الگوریتم نویسی برای بهینه سازی عملکرد آکوستیک سالن کنسرت

الگوریتم نویسی

الگوریتم نویسی و طراحی الگوریتمیک رویکردی است که شرکت معماری هرزوگ و دمورن و استودیو آلمانی One to One در ساخت تالار کنسرت اِلب فیل هارمونی در هامبورگ آلمان اتخاذ کرده اند. طراحی  الگوریتمیک دراماتیک و از سوی دیگر منطقی ساختمان Elbphilharmonie، تحسین فراوان صاحب نظران معماری را در پی داشته است.

بررسی جزییات ساختمان

این ساختمان با ظرفیت ۲٫۱۰۰ نفر و هزینه ساخت ۷۱۷ میلیون یورو کنار رودخانه الب و بر روی یک انبار قدیمی شکلات و چای ساخته شده است. ساختمان اِلب فیل هارمونی در منطقه هافنکیتی قرار دارد. این منطقه قدیمی سابقاً باراندازی دریایی بود اما دیگر کاربری کشتی رانی ندارد.

الگوریتم نویسی

 

الگوریتم نویسی

ساختمان اِلب فیل هارمونی شامل سه سالن کنسرت، یک هتل، مجموعه ای از آپارتمان ها، رستوران ها، یک پارکینگ و یک فضای عمومی می باشد.

الگوریتم نویسی

 

 

الگوریتم نویسی

جالب ترین ویژگی ساختمان

جالب ترین ویژگی تالار کنسرت ِالب فیل هارمونی، نمای موج مانند آن نیست که در خط آسمان شهر بالا وپایین می رود. حتی آسانسور قرار گرفته در مرکز لابی با آن انحنای ملایم که چشم انداز طراحی شده توسط معماران را به نمایش میگذارد هم نیست. پلکان به سبک Escher  که حضار را به طبقات راهنمایی میکند نیز نمی باشد.

الگوریتم نویسی

گرچه فیلارمونیک هامبورگ مملو از سنگهای خیره‌کننده به ارزش۸۴۳  میلیون دلار است، اما جالبترین ویژگی آن سالن مرکزی با ۱۰ هزار پانل مقعر منحصر به فرد آکوستیک می باشد. این پانلها سقف، دیوارها و جانپناه پله ها را می پوشانند. از الگوریتم ها برای تولید این سلول ها در دکوراسیون داخلی (که مانند قطعات یک پازل در کنار هم جای می گیرند) استفاده شده است.

الگوریتم نویسی

 

الگوریتم نویسی

رویکرد پارامتریک در پروژه

در واقع سالن مرکزی اِلب فیل هارمونی با طراحی ده هزار پانل از بقیه ساختمان جدا شده است. طراحی این پانلها نتیجه رویکرد پارامتریک و الگوریتم نویسی است. طراحی پارامتریک فرایندی است برای ایجاد طرحهای منحصر به فرد با استفاده از الگوریتم ها. الگوریتم ها به طور کلی در طراحی پل ها، قسمت هایی از موتور سیکلت، طراحی حروف حتی صندلی ها و… استفاده شده اند.

الگوریتم نویسی

مشخصات کلی پانل ها

این پانل های آکوستیک عاجی رنگ از جنس فایبر بورد گچی و دارای موتیف صدف دریایی هستند. بنیامین کرن بنیانگذار One to One، بر این باور است که با قدرت الگوریتم نویسی و معماری پارامتریک یک میلیون سلول کوچک متفاوت و بر اساس تعدادی پارامتر اولیه ایجاد کرده است. این سلول ها که طول ۴ تا ۱۶ سانتیمتر دارند، می بایست صدا را بطور مناسب در سالن اجتماعات پخش کنند.

 

الگوریتم نویسی

 

الگوریتم نویسی

مزیت الگوریتم نویسی

در واقع او ۱۰۰٪ بر روی تنظیم الگوریتم کنترل داشته و بعد از این خود نرم افزار بوده که کار را پیش برده است. او میگوید برای برخی از طراحان، اختیار دادن به نرم افزار در زمینه طراحی ترسناک است. نتیجه ممکن است خالص و بکر نباشد اما انجام این گونه کارها به صورت دستی و با ابزارهای متداول احمقانه است. طراحان مرتباً اشکال جدید و غافلگیر کننده ای را که ناشی از الگوریتم نویسی است، ستایش می کنند. صفحه های زیبا، کاربردی و پیچیده بنای اِلب فیل هارمونی جز جدیدترین نمونه های بالقوه در زمینه الگوریتم نویسی و معماری دیجیتال هستند.

این سالن مرکزی بزرگترین سالن از میان سه سالن کنسرت در این ساختمان است. این سالن تقریباً ارگانیک و مشابه عنصری از طبیعت به نظر می رسد یعنی مثل صخره های مرجانی موج دار و تک رنگ. در واقع مجسم کردن آن در واقعیت یک شاهکار فنی و تکنولوژیکی است.

