Звук (колокольчик)

При ударе в колокол создается характерный звук . Это состоит из

Тона колокола не называются основными и обертонами , потому что более высокие партиалы здесь очень редко являются гармониками 1 -й партии.

Хотя колокол музыкальный инструмента как идиофон , термины тон и звук по - разному используются в колокольной науке , чем обычно используются в музыке.

Каждый литой колокол уникален и поэтому имеет индивидуальный звук, основанный на его геометрической форме - ребре - и используемом металле .

Вибрации

Формы волны

Схема колебаний (8, x) звонка

При возбуждении колокола с помощью шока формируется - аналогично вибрации в виде пластины - стоячие волны .

Колокол качается в разных режимах одновременно . Каждая мода имеет характерный узор из узловых линий, на которых амплитуда становится равной нулю, и собственную частоту, которую можно измерить и ощутить на слух как частичный тон колокола . Узловые линии либо лежат вертикально в плоскости сечения через колокол, в которой лежит их ось симметрии (тогда узловые линии также называются узловыми меридианами ), либо горизонтально по кругу вокруг колокола ( узловые круги) . См. Также функции сферической поверхности .

Шаблон колебаний может быть идентифицирован парой чисел (m, n), в которой первое число m указывает количество вертикальных узловых линий, а второе число n - количество горизонтальных узловых линий. Если имеется только одна горизонтальная узловая линия, черта 'в номере указывает, что узловая линия находится не на уровне бока, а намного ниже. Например, нижняя часть колокола имеет узор (2.0), пятая - узор (3.1 ').

Если вы представите соседнюю фигуру стоячей круглой волны как вид сверху на колокол, узлы идут от края колокола до его вершины, а с противоположной стороны обратно вниз до края, так что получается 8 вертикальных узловых линий.

Измерение

Собственные частоты звонка можно определять как активно, так и пассивно:

  • Во время активного измерения звонок возбуждается камертоном или щупом генератора звуковой частоты . Затем частота изменяется до тех пор, пока не появится резонанс и не будет обнаружен частичный тон.
  • при пассивном способе удары по стационарному колоколу записываются . Затем запись подвергается спектральному анализу, который обеспечивает спектр звука, в котором отдельные части распознаются как пики .

Измеренные значения при активном и пассивном измерениях немного отличаются, потому что колокол вибрирует без демпфирования при активном измерении, но гаснет при пассивном измерении .

До изобретения настраиваемого камертона около 1900 года частичные значения определялись с помощью настраиваемого звенящего свиста .

Аудиосистема

шкала

Чтобы музыкально представить собственные частоты колокола, 12-ступенчатая хроматическая гамма, обычная в музыке, используется в равной настройке .

В немецкоязычном мире старый настроечный тон a 1  = 435  Гц, который действовал с 1885 по 1939 год, все еще используется в качестве основы для колоколов сегодня , в то время как за рубежом в основном используется более новое определение 440 Гц.

Поскольку разрешение по частоте слишком низкое для целей колокольной науки при разделении на полутоновые шаги , полутоновые шаги делятся на шестнадцатые, так что 192 различных тона могут быть представлены в одной октаве . Итак, соотношение частот полутона шестнадцатое . Шестнадцатый полутон соответствует 6,25 центам . В письменном представлении шестнадцатые ноты пишутся после обозначения тона. Например, 333 Гц эквивалентно e 1  +6 или 959 Гц до h 2  −5 (базовые 435 Гц).

Поскольку шестнадцатое отклонение может применяться как положительно, так и отрицательно, можно также указать e 1  +6 как f 1  -10 . Какое написание должно быть предпочтительным, зависит в каждом отдельном случае от позиции ударной ноты, которая, в свою очередь, также обозначается шестнадцатым полутоном.

Перезвон

Поразительный тон - это номинальный тон колокола, потому что это субъективно воспринимаемый тон, который создает восприятие высоты звука колокола. В то же время он служит эталонным тоном для обозначения партиалов в виде интервалов . Звук удара - это не настоящий звук, а остаточный звук . Поэтому он не проявляется в звуковом спектре, и его частоту невозможно измерить напрямую.

