صدای زنگ آزادی چگونه بود؟ علم در این مورد است.

محققان به دنبال سرنخ هایی در تجزیه و تحلیل مودال زنگ ماکت قرن بیستم در ایالت پن بهرن بودند.

محققان به دنبال سرنخ هایی در تجزیه و تحلیل مودال زنگ ماکت قرن بیستم در ایالت پن بهرن بودند.

زنگ آزادی در خارج از سالن استقلال در فیلادلفیا

زنگ آزادی، با ترک معروفش، 180 سال است که نواخته نشده است، اما این امر دانشمندان را از تفکر در مورد صدای زنگ در هنگام نواختن بازنداشته است. به افتخار دویست و پنجاهمین سالگرد این کشور، محققان دانشگاه ایالتی پن، ویژگی‌های صوتی آن را با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده از یکی از کپی‌های زنگ مدل‌سازی کرده‌اند. این کار برای اولین بار در اوایل سال جاری در نشست انجمن آکوستیک آمریکا در فیلادلفیا ارائه شد و پس از آن مقاله ای در Physics Today ارائه شد.

مورخان مطمئن نیستند که دقیقاً چه زمانی زنگ آزادی شکاف متمایز خود را به دست آورد، فقط بین سال‌های 1817 و 1846 رخ داده است. گزارشی در سال 1846 در دفتر عمومی، به صدا درآمدن زنگ در 23 فوریه همان سال اشاره کرد و اشاره کرد که این زنگ یک شکاف ایجاد کرده بود، که یک نفر سعی کرده بود با پر کردن آن، آن را برطرف کند. اما کار نکرد: زنگ 23 فوریه این شکاف را بیش از پیش گسترش داد، به طوری که "زنگ استقلال قدیمی ... اکنون در برج بزرگ آویزان است که به طرز جبران ناپذیری ترک خورده و برای همیشه گنگ است." از آن زمان هیچکس صدای زنگ آن را نشنیده است.

این اولین باری نبود که زنگ شکسته می شد. لبه اندکی پس از ورود به فیلادلفیا در سال 1752 ترک خورد، اولین باری که کلاپر هنگام آزمایش صدا ضربه زد. توسط بازنویسی شددو کارگر ریخته‌گری محلی، جان پاس و جان استو، نه یک‌بار بلکه دو بار، زیرا اولین بازنویسی صدایی تولید می‌کرد که یکی از تماشاگران آن را به کوبیدن سنگ‌های زغال سنگ تشبیه کرد.

صدای نسخه دوم قابل قبول تلقی می شد و زنگ معمولاً برای احضار مجمع، در میان اهداف دیگر، استفاده می شد تا اینکه پس از جنگ انقلابی آمریکا از کار افتاد. در مورد اینکه چرا زنگ تا این حد مستعد ترک خوردن بود، یک مطالعه در سال 1975 در مورد ترکیب شیمیایی زنگ نشان داد که فلزات استفاده شده «آلیاژی بسیار شکننده» را تشکیل می‌دهند که جدا کردن قطعات از لبه را برای کلکسیونرهای سوغاتی آسان‌تر می‌کند.

ما چیزی در مورد آکوستیک کلی ناقوس ها می دانیم که حداقل به مقاله ای مهم در سال 1987 توسط توماس دی. راسینگ و رابرت پرین برمی گردد که اشکال و حالت های ارتعاشی ناقوس های کلیسا، ناقوس های کاریلون و زنگ های دستی را بررسی می کرد. صدای یک زنگ معین با هندسه نسبتاً ساده تعیین می شود - که الگوهای ارتعاشی که صدا را به گوش شنوندگان می تاباند - و ماده ای که از آن ساخته شده است (برنز) تعیین می شود که گام و مدت زمان دقیق حلقه را تعیین می کند.

