Jenn Schlegel
Nauka kryjąca się za dźwiękiem i jak rozwiązania Simcenter mogą pomóc w tworzeniu wspaniale brzmiących dzwonów carillon i dzwonnic w tym sezonie świątecznym
Nadszedł ten sezon i jeśli są Państwo w Belgii, prawdopodobnie planują Państwo udać się do centrum miasta na lokalny jarmark bożonarodzeniowy lub Zimowy Festiwal Światła. Podczas popijania grzanego wina lub zanurzania się w rożku z majonezem i frites (proszę mi wierzyć… można je znaleźć praktycznie na każdym belgijskim jarmarku bożonarodzeniowym), błyszczące białe światła i magia chwili z pewnością pomogą Państwu przetrwać zimowy chłód. A jeśli mają Państwo szczęście, lokalny carillonneur będzie grał świąteczne melodie z dzwonnicy – najprawdopodobniej również przystrojonej na sezon świąteczny.
Dzwonnice i carillony są ważnym dziedzictwem kulturowym w Belgii, Holandii i części północnej Francji. Nic więc dziwnego, że w 2014 r. UNESCO uznało belgijską kulturę carillonową za „niematerialne dziedzictwo kulturowe”. Pochodzące z Belgii i Holandii w 1500 roku carillony (i ich czasami jeszcze starsze dzwonnice) są najstarszymi środkami masowej muzyki na świecie.
„Carillon to specjalny instrument muzyczny. Jest to największy instrument na świecie i jedyny, który gra za darmo dla wszystkich w mieście – dla całej społeczności” – wyjaśnia Luc Rombouts, carillonneur z miast Leuven i Tienen. „Jest to zestaw nastrojonych dzwonów połączonych z klawiaturą. Jest ona nieco podobna do klawiatury fortepianu lub organów, ale nie do końca. Grający na carillonie musi używać do gry pięści i stóp, a nie palców jak pianista”.
Jingle around the clock
Tradycyjnie carillony były grane podczas jarmarków i świąt i z pewnością nadal tak jest w świątecznym okresie końca roku w całym kraju. Tournai do Leuven. (Jeśli będą Państwo w Leuven w okresie świątecznym, proszę wybrać się na jeden z koncertów w Teatrze im. Park Abbey Peace Carillon lub Wieża Biblioteki Uniwersyteckiej.)
Obecnie w samej Belgii aktywnie grają 94 carillony, a setki innych w miastach całej Europy, w tym w Holandii, Francji i Niemczech, a także w odległych miejscach w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, a nawet na Filipinach… Ale biorąc to pod uwagę, jest to trochę zaskakujące, że kultura carillonowa wciąż istnieje teraz, gdy mamy tańsze, bardziej kompaktowe i znacznie bardziej spersonalizowane opcje dla naszej muzyki.
„Carillon stymuluje zbiorowe doświadczenie słuchania. Każde miasto ma swój własny carillon z własnym, odrębnym brzmieniem. Nadaje to miastu szczególny smak. Moment i muzyka są dane. Jest oferowana ludziom – społeczności – w określonym miejscu” – dodaje Rombouts.
Bicie w dzwony (przyjemne) od wieków
Co się dzieje, gdy Państwa dzwony carillonowe emitują więcej brzęczenia niż dzwonienia? Prawdą jest, że na jakość dźwięku carillonu może wpływać wiele różnych czynników. Sama komora dzwonowa jest kluczowym czynnikiem, ponieważ odbija dźwięk i emituje go w centrum miasta. W większości przypadków komora jest miejscem historycznym o różnych parametrach, począwszy od kształtu, rozmiaru, wysokości i liczby okien i otworów, a skończywszy na faktycznym wieku przestrzeni i materiale użytym do budowy wieży.
Teoretycznie, gdy tworzony jest nowy carillon lub odnawiany starszy, można by najpierw zasymulować optymalną charakterystykę akustyczną komory dzwonowej. Ostatecznie można by stworzyć cyfrowego bliźniaka całego carillonu, w tym dzwonów i komory, aby określić optymalny dźwięk jeszcze przed odlaniem pierwszego dzwonu.
„Komora dzwonowa jest płytą rezonansową instrumentu – jak skrzypce. Niektóre carillony nie brzmią dziś optymalnie, ponieważ płyta rezonansowa nie jest zaprojektowana w optymalny sposób. Ale dziś, dzięki naszej wiedzy na temat akustyki, można poprawić właściwości komory dzwonowej, aby poprawić dźwięk dzwonów, który słyszy publiczność” – wyjaśnia Rombouts.