Есть колокольчики, у которых нет ударного тона, даже в качестве остаточного тона; среди них в основном ульевые , чашеобразные и невысокие колокольчики.

Частичные

Основные тона и несколько смешанных тонов колокола локтавы c 0

Части колокола названы интервалами, которые они обычно образуют с ударной нотой. Поскольку эти обозначения интервалов в конечном итоге характеризуют модели колебаний, их можно использовать даже в том случае, если нет вообще поразительной ноты (даже виртуальной) или интервал отличается (например, шестой вместо пятой). В последнем случае говорят о представителе (шестой - пятый представитель).

В определенной аналогии с регистрами в органе первые 5 парциальных основные тона называются и высшей парциальными Mixturtöne . За исключением дуодецимы, смешанные тона имеют слабую амплитуду и очень быстро затухают; тем не менее, они также необходимы для звука колокола.

группа Частичный тон Интервал, на который партиал
выше ударной ноты		 Схема колебаний
(вершины вертикальные, горизонтальные)		 характеристики
Смешанные тона Тройная октава (9.1)
Двойная октава (6.1) часто немного увеличивается и поэтому только иногда используется в качестве генератора тона биений.
Duodecime (5.1) часто самый сильный тон микса и создатель битового тона.
Undezime (3,2) не должен быть слишком сильным,
потому что в качестве четвертой  4 'он может быть тон-генератором боковой ноты .
Децим (4,1 ') является старшим децимом, а третий - второстепенным.
Это существенно влияет на тембр .
Основные тона 5-я частичная октава (4.1) сильный, но в основном не такой сильный, как первые три частичные.
Октава играет важную роль в формировании ударного тона, поэтому она считается одним из создателей ударного тона .
4-я часть Пятый (3,1 ') имеет слабую амплитуду и быстро исчезает,
поэтому неточности тона не являются проблемой.
Пятый часто следует за полутоном, поэтому высокий полутон может идти рука об руку с высокой пятой (до седьмой ).
Первые три парциальные частицы обычно имеют более сильные амплитуды и большее время затухания, чем все другие частичные, поэтому они являются фундаментальными с точки зрения звука.
3-й частичный в третьих (3.1) В зависимости от третьего подразделяется Oktavglocken на минор - и мажор -Oktavglocken .
Третий - второстепенная треть в готическом ребре .
В 1980-х годах впервые стало возможным построить ребра с чистой большой третью.
2-й частичный Prime (2.1) Высота звука может совпадать с ударной нотой,
но также может быть немного выше или ниже нее.
1-й частичный тон
(полутон)		 Шестое ... Нет
ниже ударной ноты, в
зависимости от геометрических пропорций колокола.		 (2, 0) По полутону колокольчик называется

пример

Музыкальные даты двух произвольно выбранных бронзовых колоколов - 1546 и 1955 гг .:

объем 1546 1955 г.
Перезвон е 1  −4 е 1  +1
полутон лед 0  −1 е 0  −2
Prime г 1  −12 е 1  +1
в третьих г 1  −3 г 1  +1
Пятый ч 1  ± 0 ч 1  +2
октава е 2  −4 е 2  +1
Децим g-диез 2  −1 g диез 2  +3
Duodecime ч 2  −10 ч 2  +1
Двойная октава е 3  −5 е 3  +9

Тысячи других примеров можно найти в колокольнях епархий Кельна, Ахена и Эссена.

Чистые интервалы

Если рассматривать всю совокупность частей колокола с музыкальной точки зрения, можно говорить о его внутренней гармонии .