Per Sean Collier، یکی از نویسندگان این آخرین مقاله، تنها با تکیه بر اطلاعات ناچیز آنلاین در مورد زنگ آزادی برای تکرار صدای آن، "زنگ صدای وحشتناکی را تولید می کند که در حضور با شبح زنگ نمادین مطابقت ندارد." چندین کپی در اندازه کامل از زنگ آزادی ساخته شده در قرن بیستم وجود دارد، از جمله یکی در محوطه دانشگاه Penn State Behrend قرار دارد، و می توانید ضربه بزنید.آن زنگ برای تولید یک حلقه اما دانشمندان به اطلاعات کمی بیشتر می‌خواهند، مانند نت‌های خاص، نت‌هایی که طولانی‌ترین زنگ را می‌زنند، و نحوه تغییر شکل زنگ هنگام ارتعاش. و این نیاز به تجزیه و تحلیل مودال دارد، تکنیکی که توسط سازندگان زنگ برای ارزیابی تنظیم و انجام هر گونه اصلاحات لازم استفاده می شود.

به عنوان مثال، طبق گفته نویسندگان، زنگ‌های کلیساهای غربی معمولاً بر روی پنج فرکانس معمولی اول تنظیم می‌شوند - هوم نت، بنیادی (نتی که بیشتر بر گوش انسان غالب است)، ردیف، پنجه و اسمی - با پیروی از نسبت‌های ایده‌آل کاملاً تعریف‌شده. آنها نوشتند: «از نظر موسیقی، فرکانس‌ها به‌عنوان یک سه‌گانه کوچک به نظر می‌رسند، به همین دلیل است که معمولاً ناقوس‌های کلیسا دارای صدایی غمگین هستند. علاوه بر این، "گوش انسان صدای زنگ را به عنوان یک لحن ذهنی به نام نت ضربه ای درک می کند" که از ترکیب نحوه تعامل شکل های حالت و انتظارات خود شنونده ناشی می شود.

Collier و همکارانش، Jon Young و Aaron Stearns، تصمیم گرفتند از ماکت Penn State Behrend برای جمع‌آوری داده‌های خود در مورد شکل‌های حالت، فرکانس‌های طبیعی و عوامل تلفات استفاده کنند. آن‌ها شتاب‌سنج‌ها را به قسمت‌های مختلف ماکت چسباندند و سپس با چکشی مجهز به نیروسنج، نواحی مختلفی را روی زنگ زدند. شتاب‌دهنده‌ها پاسخ زنگ به ضربه زدن را دریافت کردند و نیروسنج نیروی ضربه را به عنوان تابعی از زمان اندازه‌گیری کرد.

سپس نویسندگان توانستند فرکانس‌های ارتعاشی طبیعی زنگ را به همراه داده‌های مربوطه استخراج کنند.اشکال حالت و عوامل از دست دادن نتایج: صدای هوم ماکت 174 هرتز بود. فاندامنتال 323 هرتز بود. ردیف 381 هرتز بود. کوئینت 510 هرتز بود. و اسمی 623 هرتز بود. نسبت این فرکانس ها بسیار نزدیک به نسبت های یک زنگ ایده آل تنظیم شده بود. و شکل‌های حالت فرکانس اصلی با ناقوس‌های معمولی کلیسای غربی مطابقت داشت.

اندازه‌گیری فاکتورهای زیان دشوارتر بود. مقادیر اندازه‌گیری شده توسط Collier و همکاران در محدوده معمولی بود، اما عوامل تلفات تحت تأثیر نوع برنز مورد استفاده و عیوب ریخته‌گری قرار دارند. فرآیندهای زنگ‌سازی قرن بیستم که برای ریخته‌گری ماکت استفاده می‌شد، با روش‌هایی که در قرن هجدهم برای ریخته‌گری زنگ آزادی اصلی استفاده می‌شد، متفاوت بود. بنابراین عوامل زیان ممکن است مشابه باشند. فقط پیش بینی سخت تر است

DOI: Physics Today، 2026. 10.1063/pt.103283cd08 (درباره DOI ها).

جنیفر یک نویسنده ارشد در Ars Technica است که تمرکز ویژه‌ای بر محل برخورد علم با فرهنگ دارد و همه چیز از فیزیک و موضوعات بین‌رشته‌ای مرتبط گرفته تا فیلم‌ها و سریال‌های تلویزیونی مورد علاقه‌اش را پوشش می‌دهد. جنیفر با همسرش، فیزیکدان شان ام. کارول، و دو گربه شان، آریل و کالیبان، در بالتیمور زندگی می کند.