الگوریتم نویسی

 

الگوریتم نویسی

به نظر می رسد که این نمای پارامتریک به تنهایی خیره کننده است. ۱۰،۰۰۰ پانل یک میلیون سلول را تشکیل میدهند. این پانل ها که به صورت پوسته مواج سفیدرنگ (با ته رنگ طوسی) در هم می آمیزند، در ۲۱۵۰ جا سوراخ کاری شده اند. اما زیبایی فقط بخشی از هدف معماران بود که بیش از ۱۳ سال پیش شروع به طراحی ساختمان کردند. گویی شخصی یک پوسته صدف را با زحمت تراشیده و متریال قابل توجهی تولید کرده است.

امواج صدا در برخورد با پانل ها

هر پانلی یک کارکرد دارد. طبق گفته بنیامین کرن، هنگامی که امواج صوتی به پانل ها برخورد می کنند به علت سطح ناهموار آنها، امواج جذب یا پراکنده می شوند. هیچ دو پانلی موجهای صوتی را به طور یکسان جذب یا پراکنده نمی کند اما در کنار هم، یک توازن متعادل را در کل سالن اجتماعات ایجاد می کنند. شکل زیر فرآیند پخش و انتشار صدا را نشان میدهد.

الگوریتم نویسی

بررسی آکوستیک تالار کنسرت در گذشته و برتری اِلب فیل هارمونی

این تکنیک قرنها مورد استفاده قرار گرفته است که مشهورترین آن در تالار کنسرت Musikverein وین است. جزئیات تزیینی و نئوکلاسیک آن تالار کنسرت در وین باعث ایجاد همین اثر انتشار می شود. اما در ساختمان اِلب فیل هارمونی این تکنیک با روشی کاملاً جدید و بصری انجام گرفته است.

الگوریتم نویسی

فضایی که به خوبی صدا را پخش می کند در واقع فضایی است که ویژگی های آکوستیکی در همه قسمت های آن به صورت مشابه وجود دارد، صرف نظر از اینکه شنونده در کدام قسمت سالن قرار دارد. یکی از این ویژگی ها تداوم صوت بعد از خاموشی منبع می باشد. در گذشته، شرایط آکوستیکی بد یک سالن می توانست بعدها با استفاده از نصب جذب کننده، پخش کننده و دیفیوزرها حل شود ولی این تغییرات با محتوای معماری نوعی عدم هماهنگی به وجود می آورد.

در اِلب فیل هارمونی دلیل طراحی الگوی پخش کننده های صوت این بوده است که بتواند به عنوان بخشی از موتیف به کار رفته در طرح کل پروژه عمل کند (هماهنگی محتوای معماری و آکوستیک). در این بنا شکل کاسه مانند سقف که در چندین نقطه اوج دارد نیز به گونه ای طراحی شده است که به نوعی الگوی پخش کننده های صدا را تکرار کند. شکل زیر پارامترهای طراحی در یک نمونه سلول پخش کننده صدا را نشان می دهد.

الگوریتم نویسی

جزییات شیار های روی پانل ها

برای طراحی ۱۰،۰۰۰ پانل آکوستیک منحصر به فرد، هرزوگ و دمورن با یاسوهیسا تویوتا همکاری کردند. او یک نقشه صوتی بهینه برای سالن اجتماعات ترسیم کرد. بر اساس هندسه سالن، تویوتا دریافت که برخی از پانلها مانند آنهایی که در دیواره پشتی سالن اجتماعات هستند باید شیارهای بزرگتر و عمیق تری داشته باشند که امواج صدا را جذب کنند. درحالیکه بقیه مناطق مثل سطح سقف در پشت رفلکتور و بالای جانپناه پلکان نیاز به شیارهای عمیق ندارند چون باید امواج را پخش کنند. شیار های روی پانلها به طور جداگانه با استفاده از ماشین CNC اعمال شد.

الگوریتم نویسی

 

الگوریتم نویسی

شکل بالا نشان دهنده سلول های پخش کننده صداست که بر روی دیوارهای سالن کنسرت و جان پناه پلکان قرار دارند.

اولویت های معماران

در ضمن، معماران اولویتهای خاص خود را داشتند. فارغ از نیازهای آکوستیکی، پوسته پوشاننده در تمام سالن می بایست علاوه بر زیبایی و یکپارچگی، برای نیاز شنوندگان و حضار طراحی میشد. به عنوان مثال پانلهای در دسترس حضار دارای شیارهای نرم تری هستند.

الگوریتم نویسی

بنیامین کرن با استفاده از این الزامات به عنوان پارامترها، الگوریتمی را تولید کرد که ده هزار پانل، هر کدام با یک شکل و الگوی منحصر به فرد طراحی شدند. در عین حال مشخصات زیبایی شناختی و آکوستیکی (صدای بهینه در سالن) نیز مد نظر قرار گرفت. شکل پایین تولید سلول ها را در محیط نرم افزار راینو نشان می دهد.