Было бы ошибкой полагать, что колокол, частями которого являются, например, d 0  +2, d 1  +2, f 1  +2, a 1  +2, d 2  +2, f диез 2  +2, имеет особенно чистую внутреннюю гармонию. имел бы. В настройке с одинаковым темпом все интервалы в принципе нечистые по сравнению с чистыми интервалами . Незначительное сужение или расширение пятых и четвертых не критично, но с третями и шестыми "расстройка" отчетливо заметна тренированному уху:

  • главная треть имеет отношение частот в чистой настройке , но в равной настройке , так что равно главная треть воспринимается около 14 центов = 2,2 полутона шестнадцатых слишком высоких;
  • равная малая треть , с другой стороны, появляется примерно на 16 центов = 2,5 полутона на шестнадцатую глубину больше.

Следовательно, колокол в приведенном выше примере с d 0  +2, d 1  +2, f 1  +4 , a 1  +2, d 2  +2, f диез 2 ± 0 будет иметь более чистую внутреннюю гармонию.

Звук идеальный

Высота и внутренняя гармония колоколов ульев, отлитых в романскую эпоху, как и более поздних колоколов сахарной буханки, были чисто случайными.

На протяжении столетий литейщикам удалось развить свое искусство, изменив ребра колоколов таким образом, что в конечном итоге не только перезвон нескольких колоколов стал четкими, но и улучшилась внутренняя гармония.

В конце 15 века средневековое искусство литья колоколов достигло своего апогея с точки зрения качества как мастерства, так и технологии литья, а также звука колоколов. Gothic незначительных триад ребро , также называется малая октава колокол в ребре готического , разработанное в то время, имеет отличный звук , который до сих пор считается идеальным звуком, так что даже современные колокола почти исключительно отливать с ребрами этого типа.

Но есть также голоса, которые противоречат условию этого звукового идеала в смысле стандартизации , потому что сегодня предотвращается тональное разнообразие, которое существовало в Средневековье .

Исправления звука

Путем поворота или измельчения вы можете редактировать колокола, чтобы исправить частоту отдельных обертонов. Однако такие исправления возможны только в узких пределах.

Колокола глокеншпиля обычно приходится переделывать из-за повышенных требований к точному положению нот.

В монументальных колоколах редактирование строго запрещено.

Многие литейные предприятия , особенно те, которые работают в немецкоязычных регионах, настолько овладели своим искусством, что их колокола не нуждаются в постобработке для исправления звука.

Нормативные документы

В Лимбургских директивах 1951 г., соглашении между Консультативным комитетом по немецкой системе колоколов и Ассоциацией немецких основателей колоколов, для новых колоколов указаны следующие максимально допустимые отклонения в размерах:

  • Субоктава: + 3 / −10 шестнадцатый полутон
  • Prime: + 3 / −6 шестнадцатый полутон
  • Третий: + 4 / −4 шестнадцатый полутон.

Кроме того, нельзя сужать октавный интервал между субоктавой и штрихом.

Руководством не предписано, но принято ограничивать отклонение пятого полутона до +16 / −16 шестнадцатого полутона, то есть до +/- полутона.

дополнительный

Амплитуды

Каждый частичный тон имеет определенную силу, которую можно измерить как амплитуду . При хорошем звуке колокольчика амплитуды парциальных сигналов находятся в сбалансированном соотношении друг с другом. Во многих колоколах третья часть является самой сильной, за ней следует штрих, полутон и октава. Сила отдельных частей в основном определяется соответствующим ребром колокола . Научное исследование акустически оптимальных соотношений амплитуды частиц еще не проводилось.

Волнение от нападения

Клаппер также влияет на звук колокола. Если хлопушка или молоток ударяют по латунным костяшкам пальцев, это частично упругий удар . Клаппер и кастеты соприкасаются друг с другом на очень короткое время. Амплитуды парциальных импульсов и, следовательно, высота пиков в спектре изменяются в зависимости от продолжительности контакта. Тяжелая клапача приводит к более продолжительному времени контакта и сильному возбуждению основных тонов, что связано с более слабыми смешанными тонами. Легкий шар послабее возбуждает основные ноты и придает нотам большей силы. Из-за очень короткого времени контакта, когда стальная тарелка ударяется о стальной колокол, звук резкий. Следовательно, в этом случае шпульки оснащены буферами из пушечной бронзы или бронзы.

