听觉效果。
响应式声表面参数几何原型
双曲面平面交叉规则设计
表皮分割设计及面板布局
声学模拟
面板优化
最终设计模型
FabPod展示了一种新颖的设计系统和数字工作流程，允许快速、半自动生成形式，几何关系和材料分布。声学模拟作为该工作流程一部分，提供了可用于改变的设计参数的快速反馈。以这种方式，声学性能可以驱动设计决策。
这是密歇根大学资助的RVTR的研究项目，项目的灵感来源于折纸。利用刚性表面的平折特性和折纸几何的原理，该系统可响应于室内声环境，改变自身的开合形式，形成不同形态的共振腔和吸声面板，从而对室内的声环境进行优化。
这种设计可适应多种空间形式，应对不同的声学需求，还可根据需要形成不同的空间效果。
来自FreelandBuck的MOCA听音室，是设计在洛杉矶当代艺术博物馆的供听众享受音乐的空间。
这个空间是由有空洞的三角锥体结构单元组合而成。
这种形式的结构单元可以保证室内空间光线的同时，尽可能减少内外部的声音的互相干扰，同时若将声源置入尖锥结构内可创造良好的听音环境。
Distortion II是一个在开放空间内创造视觉和声学效果的研究项目。该项目通过对几何和材料的研究，演示了表皮如何响应声学性能的要求。项目旨在创造一个令人兴奋的视觉和声学空间体验。
表皮面向声源的一面为扩散面，优于表皮与声源的角度关系，可使声音在特定区域集中，声音得到加强；背向声音的围合面区域为声障区，可减弱外界声音对走入其中的人的影响。
声音与未来
Soundscape是来自IAAC的一个课程项目。设计的主题是声音，声音是建筑。粒子云，声波和振动，均拥有巨大的潜力。项目本身是一种创新，它是对未来能源发电替代方案的建议。利用压电技术，这个声音的建筑将无处不在的声音的震动转换成能量。当我们进入更深的纳米级，我们可以意识到每个粒子都有自己的运动，振动和声音。将城市中的噪音转化成能量，实现自身能源周期循环和完全自给自足。
项目选址于巴塞罗那，测量并分析了巴塞罗那具有代表性的多种声音数据。通过对人流、声源分布、声音强度、周边环境等多方面的分析，生成了压感单元的分布。
声压等级
声场设计生成过程
设计概念方案图
项目的研究目的，是找到新的方式来使用城市中由各种活动引起的声音，并产生能量。设计者发现压电材料是能够从振动产生能量的最好的材料。项目所面临的主要挑战是证明他们的生产力的可行性。将声音视为振动，开始应用各种频率和幅度的声音。设计者发现有研究人员正在生成新的纳米材料，可以捕获非常微小的振动和产生能量。通过对UPC应用物理系的访问及与Diego Ocha的讨论，设计者开始在不同宽度的压电纤维复合材料条上施加声音，发现54mm宽的压电纤维复合材料条可提供最大约3.5V/sec的输出，并且平均输出约1.75V/ s，可将这种材料应用于开发组件。
设计的组件是一个极点，它与人的无线电波反应、振动和产生声音。它像树一样活着，与声音一起增长。它捕获太阳能热量并将其转换为声音。组件的条带可以根据现场的实时声音垂直运动改变其高度，以便捕获到条带范围中的最大声音振动，甚至控制外部声音对站点的影响。设计有大约3518个极点，每个极点具有大约2500个压电条。平均每个组件可以产生约4375V/s，整个站点可以产生约15391.5KV/s的电力。
声音可视化
将无形的声音转化为有形可见，声音可视化的研究由来已久，形成了一门音流学Cymatics的独特领域。
1787年，律师、音乐家和物理学家Ernst Chladni关于音乐理论的著作Entdeckungen über die Theorie des Klangesor (Discoveries Concerning the Theory of Sound) 成为该领域的开创性工作。克拉尼让覆盖着一层沙子的薄板振动，薄板以复杂的方式振动，有一些部分（波节线）保持不动，因此留住了由附近振动区域抖来的沙子。这样，薄板上便出现一幅独特的沙子图形，由此能作出有关振动的许多推断。
1967年，Hans Jenny，瑞士医生、艺术家和研究员，出版了关于音流学的相关研究。在他的研究中，把如沙子、孢子、铁粉、水和酸橙等多种物质作为研究材料，并把它们放在金属板与薄膜振动。Jenny还试验了多种类型的液体，制作连续循环浪，螺旋和波浪纹的运动。此外他还使用铁屑、汞、粘性液体、胶面纸或物质、气体来研究振动效应的三维形态。
你不仅能听到旋律， 你也可以看到它。Jenny称这个新的研究cymatics领域，来自希腊语“波”的含义。
1953年之后，国际标准化组织 (ISO) 统一将全球的音乐都调为440HZ。有观点认为440Hz是一个极度僵化的频率，而432Hz是 一个柔和、温暖、舒服的频率，你的身体会感觉到放松，甚至有愈合伤口的特性。像是水的频率、宇宙的频率、大自然的频率，都是432Hz。下图是在432Hz和440Hz时声音作用所呈现的形态：
Cymatics还研究了声音图像与自然界中植物、晶体结构、磁场、宗教建筑等之间的几何关联，这也一定程度上说明自然界中振动频率和周期的内在关联。
近几年，新西兰音乐家Nigel Stanford的Cymatics歌曲为大家奉上了一场视听盛宴，也使Cymatics音乐更加广为人知。
小编也为大家带来了这个视频供大家欣赏：
