Poslední částí našeho projektu je akustika zvonu. Je to také poslední etapa ve výrobě, kdy zvonař při provizorním zavěšením zvonu zkouší, jak se mu zvon podařilo vyrobit – tedy jaký má tón. Čistota zvuku je důležitá zejména ve zvonkohrách, ale také jednotlivě provozovaný zvon musí mít požadovaný zvuk.
Největší vliv na zvuk zvonu má jeho konstrukční návrh, což je nejen hmotnost zvonu a jeho hlavní rozměry, ale zejména tvar žebra zvonu (profil stěny). Tyto výpočty si každý zvonař chrání jako své know-how. Zde jsme měřili zvuk vydávaný zvonem. Protože škola vlastní pouze hlukoměr, který měří jen úroveň konstatního hluku bez možnosti dalšího rozboru, navázali jsme kontakt s pobočkou Zdravotního ústavu ve Žďáře nad Sázavou, kde mají frekvenční analyzátor v ceně cca 500 000 Kč. Pracovnice tohoto ústavu k nám do školy ochotně zajela a přístrojem Norsonic SA 110 zaznamenala zvuk zvonu po úderu srdcem. Při měření byl použit mikrofon BK 4189 a kalibrátor BK 4231. Mikrofon jsme umístili asi do poloviny výšky pláště zvonu a do vzdálenosti 800 mm od pláště zvonu. Záznamy zvuku se provedly pro jeden úder, pro 8 úderů za minutu a pro 9 úderů za minutu. Po jednotlivých úderech se data načítala a výsledkem byly následující tři grafy (viz obrázky).
Grafy z frekvenční analýzy zvuku zvonu
Průběch těchto grafů je navzájem velmi podobný. Zvon vydává celé spektrum tónů (frekvencí), některé frekvence jsou ale významější. Jsou to:
630 800 1600 2000 2500 4000 Hz. Hodnocení zvukových vlastností zvonu je ale složitou záležitostí a musí ho podle směrnic (viz příloha č.2) provést zkušený kampanolog.
Závěr
Práce nám umožnila seznámit se s problematikou simulačních výpočtů založených zejména na metodách MKP (FEM). Velmi zajímavé bylo používat tyto moderní počítačové metody na výrobek, který lidstvo zná víc než tisíc let a který se prakticky nemění ani materiálově, ani tvarově. Seznámili jsme se s programem COMSOL Multiphysics, který je možno použít pro řešení fyzikálních úloh v řadě oblastí. Práce nám pomohla pospojovat některé dílčí znalosti z výuky do celku, zvýšila naši schopnost samostatně řešit problémy a seznámila nás s některými postupy a technikami, se kterými bychom asi nikdy nepřišli do styku (například frekvenční analýza, simulace pomocí MKP). Jako doplnění práce jsme provedli frekvenční analýzu a další měření zvonu.
Výsledky práce můžeme shrnout do následujících bodů:
- návrh geometrie zvonu pomoci CAD
- počítačová simulace odlévání zvonu
- počítačová simulace chladnutí zvonu
- popis technologie výroby zvonu v moderní slévárně
- výpočet napětí a deformací pomocí MKP
- výpočet vlastních frekvencí a tvarů
- frekvenční analýza zvuku zvonu
Pokračování práce bude spočívat ve spojení výpočtu deformací po nárazu srdce do pláště zvonu s následným výpočtem akustiky zvonu. To by znamenalo řešit úlohu jako multifyzikální, spojit modul Structural Mechanics Module s modulem Acoustics Module. Výsledkem by byla simulace šíření zvuku zvonu vzduchem ještě před jeho výrobou. A takový výpočet by zvonaře zajímal asi nejvíc. |