流體成形實驗與程式設計
3.1 實驗與分析
3.1.1 流體實驗分析紀錄
流體成形實驗與程式設計
3.1 實驗與分析
本研究以單體振動流體的實驗為基礎，嘗試理解聲音產生形體的過程。由於設備的差異 會導致實驗結果的不同，因此無法採用相關的研究結果，必須重新建立實驗。本章節的 各個實驗均架設統一的設備，實驗不同變數下流體受振動產生的變化。並以即時攝影的 方式記錄分析。
3.1.1 流體實驗分析紀錄
本節實驗的目的為測試並記錄牛頓流體和非牛頓流體在單波源及雙波源的模型下，以不 同頻率振動產生的波紋及形變，並分析數據及過程。圖 3-1 為實驗的基礎架設，以 Max/Msp 軟體編程使單體(最大功率 100w)發出各種頻率，振動上方鐵板內盛裝的流體以 產生 Cymatics 波紋，並以正上方的視訊鏡頭拍攝，紀錄不同頻率造成的形變。
圖 3-1 實驗過程照片
在單波源的實驗中，以各種頻率振動水，所產生的 Cymatics 紋理隨著頻率而改變。從頻 率 1Hz 的振動開始產生波紋，直到頻率達 300Hz 時，波紋變得太過細膩無法以肉眼辨識，
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因此紀錄 1Hz 到 300Hz 的波紋變化。整體而言頻率越低的振動會產生較疏鬆的波紋，隨 著頻率增高，波紋則越來越緊密（圖 3-2）。
圖 3-2 Cymatis 紋理的變化過程
在多變的波紋種類中，依頻率的變化段落，可以將波紋的狀態分為五種類型(圖 3-3):
圖 3-3 單波源 Cymatis 在各種頻率下的紋理
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第一種類型出現在頻率 10Hz 到 30Hz 之間，波紋呈現容易辨認的編織狀，且形體相當平 坦。第二類為頻率 30Hz 到 80Hz 之間，波紋與第一類型類似，但更為複雜，且所有的紋 路交會處都隆起，使整體的造型成為山谷狀。第三類型為頻率 80Hz 到 150Hz 之間，由 前期的波紋繼續複雜化，導致所有的紋路交會處彼此撞擊，因此激起水花，此時的形體 為實驗的最高的狀態。第四類型為頻率 150Hz 到 220Hz 之間，波紋不再呈現編織狀，而 是以同心圓擴散的細紋，且相較於前期，高度明顯降低。第五類型為頻率 220Hz 到 300Hz 之間，同心圓的波紋開始複雜化，波峰開始碰撞，且激起水花，形體高度提升。
圖 3-4 單波源 Cymatis 在各種頻率下的高度變化
在完成單波源的實驗後，嘗試雙波源的實驗，並觀察雙波源給予同樣的頻率與不同的頻 率時產生的差異。在兩個波源的頻率相同時，兩邊的波紋相同，中間的交會處形成一段 交會線，整個形體成為對稱的狀態(圖 3-5)。
圖 3-5 雙波源 Cymatis 在相同頻率下的紋理
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而在兩個波源的頻率不一樣時，頻率較低的波源會產生較具有擴散能力的波紋，因此在 其中一邊的波紋擁有較大的影響力時，整體的造型會比較受到低頻率的波所影響，而高 頻率產生的細膩紋路則是依附其上。在頻率差距越大時，低頻率波源的擴散能力越強(圖 3-6)。而依照上述規則，較低的頻率所產生的波，又會產生較有影響力的擴散(圖 3-7 圖 3-8)。
圖 3-6 雙波源 Cymatis 在不同頻率下的紋理
圖 3-7 雙波源 Cymatis 在不同頻率差距下的擴散範圍
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圖 3-8 雙波源 Cymatis 在不同頻率差距下的擴散範圍
在實驗中盛裝與鐵板上的流體如果擁有不同的物理性質，將導致實驗出現不同的結果。
與水(牛頓流體)在物理性質上擁有最大差異的流體為”非牛頓流體”。已知方法中有相 當多種調配方式可以達成非牛頓流體的條件，本研究嘗試玉米粉，太白粉等多種材質調 配，最後選擇最穩定的玉米粉為實驗材料。圖 3-9 為在水與玉米粉的相對比例下，以 20 毫升為一單位，以各種比例調配結果。
圖 3-9 非牛頓流體調配比例
其中 1:10、2:10、3:10 三種比例呈現粉末或結塊狀，並不屬於流體。10:10、9:10、8:10、
7:10、6:10 五種比例的流體呈現濃稠牛頓流體，因此也加以淘汰。剩餘的 5:10、4:10 兩 種比例的流體經單體振動測試後為非牛頓流體的運動狀態，因此確定此比例為非牛頓流 體。實際用於實驗過程後，因 4:10 的流體均勻度較低，較常出現玉米粉的小型結塊，因
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此本研究全程使用水比玉米粉為 5:10 的非牛頓流體進行實驗。
在使用非牛頓流體進行實驗的過程中，可以使流體產生特殊運動的頻率約為 1Hz 到 100Hz 之間，更高的頻率只能使流體產生類似波浪的運動。在實驗的過程中，非牛頓流 體的運動分為兩大類型。第一種類型出現在頻率 10Hz 到 50Hz 之間(圖 3-10)，經由低頻 率的振動 10 秒左右，流體開始在偏離波源的位置產生缺口，並以缺口為中心向周遭推 擠，被推擠的流體開始產生高度，以類似蠕動的方式向上延伸枝狀的結構，碰到其他結 構則會合為一體繼續延伸，到達一定高度後倒塌。整個缺口和枝狀的結構，會隨著振動 位移，前進方的枝狀結構高度較高，後方則較低。同一類型中，頻率越低的振動會產生 越大的缺口，缺口位移速度較慢，周遭的枝狀結構越高。
圖 3-10 非牛頓流體在不同頻率下的運動
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第二種類型出現在頻率 50Hz 到 100Hz 之間(圖 3-11)，此類型的運動不會產生流體上的缺 口，而是於表面直接生成枝狀結構，這些結構的高度均比第一類型的低，且頻率越高，
高度就越低。而整個產生枝狀結構的範圍也隨著振動位移，頻率越高時位移的速度越快。
產生的結構在範圍內平均的延伸，並無明顯的較高或較低處。
圖 3-11 非牛頓流體在不同頻率下的運動