https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=f0193mhbuw8&width=500&height=375&auto=0
除此之外，还有一些声音艺术与科技结合的作品：
Waves是西班牙艺术家Daniel Palacios设计的互动装置作品，通过电机和绳索来创造可见的数字波形，波形可以随着人的靠近变换。微控制器通过集成的红外传感器，拾取公众的运动，并且使用该信息来改变引擎中的旋转的频率，改变所呈现的声音和波形。
蒙特利尔声音艺术家、表演者、作曲家Nicolas Bernier制作的声音装置，这个装置可以显示正弦波形。
上面的艺术装置直接应用到建筑设计中会比较困难，主要出现于展览互动项目之中。近几年也涌现出不少辅助建筑设计的声学模拟软件和可视化工具。
以性能化设计著称的LMN为例，LMN开发了自己的模拟软件，用光粒子的弹射来模拟声音，观察声音的分布，从视觉上表达声音的均匀性。
近几年广泛使用的声音相机可以通过拍摄直观显示声音，声音可以像光一样被拍摄到，科技的力量是不是很神奇呢？这种相机广泛用于施工现场测评及各种大型制造业中用于噪声测评，可以实时提供可视的声音数据。
声音作为我们生活的物质世界的一部分，还有很多不为人知的奥秘。随着科技的进步，会有更多的技术来辅助建筑师对声音的设计和优化，知识的迭代促进了社会的飞速发展，环境性能化设计也得到了更多的重视。相信不久的将来，声音的潜力将得到更广泛的开发与运用。
部分参考资料及图片来源：
https://thespaces.com/2015/11/03/10-buildings-with-extraordinary-acoustics/
http://www.everydaylistening.com/articles/2009/9/23/mafoombey-acoustic-space.html
http://www.designboom.com/design/benjamin-hubert-layer-design-scale-modular-acoustic-partition-system-12-04-2015/
http://kvadrat.cn/products/clouds
http://www.indesignlive.sg/articles/Fabulous-Fabrics
http://www.danieldavis.com/fabpod/
http://www.coop-himmelblau.at/architecture/projects/pavilion-21-mini-opera-space
http://aasarchitecture.com/2014/09/acoustic-shells-flanagan-lawrence.html
http://www.iaacblog.com/programs/soundscape/
https://www.fastcodesign.com/3055638/you-can-listen-to-the-sounds-of-satellites-inside-this-nasa-built-pavilion
http://archinect.com/FreelandBuck/project/moca-listening-pavilion
http://www.designboom.com/technology/rvtr-resonant-chamber-origami-architectural-acoustic-panels/
http://www.designboom.com/architecture/genexis-theater-fusionopolis-by-arupwoha/
http://www.acoustic-camera.com/en/applications.html
http://www.nicolasbernier.com/
http://blog.world-mysteries.com/science/cymatics/
https://www.youtube.com/watch?v=_JaKyD34LVs
https://creators.vice.com/en_au/article/the-science-of-sound-gets-visualized-in-this-av-experiment
https://lmnarchitects.com/case-study/theatroacoustic-system-concert-hall
http://superconsciousness.com/topics/technology/creating-waves
http://nigelstanford.com/Cymatics/
https://portal2013br.wordpress.com/2015/07/11/cymatics-visualizando-audio-frequencias/
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