Эксперты Bell не согласны с тем, насколько твердость поверхности шарика колокола влияет на звук колокола.

Остывать

Звук колокола, возбуждаемый ударом, теряет энергию в результате звукового излучения, внешнего и внутреннего трения, в результате чего звук становится слабее, и поэтому колебания колокола затухают . Раньше, поскольку возможности измерения были весьма ограничены, величина затухания не определялась как коэффициент затухания или декремент , а скорее время затухания (необоснованное в более старой литературе называется реверберацией ). Внутреннее демпфирование раструба в значительной степени зависит от пористости металла и в небольшой степени также от состава сплава . Чем выше время восстановления, тем лучше звонок. Раньше было эмпирическое правило: хороший колокол должен иметь время затухания в секундах, равное как минимум его диаметру в сантиметрах. Глориозы (11450 кг, 256 см) в Эрфурте соборе имеет время спада более 6 минут после сварки в 2004 году.

Каждый частичный тон колокола имеет собственное значение времени затухания, при этом значения обычно уменьшаются с увеличением частоты парциального тона. Поскольку смешанные тона уже имеют слабую амплитуду, они быстро исчезают. Однако сильные основные тона сохраняются надолго. Для новых колокольчиков Лимбургские правила устанавливают минимальные значения времени затухания полутона, основного тона и трети.

Измерение времени затухания в принципе не может быть объективным измерением, потому что время затухания зависит от силы атаки, расстояния между слушателем и звонком и способностей его слуха.

Удары

Бывает, что частичный тон разделяется, так что два пика очень близки друг к другу в спектре, что приводит к слышимым биениям . У основных тонов биения более заметны, чем у смешанных тонов. Воспринимается ли биение как мешающее или нет, зависит от амплитуды частичного тона, но, прежде всего, от частоты биений. Медленные удары (ниже 5 Гц) не кажутся неприятными, но более быстрые удары приводят к грубому, прерывистому звуку с дребезжащими смешанными тонами. Разделение частичных ударов с их ударами может быть вызвано двумя причинами: с одной стороны, колокол может быть некруглым, так что его нижний край или горизонтальные части не круглые, а слегка эллиптические; с другой стороны, может быть нанесен орнамент (толстый рельеф), нанесенный на боковую поверхность колокола. приводят к локальным различиям в распределении массы и жесткости на изгиб. Ярким примером последнего случая были колокола, отлитые в 2002 году для Дрезденской церкви Фрауэнкирхе .

Структурный шум

Когда колокол висит на стальном коромысле стального стула, звук колокола и звук, возникающий при ударе колокола, передаются в клетку для колокола и излучаются ею. Звук также может проникать в пол колокольной камеры и прилегающую к ней кладку. Колокола, установленные таким образом, звучат тяжелее, чем колокола, которые висят на деревянных коромыслах в деревянных стульях, поэтому сегодня предпочтение отдается деревянным коромыслам и стойлам для колоколов.

Эффект Допплера

Вибрирующий колокол подвержен эффекту Доплера , поэтому высота звука колеблется в зависимости от скорости колокола. Следовательно, чем больше угол звона и чем больше расстояние между осью ярма и нижним краем раструба, тем сильнее эффект Доплера. Поскольку это расстояние значительно меньше при изогнутой вилке, чем при подвеске на прямой вилке, эффект Доплера имеет лишь слабый эффект при изогнутой подвеске. Эффект Доплера - желательный эффект для колоколов, потому что он оживляет звук. Именно поэтому в настоящее время максимально избегают коленчатого подвешивания колоколов.

