КОЛОКОЛ

Полезная модель относится к полифоническим ударным музыкальным инструментам, а именно к колоколам и может быть использована при производстве модельной оснастки для литья колоколов с заданным гармоническим музыкальным звукорядом.
Из уровня техники известен разностенный в продольном и поперечном сечениях профиль разнозвонкого колокол RU №2250516, 2006 г., недостатком которого является невозможность получения гармонического музыкального звукоряда, т.к. при ударе била в одно место боя происходит возбуждение частоты основного тона и в других точках колокола.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является равностенный профиль колокола по Кнаббе (книга А.В.Лапшина «Опыт бронзового литья в русских традициях», г.Рыбинск, Дом печати, 2001 г. стр.13-15, рис.2.), который имеет высоту Н, наибольший диаметр D, ось симметрии и образующую, расположенную под углом к ней, и образован кривыми внутренней и наружной поверхностей, построенныеми по координатным точкам, принадлежащим ряду i-их сечений, расположенных с заданным шагом между ними перпендикулярно образующей.
Недостатком прототипа является диссонансный интервал (уменьшенная квинта) между основным тоном и первым обертоном.
Звучание колоколов с профилем по Кнаббе, как в прототипе, проверялось методами численного моделирования на трехмерных твердотельных моделях и экспериментальной оценкой спектра звука колоколов. По результатам исследований установлено, что интервалы между основным тоном и обертонами не соответствует соотношениям, принятым в музыкальной теории. В прототипе модуль равен 1/10 от наибольшего диаметра D, что приводит к построению кривых внутренней и наружной поверхностей, не обеспечивающих гармонический музыкальный звукоряд в звучание колокола.
Задача, реализуемая настоящей полезной моделью, направлена на создание профиля колокола, обеспечивающего его звучание с заданным гармоническим музыкальным звукорядом между основным тоном и набором обертонов.
i
Достигаемый технический результат, заключается в обеспечении заданного гармонического звукоряда в звучание колоколов, характеризующегося интервалом чистая кварта между основным тоном и первым обертоном, за счет подобранных соотношений между наибольшим диаметром D, высотой H и коэффициентов гармонического звукоряда K, установленных в пределах от 0 до 5.
Сущность полезной модели состоит в том, что в профиле колокола, имеющем ось симметрии, высоту H и наибольший диаметр D, и образованном кривыми внутренней и наружной поверхностей, построенными по координатным точкам, принадлежащим ряду i-их сечений, расположенных с заданным шагом между ними, в отличие от аналогов, кривые внутренней и наружной поверхностей построены в виде интерполяционных линий по координатным точкам, принадлежащим ряду поперечных сечений, перпендикулярных его оси симметрии, шаг расположения этих сечений по высоте H равен модулю δ, который составляет 1/7 часть от половины наибольшего диаметра D, а расстояние от оси симметрии до координатных точек наружной и внутренней поверхностей на каждом i-ом сечении определено соотношением
- для внутренней поверхности
и
- для наружной поверхности
где:
i
R - радиус i-го сечения,
i
K - коэффициент гармонического звукоряда колокола, выбираемый из диапазона от 0 до 5.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором дан общий вид профиля колокола в разрезе.
Профиль колокола содержит ось симметрии 1, высоту H и наибольший диаметр D, и образован кривыми внутренней 2 и наружной 3 поверхностей, построенными в виде интерполяционных линий по координатным точкам, принадлежащим ряду поперечных сечений 4, перпендикулярных оси симметрии 1. Шаг расположения этих сечений по высоте Н равен модулю δ, который составляет 1/7 часть от половины наибольшего диаметра D, а расстояние от оси симметрии до координатных точек наружной и внутренней поверхностей на каждом из i-их сечений определено соотношением:
- для внутренней поверхности
и
- для наружной поверхности
где:
i
R - радиус i-го сечения,
i
K - коэффициент гармонического звукоряда колокола, выбираемый из диапазона от 0 до 5.
Это позволяет при построении кривых внутренней и наружной поверхностей профиля колокола использовать принятые в теории музыки гармонические интервалы, обеспечивающие в данном случае музыкальный интервал - чистая кварта.
Предлагаемое построение кривых внутренней и наружной поверхностей в виде интерполяционных линий по координатным точкам повышает точность поверхностей, образующих профиль колокола и, как следствие, чистоту «голоса» колокола, поскольку интерполяционные линии, построенные по математическим зависимостям, имеют более высокую точность воспроизведения по сравнению с лекальными линиями применяемыми в прототипе, и позволяет более результативно учитывать общеизвестную зависимость звука колокола от его формы и размеров, т.е. точность внутренней и наружной поверхностей колокола напрямую определяет чистоту его «голоса»: соблюдение диапазонов между основным тоном и обертонами, что подтверждают результаты численного моделирования, свидетельствующие о влиянии размеров колокола на его амплитудно-частотные характеристики. Соотношение высоты H и наибольшего диаметра D колокола устанавливается через модуль δ - единицу пропорциональности размеров колокола. Выбор модуля обусловлен историческими традициями и удобством его применения в колокольном деле, а применение модуля делает одинаково удобным изготовление шаблона или модели для литья колокола, как традиционными (слесарными) способами, так и способами быстрого прототипирования.
Применение математической зависимости для определения расстояния от оси симметрии до координатных точек наружной и внутренней поверхностей для каждого сечении повышает точность формы колокола, что в свою очередь делает его «голос» максимально приближенным к предусмотренному на стадии проектирования (расчетному).