Совершенство колокольного звона: как его добиться?

Ответ на этот вопрос может дать проект, над которым работает Кристиан Эжен (Christian Eugène), профессор электротехники в Католическом университете в Лувене в Бельгии. Учёный занимается оптимизацией колокольного звона:

"Качество колокольного звона непосредственно зависит от того, насколько сильно он раскачивается. Если амплитуда колебаний мала, колокол звучит тонко и как-то сдавленно. Если же он раскачивается слишком сильно, язык за одно колебание успевает ударить дважды и этим прерывает звук. Где-то между этими двумя крайностями находится тот угол, при отклонении на который колокол звучит лучше всего. Этот оптимальный угол для каждого колокола свой, а кроме того, он зависит от таких параметров как температура и влажность воздуха. То есть сама собой напрашивается идея контролировать раскачивание колокола с помощью сенсора, поскольку это может обеспечить наилучшее его звучание при любой погоде и в любое время года".

Не прибегая к помощи громоздких дополнительных устройств

Стандартное техническое решение подобных проблем разработано уже давно – оно состоит в применении автоматизированных систем контроля и управления на базе фотоэлементов. Стоит колоколу выйти за пределы оптимального угла, как он тем самым прерывает луч света, и система тотчас даёт корректирующий сигнал. Оказалось, однако, что для данной конкретной задачи такое решение не годится. Профессор Эжен поясняет:

"В большинстве церковных колоколен для такого сенсора просто физически нет места. Это и побудило меня задаться вопросом: а нельзя ли решить проблему, не прибегая к помощи громоздких дополнительных устройств?".

В качестве сенсора - электродвигатель

Оказалось, можно. В основу конструкции, предложенной бельгийским учёным, положено то обстоятельство, что в подавляющем большинстве звонниц тяжёлые колокола сегодня раскачивают уже не звонари, а мощный электродвигатель. Вот этот-то двигатель профессор Эжен и вознамерился использовать в качестве своего рода сенсора. Идея несколько неожиданная. Учёный поясняет:

"Движение колокола во многом сходно с движением детских качелях. Если мы хотим сильнее раскачать качели, то мы придаём им дополнительный импульс в тот момент, когда они достигли наивысшей точки и начинают движение вниз. Точно в таком же режиме работает и электродвигатель, раскачивающий колокол. Он включается на очень короткий промежуток времени и придаёт колоколу дополнительное ускорение в наивысшей точке. Всё остальное время двигатель бездействует, и мы можем использовать его в качестве сенсора".

Чтобы колокол не терзал слух

Упрощённо можно представить себе дело так, что конструкторы подключили несколько дополнительных кабелей к обмотке двигателя. Это позволило им в режиме реального времени получать необходимую информацию о положении колокола. Данные поступают в компьютер, который и вычисляет амплитуду колебаний в каждый конкретный момент. Если она отличается от оптимальной – скажем, из-за погодных изменений, – компьютер подаёт сигнал системе управления двигателем, и та вносит соответствующие коррективы в режим его работы. Профессор Эжен говорит:

"Первый шаг состоит в том, чтобы определить оптимальную амплитуду для данного колокола. Это делается исключительно на слух. Выяснив, при какой амплитуде колокол звучит лучше всего, мы задаём это значение в компьютер в качестве стандартного. И в дальнейшем компьютер обеспечивает такой режим работы двигателя, чтобы колокол радовал слух, а не терзал его, как это, к сожалению, ещё порой бывает".

Правда, пока разработанная бельгийским профессором система прошла лишь стендовые испытания в лаборатории. Испытания в реальной колокольне ещё только предстоят. Зато Кристиан Эжен уже нашёл промышленного партнёра – фирму, способную быстро довести его техническую идею до стадии готового изделия, наладить серийное производство и всего через год выйти на рынок.