Колокольня

Если звонница находится в помещении, колокольне , свойства этого помещения также способствуют звуку колоколов . Колокольная камера может использовать комнатные режимы для усиления некоторых парциальных сигналов через резонанс. Кроме того, свойства поверхностей, ограничивающих комнату (оштукатуренная или не оштукатуренная кладка, бетон, дерево, стекло), приводят к отражениям и ослаблению звука, то есть к короткой реверберации и небольшому эффекту низких частот . Тот факт, что высота тона колеблется из-за эффекта Доплера, приводит к дополнительному эффекту из-за отражений звука и времен задержки, что соответствует эффекту хоруса, известному в звуковой инженерии . Дека и ламели, которые могут быть расположены в выходных звуковых отверстиях камеры колокола, почти не влияют на звук из-за дифракции звуковых волн, но их соответствующая конструкция определяет, в какие области за пределами камеры колокола попадает прямой звук, исходящий от колоколов , так что звуковое впечатление зависит от Позиция слушателя может быть разной.

Звук синтетического колокола

Показанный здесь синтетический звук колокола был создан исключительно с помощью программного обеспечения. Применялись колебания амплитуды, эффекты Доплера и хоруса.

литература

  • A. Weissenbäck, J. Pfundner: Tönendes Erz . Бёлау, Грац / Кёльн, 1961.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Герхард Хоффс: Колокольные книги Кельнской архиепископии ( памятная записка с оригинала от 10 мая 2013 г. в Интернет-архиве ) Информация: ссылка на архив была вставлена ​​автоматически и еще не проверена. Проверьте исходную ссылку и ссылку на архив в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. , Белл книги епархии Аахена ( сувенира в оригинале от 17 мая 2014 года в Internet Archive ) Info: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Проверьте исходную ссылку и ссылку на архив в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. , Белл книги Эссенской епархии ( памятная записка с оригинала от 17 мая 2014 года в Интернет-архиве ) Информация: ссылка на архив вставлена ​​автоматически и еще не проверена. Проверьте исходную ссылку и ссылку на архив в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / www.glockenbuch.de @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / www.glockenbuecheraac.de @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / www.glockenbuecherbes.de
  2. ↑ Йорг Верниш: Исследования церковных колоколов . Диссертация, Вена, 2004. ( онлайн ; PDF; 14,0 МБ)
  3. ↑ Й. Бауэр, Л. Шмидт, Б. Коттерба: Влияние украшений колоколов на звук церковных колоколов . Карлсруэ 2004 г. ( онлайн ; PDF; 1,3 МБ)  ( страница больше не доступна , поиск в веб-архивах )@ 1@ 2Шаблон: Dead Link / www.dgaqs.de
  • Консультативный комитет немецкой системы звонков (Hrsg.): Вклад в технологию звонков . [Гейдельберг] 1970.
  1. ↑ Вальтер Лейб: Стандартный тон настройки и размер звонка .
  2. ↑ Тео Фен : Структура тональной структуры в ее значении для качества звука колокола .
  3. ↑ Ханс Ролли : О перенастройке колоколов .
  4. ↑ Тео Фен: Läute-Klang и Läute-Technik .
  • Курт Крамер, Консультативный комитет немецкой системы звонков (Hrsg.): Звонки в прошлом и настоящем . Вклады в колокола, том 1. Бадения, Карлсруэ 1986, ISBN 3-7617-0237-X / ISBN 3-7617-0238-8 .
  1. ↑ Йоханнес Шлик: Слуховая оценка звука колокола .
  2. ↑ Герхард Д. Вагнер: Стандартизированная бедность звенящего звука .
  3. ^ Рекомендации Лимбург .
  4. ↑ Тео Фен, Фолькер Мюллер: Важность хлопушки и интонации для звукового эффекта колокола .
  5. ↑ Карл-Райнер Шад: Влияние материалов на звуковые свойства колоколов .
  6. ↑ Курт Крамер : Основные концепции акустики помещения башни и звукового излучения .
  • Курт Крамер, Консультативный комитет немецкой системы звонков (Hrsg.): Звонки в прошлом и настоящем . Вклады в колокола, том 2. Бадения, Карлсруэ 1997, ISBN 3-7617-0341-4 .
  1. ^ Йобст Питер Фрике : Формы колебаний колокола .
  2. ^ Курт Крамер, Вольфрам Menschick , Герхард Вагнер: Для обозначения колокола тона .
  3. ↑ Курт Крамер: Предпосылки для хорошего развития звука колокольни .