КОЛОКОЛЬНЯ

Полезная модель относится к акустике, а именно: к установке колоколов на колокольне.
Известна колокольня католического храма, содержащая две балки, на которых подвешены четыре колокола, но два колокола на балке (DE №810856, кл.74а, гр.39 10, 1948).
Такая подвеска колоколов не обеспечивает равномерного распространения звуковой энергии вокруг колокольни с одинаковым звуковым давлением. При этом уровень звукового давления при одинаковой массе колоколов будет более высоким в направлении, перпендикулярном к осям балок.
Известна колокольня большой звонницы Псково-Печерского монастыря, в которой два самых больших колокола установлены в двух восточных се пролетах, в этих же пролетах установлены и меньшие но весу колокола «Тиньки» («Диньки»); третий по массе колокол «Часовой» расположен почти отдельно от колокольни. Он определяет вседневную богослужебную миссию для всего монастыря (Книга А.Б.Никаноров. Колокола и колокольные звоны Псково-Печерского монастыря: Российский институт истории искусств. Санкт-Петербург, 2000 г., 191 стр).
Такое расположение колоколов определяется их многовековой практикой установки колоколов на свободные места в колокольне. Однако, они не обеспечивают одинаковый уровень звукового давления но круговому периметру.
Известна колокольня Покровского Собора храма Василия Блаженного в Москве (А.Ф.Бондаренко. Колокола Покровского собора: прошлое и настоящее. Государственный Исторический музей. М., 2002, с.47) - прототип.
На колокольне размещено 15 колоколов. Три больших колокола подвешены на трех массивных балках; средние и зазвонные колокола висят в арочных пролетах, находящихся в гранях восьмигранной колокольни.
Недостатком данной колокольни является неравномерный уровень звукового давления по всем направлениям. Самый большой уровень звукового давления при звоне во все колокола излучается в восточном направлении.
Задача полезной модели - создать колокольню с такой развеской колоколов, которая позволяла бы получить равномерный уровень звукового давления по всем направлениям.
Технический результат - получение равномерного уровня звукового давления в колокольне но веем направлениям.
Технический результат достигается тем, что в колокольне, содержащей балки с подвешенными па них колоколами, колокола, составляющие основную массу, расположены в центре площади поперечного сечения колокольни; основной колокол расположен около геометрического центра, а остальные колокола расположены вокруг него на расстояниях, определяемых по формулам:
;
;
,
i
где L - уровень звукового давления, излучаемого данным колоколом, дБ;
i
i
i
x, y, z - величина абсциссы, ординаты, аппликаты каждого колокола, м;
(l÷n) - колокол данной массы, имеющий свою абсциссу, ординату, аппликату относительно ортогональной пространственной системы координат.
Полезная модель поясняется чертежом.
Самый большой по массе колокол 1 предварительно размещаем в центре площади поперечного сечения колокольни. Остальные колокола меньшей массы 2, 3, 4, 5 размещаем на балках боковых стенок колокольни.
Определим акустический центр колокольни по формулам (1), (2), (3). Примем в основу расчетов ортогональную пространственную систему координат OXYZ. Определим абсциссу, ординату и аппликату акустического центра:
;
;
,
i
где L - уровень звукового давления, излучаемого данным колоколом, дБ;
i
i
i
x, y, z - величина абсциссы, ординаты, аппликаты каждого колокола, м;
(l÷n) - колокол данной массы, имеющий свою абсциссу, ординату, аппликату относительно ортогональной пространственной системы координат OXYZ.
1
2
3
4
5
Пусть в соответствии с проектом необходимо разместить на одном уровне 5 колоколов m, m, m, m, m, имеющие каждый соответственно общий уровень звукового давления 118, 113, 110, 103, 97 дБ.
Определим положение акустического центра колокольни для данного количества колоколов, воспользовавшись формулами (1), (2).
Имеем:
;
.
При расположении колоколов в разных уровнях должна определяться аппликата акустического центра колокольни в соответствии с третьей формулой.
Подвеска колоколов на колокольнях, компактно расположенных (по окружности, шести, восьмиграннику, квадрату) подтверждает расчеты, выполненные по формулам (1), (2), (3). Такой расчет прилагается.
Формулы (1), (2), (3) позволяют определить акустический центр звука практически для любого количества акустических источников и различного количества ярусов подвески колоколов.
Расчеты показывают, что самый большой колокол должен закрепляться в центре площади сечения колокольни или близко к нему в соответствии с расчетом, чтобы обеспечить равномерное круговое звучание одновременно всей группы колоколов.
По расположению акустического центра излучения звука устанавливается расчетом сечения несущих балок для всей акустической системы.