الگوریتم نویسی

قرارگیری سلول ها طبق تیپولوژی خاص خود

هر یک از سلول ها به واسطه توپولوژی خاص خود روی دیوارهای سالن قرار گرفته اند. فرم، ابعاد، عمق و محل قرار گیری آنها براساس الزامات آکوستیکی توسط کامپیوتر کنترل شده است. به علت منحصر به فرد بودن پانل ها، کرن و تیم او برنامه های نرم افزاری دیگری را برای اتوماتیک کردن ساخت دیجیتال پانلها و بهینه سازی زیرساخت موردنیاز برای نصب سطوح آکوستیکی توسعه دادند. نمونه ای از پانل های حفره دار و توخالی را در شکل پایین مشاهده میکنید.

الگوریتم نویسی

 

قرارگیری پانل ها در کنار هم

لبه پانل ها، به جهت ایجاد پیوستگی در سطوح، طوری طراحی شد که بتواند با لبه های پانل های مجاورش تراز شود. در نتیجه لبه هایی هموار، انحنا دار و تاب خورده ساخته شد که در برخی موارد مفصل کام و زبانه در آنها برای اتصال مناسب وجود داشت. شکل زیر نشان دهنده اتصال پانلها به یکدیگر است.

الگوریتم نویسی

به علت درجات متفاوت پیچیدگی در طراحی لبه ها، استفاده از یک ماشین سوراخ کاری ۵ محوره برای ساخت این پانل ها اجتناب ناپذیر بود. با حفظ مسطح بودن قسمت پشت هر پانل، تنها قسمت جلو تحت سوراخ کاری قرار گرفت. برای هر یک از این پانل ها، لبه ها می بایست به صورت دیجیتالی تولید می شدند. سپس اتصالات روی آنها قرار می گرفت. همچنین یک شیار در طول کل محیط پانل می بایست برای جایگذاری یک نوار درزگیر، ساخته می شد.

جزییات سوراخ کاری پانل ها

بنیامین کرن ۱۰۰۰۰ فایل دیجیتال را به پیمانکار پروژه ارائه کرد که هر یک به عنوان ورودی دستگاه سی ان سی وارد می شد و به صورت منحصر به فرد در دو مرحله سوراخ کاری می شد. مرحله اول هر پانل از پشت سوراخ کاری می شد که شامل قالب بندی پنچ محوره لبه ها و قرارگیری سوراخ ها برای ثابت کردن سازه زیرین و محافظت از لایه های چسب خورده زیرین بود. سپس هر پانل برگردانده می شد و از قسمت رویی مجددا تحت عمل سوراخ کاری قرار می گرفت که در حقیقیت صفحه ای می شد برای سوراخ کاری سه محوره که الگوی پخش صدا روی آن با استفاده از کاتر سر توپی کنده کاری بشود. شکل زیر فایل سوراخ کاری پانل را نشان میدهد.

الگوریتم نویسی

دقت بالا در طراحی

به واسطه روش های ساخت و برنامه ریزی پیشرفته با کمک کامپیوتر که در این پروژه به کار رفته است، این پانل ها به صورت کاملا بهینه و با دقت بالایی ساخته شده اند. این پروسه برای رسیدن به پانل های نهایی با تلورانس موردنظر، ضروری بوده است. در نهایت تمام پانل ها به صورت کامل در کنار هم قرار گرفتند. برای این کار خطای کمتر از یک هشتم اینچ (حدود سه میلی متر) لازم بود.

الگوریتم نویسی

 

الگوریتم نویسی

 تعداد کم پانل های معیوب در پروژه

تعداد پانل های معیوب در این پروژه حداقل میباشد علی رغم اینکه هیچ یک از این پانل ها ابعاد استانداردی نداشته و به روشی پیچیده در کنار هم قرار گرفته اند. تنها ۲۰ پانل از میان ۱۰۰۰۰ پانل نیاز به جایگزینی داشته اند و این به معنای خطایی حدود ۰٫۲ درصد است. این مقدار خطای اندک با توجه به مقیاس و پیچیدگی این پروژه، دستاوردی مهم محسوب می شود.

مرجع:

https://archinect.com/news/article/150025505/how-algorithms-designed-the-sound-of-the-new-hamburg-concert-hall

https://www.wired.com/2017/01/happens-algorithms-design-concert-hall-stunning-elbphilharmonie/

https://www.thestructuralengineer.info/news/hamburg-s-unique-concert-hall-was-designed-by-an-algorithm

https://architizer.com/blog/inspiration/stories/architectural-details-herzog-de-meuron-elbphilharmonie/

مقالات مرتبط:

http://clickhouse.ir/2020/02/05/%d9%81%d8%b1%d8%a2%db%8c%d9%86%d8%af-%d8%a7%d8%ac%d8%b1%d8%a7%db%8c-%d8%a7%db%8c%d8%b3%d8%aa%da%af%d8%a7%d9%87-%d9%85%d8%aa%d8%b1%d9%88-%d8%b7%d8%b1%d8%a7%d8%ad%db%8c-%d8%b4%d8%af%d9%87-%d8%aa%d9%88/

فرآیند اجرای ایستگاه مترو طراحی شده توسط زاها حدید

طراحی داخلی بیونیک الهام گرفته از درخت

مترجم: کاملیا کلانتری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

فهرست