Akustički orijentiri u urbanom prostoru – inkluzivni dizajn za slepe i slabovide – deo II – Geometrija i vizuelizacija slobodnih formi

Metoda istraživanja podeljena je u četiri faze, koje obuhvataju proces razumevanja fizičkih fenomena i formiranja finalnog akustičkog orijentira.
Prva faza obuhvata analizu fizičkih principa koji dovode do stvaranja zvuka u rezonantnim strukturama. U drugoj fazi sledi eksperimentalni proračun i verifikacija modela kroz matematičke i fizičke relacije koje definišu ponašanje rezonatora pri različitim brzinama vetra. Treća faza usmerena je na formiranje geometrije rezonatora i ispitivanje odnosa između forme i akustičkog odziva, dok četvrta faza ispituje dispoziciju i međusobnu orijentaciju elemenata u prostoru, čime se istražuje prostorni i zvučni potencijal celokupne kompozicije.

Faza 1 – Istraživanje fizičkih fenomena

Kako proizvesti zvuk bez upotrebe električne energije ili tehničkih pomagala?

U vremenu kada digitalne tehnologije preuzimaju gotovo svaki aspekt života, retko se zapitamo: šta se dešava kada one nisu dostupne? Zaboravljamo da starije generacije prema njima često gaje otpor, ali i da se mnogi problemi mogu rešiti jednostavnijim, pametnijim i održivijim principima — onima koji proizilaze iz samih prirodnih zakona.

Ovaj pristup doveo je do proučavanja mehaničkih principa stvaranja zvuka, pre svega kroz pojavu rezonancije i oscilacija fluida. Kroz analizu različitih akustičkih sistema izdvojili su se Helmholtz rezonatori, koji funkcionišu isključivo na osnovu strujanja vazduha kroz šupljinu. Kada se frekvencija vetra uskladi sa sopstvenom frekvencijom rezonatora, dolazi do superpozicije talasa i nastanka čujnog tona — jednostavnim fizičkim putem, bez dodatnih izvora energije.

Ovaj princip pokazuje kako se zvuk može generisati iz same interakcije geometrije i fluida, bez dodatnog napajanja. Upravo ta jednostavnost i samoodrživost čine rezonatore inspirativnim modelom za dalje istraživanje i eksperimentalnu primenu u arhitekturi i dizajnu prostora.

Fotografija 1 – konstruktivna interferencija

Izvor : https://fizicar.com/superpozicija-talasa/

Faza 2 – Analitičko proučavanje fizičkih zakona

U drugoj fazi istraživanja fokus je bio na razumevanju i kvantifikovanju akustičkih pojava koje određuju ponašanje Helmholtz rezonatora. Cilj nije bio samo matematički proračun, već spajanje teorijskih principa sa fizičkom realnošću forme — razumevanje kako dimenzije otvora, zapremina i brzina strujanja vazduha utiču na frekvenciju i jačinu proizvedenog zvuka.

Proces je uključivao iteracije dimenzija kroz proračune i dobijene vrednosti frekvencija, čime su se postepeno definisali odnosi koji omogućavaju nastanak željenog akustičkog efekta. Na taj način, fizički zakoni nisu posmatrani apstraktno, već su direktno sprovedeni u aktivne komponente strukture koja proizvodi sopstveni zvuk.

***Analiza i proračuni rezonantnih frekvencija

Iteracijom različitih dimenzija otvora i zapremina šupljina, dobijeni su opsezi rezonantnih frekvencija između 60 Hz i 280 Hz. Ovi rezultati su poslužili kao polazna tačka za modelovanje akustičkog orijentira u sledećoj fazi istraživanja.

Dimenzije Helmholtz rezonatora
Prikazana je formula za rezonantnu frekvenciju i proračun odnosa između zapremine šupljine, otvora, dužine vrata i frekvencije, koji predstavlja osnovu za formiranje različitih zvučnih frekvencija

Fotografija 2 – Dijagram i proračun odnosa zapremine i frekvencije

Brzina vetra
Analiza lokalnih uslova je obezbedila usklađivanje frekvencije vetra sa dimenzijama i frekvencijama rezonatora

Fotografija 3 – Meteorološki podaci o brzinama vetra na teritoriji Srbije

Analiza rezonantnih vrednosti
Upoređivanjem proračunatih i prirodnih frekvencija određeni su parametri najpogodniji za akustičko delovanje

Fotografija 4 – Poređenje sopstvene frekvencije rezonatora sa frekvencijom vetra

Uticaj dimenzija perforacija na akustičke parametre

Fotografija 5 – Analiza geometrijskih konfiguracija

Faza 3 – Geometrija i forma

Nakon sprovedenih proračuna i analize akustičkih fenomena, zaključeno je da najefikasniju konfiguraciju čini skup od pet sfernih rezonatora različitih dimenzija. Svaka kugla funkcioniše kao nezavisna akustička jedinica koja proizvodi ton u zavisnosti od brzine strujanja vazduha i sopstvene frekvencije.

Geometrija je formirana tako da omogući različite odnose zapremine i otvora, čime se ostvaruje širok spektar mogućih frekvencija i pojava superpozicije tonova između pojedinačnih rezonatora.

Time je fizički fenomen pretvoren u akustički orijentir – objekat koji stvara zvuk isključivo kroz prirodno delovanje vetra i vazduha u prostoru.

Model pet sfernih rezonatora različitih dimenzija – osnovna konfiguracija za generisanje različitih frekvencija

Fotografija 6 – Model rezonatora

Faza 4 – Prostorna kompozicija i dispozicija rezonatora

U završnoj fazi istraživanja fokus je bio na prostornom rasporedu i međusobnim odnosima pet sfernih rezonatora. Rasporedom kugli u različite konfiguracije razmatrani su efekti koji nastaju njihovim međusobnim udaljavanjem i približavanjem, kao i način na koji to utiče na karakter i intenzitet zvuka koji nastaje njihovim zajedničkim delovanjem.

Ispitana je i orijentacija otvora rezonatora u odnosu na pravac duvanja vetra. Kugle su otvorima usmerene u različitim pravcima kako bi se obezbedila veća varijabilnost i stalna mogućnost rezonancije u zavisnosti od smera i jačine strujanja vazduha.

Ovim rasporedom dobijen je dinamičan sistem koji reaguje na promene u okruženju, gde se akustički efekti neprestano menjaju i prilagođavaju prirodnim uslovima.