Sonic Elasticity
声学弹性 · 声音与空间的知觉实验
2025–26 / Bartlett School 设计项目 · 协作装置
声学弹性
Sonic Elasticity
声音与空间变化共同构建的知觉环境
声学弹性是一件交互装置，探索如何通过受控的感官条件构建并重塑空间知觉。项目借鉴超立方体的几何逻辑，以时间作为感知变化的维度：弹性立方体缓慢伸缩，四声道声场随之变化，参与者对距离、尺度与空间边界的判断也在同步与偏离之间不断调整。
- 我的职责
- 装置设计与制作（协作项目）
- 完成阶段
- 研究、模型迭代、实体装置与视听编程
从预测到知觉
当我们对空间的预测失效，知觉会如何被重新构建？
大脑并非被动接收信息，而是持续预测即将到来的感官输入。重复出现的节奏、尺度与空间关系逐步形成稳定预期；当实际刺激与预测不一致时，预测误差促使知觉重新组织。
房间能否让人感觉比实际更大？时间能否被感知为加快或放慢？项目以这些问题为起点，把错觉作为揭示并介入知觉重构的手段，让变化细微而可感知。
重复、预期与偏离
连续重复产生惯性，规律逐步形成模式，参与者由此预测接下来会发生什么。打破模式后，原本可靠的线索变得不一致，知觉需要重新解释环境。
把知觉变化转化为空间体验
装置把视觉与听觉整合成可控制的变化过程。通过线框、光点和边界的逐步改变，参与者能观察自己的预期如何形成，又如何被新的空间线索改写。
研究与认知框架
ITPRA：预期的时间结构
Huron 在《Sweet Anticipation》中提出 ITPRA 模型，将预期相关的反应分为想象、紧张、预测、反应与评价。项目借此理解重复如何建立期待，以及偏离如何引发即时反应与后续重新判断。
空间与时间提供较直观的感官线索。项目将这一认知框架转译为节奏、距离与尺度的变化，在稳定模式中引入受控偏离。
声音如何塑造时间与空间
节奏与意外事件
重复节奏形成时间预期；偏离规律的事件更突出，也可能改变主观时长判断。
声音景观
参考 R. Murray Schafer 的声音景观概念，将多层声音组织为连续环境，让参与者逐步建立对声场的信任。
回声与空间尺度
回声的时间、强度与衰减提供距离和空间范围的线索。延迟与混响的改变，让声场呈现扩张或收缩的感受。
从固定错觉到动态空间
艾姆斯房间
固定视点下，非规则房间被理解为规则空间，揭示视觉参照如何影响尺度判断。
弹性空间
Gianni Colombo 的弹性线、暗室与运动，使边界不再稳定，观看也转化为身体参与的动态体验。
超立方体
四维几何的三维投影不断重组边界与体积，为内外框架之间的变化关系提供构型参考。
认知机制的空间转译
从主动预测、重复形成统计规律，到预期被打破后的重新组织，项目将研究收敛为三步体验：先建立可预测的视听关系，再让声音与空间逐渐偏离，最后让参与者在新的线索中重新判断。
建立模式
以重复的节奏和尺度关系形成稳定线索。
形成预期
让参与者能够预测声音与空间接下来的变化。
受控偏离
改变两者的对应关系，使既有判断需要被修正。
感知实验与实体模型
声音实验使用两组石块敲击音轨。第一组在前段加快节奏，再转入不规则节奏；第二组增加其他声音元素，观察参与者如何估计经过的时间。记录呈现不同的主观时长，为后续节奏设计提供探索方向。
空间实验将荧光线框置于暗室，结合固定观察、身体移动和人工调整框架，比较边界变化的可见程度。模型测试帮助确定弹性结构、观察位置与灯光条件之间的关系。
1:5 实体模型
使用木材、弹性绳、荧光涂料、紫外灯与金属钉制作缩尺模型，测试线框的连接、张紧与伸缩。模型让空间变化从几何设想进入可操作的实体结构。
四轮设计迭代
从多感官迷宫，逐步收敛为可控制的空间与声音关系。
迭代一 · 视觉主导
最初方案以大型荧光线网格构成迷宫，结合摩尔纹、光栅影像、三维映射、材料编织、绳结与声音，试图创造多感官空间。
但过多刺激缺乏清晰的主次，参与者难以形成稳定模式，也难以辨认变化来自何处。下一轮需要减少视觉竞争，让感官线索形成可理解的关系。
迭代二 · 视觉与听觉平衡
空间简化为线性走廊，中心设置“时间织机”：石块敲击由规则转为不规则节奏。纹理绳结、振动线与发声线共同构成体验，声音逐渐成为主要线索。
