КОЛОКОЛ

Полезная модель относится к акустике и может быть использована в музыкальных инструментах, колоколах церковных.
Известна конструкция колокола, используемого к качестве звукового инструмента ударного действия, содержащий генерирующий звук элемент в виде корпуса колокола и ударник, закрепленный внутри корпуса колокола с возможность качания. При этом корпус выполнен пустотелым с незамкнутой внутренней оболочкой, в верхней ее части выполнено отверстие (RU 98116322 А).
Кроме того известен колокол, в котором в целях замены дорогостоящей колокольной бронзы дешевыми сплавами из алюминия были проделаны просветы в теле мантии (патент США №4619846).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является колокольчик В.Ф.Панкратова, описанный в патенте РФ №1794259, опубликованном 02.07.1993 г. Для приятного тембра и тональности в корпусе колокола со стороны фланца (края корпуса колокольчика) выполнены фигурные прорези в виде зигзага. Прорези в количестве от 2 до 4 имеют глубину от ¼ высоты корпуса до 2/3. Прорези делят фланец на 2-4 части. Фигурные прорези своими направлениями простираются от края колокольчика в крюку и идут исключительно параллельно продольной оси колокольчика.
Известный колокольчик имеет следующие недостатки. Глубокие зигзагообразные прорези значительно уменьшают механическую прочность колокола. Колокол известной конструкции не может быть изготовлен из чугуна, хрупкого материала, а только, исходя из описания прототипа, из стали или латуни. Кроме того, изготовление зигзагообразных прорезей с соблюдением строгой параллельности оси
колокола на колоколах больших размеров достаточно трудоемкая в технологическом плане операция.
Задачей полезной модели является разработка конструкции колокола, имеющего улучшенные акустические характеристики, изготовленного как из стали и цветных металлов, так и чугуна. При этом конструкция имеет достаточную механическую прочность и может быть выполнена как в виде малых колокольчиков, так и в виде больших колоколов.
Поставленная задача решается заявляемой полезной моделью, в которой колокол, содержащий корпус с прорезями и ударник, имеет прорези выполненные в виде перфорированных отверстий, расположенных на высоте от среза колокола, равной 0,35-0,9 от максимального радиуса колокола.
При этом колокол может содержать не менее четырех отверстия.
Перфорированные отверстия могут быть расположены на корпусе более, чем одним рядом, параллельными срезу колокола.
Заявляемый колокол представлен на фиг.1-3.
Колокол содержит корпус 1, ударник 2. На боковой поверхности корпуса 1 расположены перфорированные отверстия 3. Колокол может содержать один ряд перфорированных отверстий (фиг.1) или более одного, например, два ряда (фиг.2), три ряда (фиг.3).
В качестве образца был изготовлен колокол из серого чугуна марки СЧ21-40. Основные размеры чугунного колокола следующие:
- максимальный диаметр (на срезе) - 0,256 м;
- внешняя высота - 0,197 м;
- внутренняя высота - 0,18 м;
- вес - 6 кг.
На поверхности колокола выполняются отверстия любым известным методом, например, сверлятся или фрезеруются. Все это делается уже на отлитом колоколе.
Высота расположения перфорированных отверстий, составляющая 0,35-0,9 от максимального радиуса колокола, была выбрана исходя из следующего. Колебания колокола в верхней его части (у плеча) незначительны, и влияние перфорированных отверстий на механическую прочность при обеспечении хороших акустических характеристик колокола также мало. Расположение отверстий в районе звукового кольца ближе к срезу колокола значительно ослабит механическую прочность изделия, т.к. именно в этом месте колокол испытывает наибольшие колебания. Поэтому перфорированные отверстия расположены в средней части колокола на расстоянии 0,35-0,9 от максимального радиуса колокола.
Колокол содержит не менее четырех отверстий. Количество отверстий выбрано исходя из того, чтобы обеспечить хорошие акустические характеристики, в том числе и большим по габаритам, конструкциям. Количество отверстий должно соответствовать в каждом конкретном изделии количеству меридианных узловых линий колокола. При этом диаметр отверстий выбран так, чтобы он был максимальный, но в то же время, не превышал расстояние между отверстиями (ширину перемычки).
Для подтверждения акустических характеристик колокола были сняты некоторые параметры звучания колокола.
В качестве основных акустических характеристик были взяты:
- частотный спектр колокола в момент удара;
- частотный спектр колокола при установившемся основном тоне;
- частотная диаграмма затухания звука по времени в трехмерном измерении;
- диаграмма затухания звука по времени для всего спектра частот;
- диаграмма затухания звука по времени для самого низкого и дольше звучащего обертона (унтертона).
Снятие акустических характеристик велось с помощью стандартной аппаратуры. Обработка акустических данных велась компьютерными программами. Измерения показали, что количество отверстий влияет на частотные характеристики звучания чугунного колокола, а также на время затухания колокола. При расположении отверстий одним рядом наибольшее влияние на спектр оказало наличие 24 отверстий. Для двух рядов - четырех отверстий, а для трех рядов - также 24 отверстий. Что касается времени затухания, то во всех случаях наилучшее влияние на продолжительность звучания оказало наличие 4 отверстий, 8 отверстий, 24 отверстия в зависимости от ряда. Таким образом, расположение отверстий более, чем одним рядом, параллельными срезу колокола, придает чугунному колоколу улучшенные акустические характеристики. Это показано на диаграммах в фиг.4-7:
- фиг.4 - частотный спектр заявляемого колокола в момент удара;
- фиг.5 - частотный спектр заявляемого колокола при установившемся основном тоне;
- фиг.6 - диаграмма затухания звука по времени колокола без отверстий;
- фиг.7 - диаграмма затухания звука по времени колокола с отверстиями.
Как видно из приведенных диаграмм (фиг.6 и 7), наличие перфорированных отверстий, расположенных в средней части колокола на высотах 0,35 и 0,9 от максимального радиуса колокола (фиг.7) придает звуку колокола улучшенные акустические характеристики.
По сравнению с прототипом изготовление отверстий в виде перфорации технологически более проще. Это особенно важно для изделий больших геометрических размеров, особенно из хрупкого материала, например, чугуна.