声音仍未与整体空间结构建立连续对应，节奏变化与边界变化之间的关系不够明确，因此下一轮将声场整合进单一空间。
迭代三 · 声场整合
方案收敛为单一立方体，以绳索角度和张力改变尺度，四个角落设置共享底层节奏的声场。地面采用外观相近、触感不同的区域，形成视觉、听觉与触觉之间的偏离。
这一版本依赖参与者在不同区域之间移动，变化因此被分割为局部事件。要形成连续的“预期—打破预期”，需要让空间与声音随时间自主变化。
迭代四 · 模式与偏离
最终方案采用固定外框与可伸缩内框，参与者始终位于中心。声音先与空间变化同步，随后逐渐错开：同一个位置可以经历不同的视觉尺度与听觉距离。
去掉多余的地面纹理与复杂视觉效果，以中心白色球体提供固定参照。视觉与声音的变化由统一的时间序列控制，建立模式、形成预期，再引入偏离。
空间与声音的交互逻辑
在稳定外框中，内层弹性立方体改变大小；声音则通过节奏、延迟、混响和空间分布改变听觉尺度。项目先建立两者的同步关系，再让物理空间与声学空间逐步分离。
从四个声区到连续声场
早期声场研究包括机械钟、水钟、寺院钟声与钟楼。共享的底层节奏形成连续线索，不同层次的回声与混响则暗示从紧凑到广阔的空间。
匹配与错位
对比图展示物理尺度与听觉尺度一致或不一致的情境：较小的视觉空间也可以配以广阔的钟声，较大的空间则可以出现紧凑的声音。最终版本将这些对比串成连续变化，而不依赖参与者逐区移动。
结构设计与制作
从测试线框到固定结构
首次全尺寸测试用三脚架支撑弹性绳，并布置四个音箱。荧光涂料增强了可见性，但也改变了绳索的材料表现；后续采用白色弹性绳，在暗室和灯光条件下呈现线框。
模块与连接
固定木质外框提供稳定参照，内层弹性绳立方体通过角部连接与卷线装置改变尺度。结构设计同时考虑模块拼装、木板接头、绳索节点、支架和电机驱动卷轮。
搭建过程
制作从框架原型与接头测试开始，经过木材切割、榫槽连接、弹性绳安装，再完成卷轮制作、钻孔和组装。结构线稿中的节点设计与现场制作照片相互对应。
实体结构完成
完成后的外框在黑箱环境中形成稳定边界。内框的弹性线、角部连接和卷线路径共同构成伸缩系统，使尺度变化能够持续、平稳地发生。
伸缩系统与控制
让声音变化驱动空间变化
Max/MSP 将空间变化指令发送给 Arduino，控制步进电机顺时针或逆时针旋转。电机收放绳索，四个角部卷轮共同驱动内层立方体扩张或收缩。
系统采用 NEMA 17 步进电机、DRV8825 驱动模块、法兰联轴器与 3D 打印卷轮。串口指令将电机动作与声音程序连接，使视听关系可在同一时间序列中调整。
声音设计与视听联动
从规律节奏到不规则节奏
最终声音方案以石块敲击为基础。完整音轨为 300 秒，前 45 秒保持规则节奏，随后逐渐转入不规则节奏。清晰的敲击起音便于叠加回声，比较声音在不同模拟空间中的反射与衰减。
紧凑的声学空间使用较直接、干燥的声音；更广阔的空间增加回声层次与衰减时间。节奏变化影响时间预期，声场变化影响空间尺度判断，两者在同一序列中形成对应与偏离。
Max/MSP 第一版
第一版导入四组声音，通过 Spat5 建立虚拟声源与坐标空间，再输出到音箱。声音位置由人工调整，空间感主要依赖音量变化，尚未整合混响、自动路径与实体结构。
从声场原型到结构联动
升级版收敛为单一音源，加入回声与混响，设置默认声源路径，并通过串口连接 Arduino。声源移动、听觉尺度变化和弹性框架的伸缩由同一程序协调。
Max/MSP 第二版
第二版按虚拟声源距离调整声音条件：虚拟坐标中 4 米以内采用较直接的声音与较高音量，超过这一距离增加回声并降低音量。这里的距离属于程序中的声学空间，不是实体框架的尺寸。
程序中的黄色部分标示新增功能，蓝色部分对应原有逻辑。Arduino 连接让声学尺度与实体尺度既可以同步，也可以按设计逐步错开。
三种尺度状态
小、中、大三种状态将 Spat5 的声源位置与实体框架连接起来。视听一致时，参与者形成对变化的预期；视听逐渐不一致时，空间判断需要依靠新的线索重新组织。
装置体验与影像
待机 · 建立空间参照
弹性 · 边界的张紧与变化
运动 · 尺度与边界的重叠
参照 · 中心的观察者
装置演示影片
观看声音、弹性框架与参与者在同一空间中的互动。播放后可开启声音。
Bartlett School 设计项目 · 协作装置与演示影像