Cyfrowy bliźniak carillonu
Niestety, jeśli dziś słucha Pan dzwonów z rynku, prawdopodobnie jest już za późno na zmianę komory dzwonowej, ale w przyszłości może być możliwe symulowanie i modelowanie pełnego cyfrowego bliźniaka carillonu przed jego wyprodukowaniem. Przykładowo, klient mógłby wybrać model dzwonu o określonej jakości dźwięku i przekonać się, jak brzmiałby on w wirtualnej dzwonnicy zaprojektowanej na komputerze.
„Dzięki dzisiejszej technologii możemy poprawić dźwięk przyszłych carillonów, zanim zostaną one zbudowane lub odrestaurowane” – mówi Rombouts. „Dźwięk dzwonów jest zasadniczo określany przez wibracje. Możemy zbierać tego typu dane akustyczne i wykorzystywać je w modelach, aby zoptymalizować całe doświadczenie carillonu”.
Istnieje wiele parametrów carillonu, które wpływają na sposób, w jaki ludzie cieszą się muzyką. W przeszłości tworzenie dzwonów było czysto intuicyjne i rzemieślnicze – tajemnice były przekazywane z pokolenia na pokolenie. Dziś odlewanie dzwonów jest napędzane przez technologię. Najlepsze odlewnie dzwonów wykorzystują najnowsze metody naukowe i techniki akustyczne do odlewania, testowania i strojenia dzwonów na miejscu przed wysłaniem ich do lokalizacji na całym świecie.
„Bardzo ważne jest, aby instytucje naukowe, uniwersytety i firmy, takie jak Siemens, przyczyniały się do poszerzania wiedzy na temat wszystkich komponentów carillonu, aby kultura carillonowa mogła nadal kwitnąć i rozwijać się w przyszłości” – wyjaśnia Rombouts.
Proszę posłuchać świątecznych dzwonków…
Zainspirowany czterema nowymi dzwonami, które Siemens i były dyrektor generalny Siemens Industry Software, Jan Leuridan, zasponsorowali pięć lat temu na potrzeby renowacji Carillonu Pokoju w Park Abbey, nasz własny ekspert ds. testów akustycznych, Frank Demesmaeker, postanowił sprawdzić oba carillony, aby odkryć naukę kryjącą się za dźwiękiem. Jego pierwotnym celem było przeprowadzenie kilku podstawowych testów w celu zmierzenia wzorców dźwięku i wibracji samych dzwonów carillonu. Pięć lat później to, co zaczęło się jako prosty projekt, rozrosło się w społeczność podobnie myślących entuzjastów kultury carillonowej.
Korzystając z Simcenter SCADAS XS i obuusznego zestawu słuchawkowego, Frank najpierw zmierzył częstotliwości akustyczne na poziomie gruntu na zewnątrz Park Abbey Peace Carillon. Rezultatem było bardzo złożone widmo dźwięku z wyraźnymi częstotliwościami. Frank potrzebował więcej danych, więc wspiął się po 289 stopniach wieży Biblioteki Uniwersyteckiej KU Leuven z podręcznym zestawem słuchawkowym. Simcenter SCADAS XS aby przeprowadzić testy uderzeniowe na jednym z 63 dzwonów przy użyciu techniki analizy modalnej Simcenter. Po 504. uderzeniu dzwonu analiza modalna Simcenter wyświetliła kompletny zestaw funkcji odpowiedzi częstotliwościowej (FRF). W ciągu kilku sekund pojawiły się również kształty poszczególnych modów – a wszystko to, gdy Frank wciąż znajdował się wysoko nad Leuven w wieży biblioteki.
Podejmując dalsze badania, zespół testujący Simcenter współpracował z ekspertami ds. symulacji Simcenter od wieloletniego partnera firmy Siemens, Maya HTT aby utworzyć siatkę 3D w Simcenter 3D do wykorzystania jako szkielet modelu testowego dla zebranych danych testowych.
Następnie zespół zaczął ręcznie modyfikować niektóre parametry, w tym skalę i gęstość masy, aby opracować idealnego cyfrowego bliźniaka prawdziwego dzwonu. Jak widać na poniższej macierzy MAC, uzyskano bardzo dobrą korelację z błędem częstotliwości wynoszącym 1,4% w trybach poniżej 1000 Hz.
Ten rodzaj akustyki i wibracji to tylko prosty przykład. Jeśli chcą Państwo uzyskać więcej informacji technicznych na ten temat, proszę sprawdzić Blog Franka tutaj.
Testy i symulacje Simcenter mogą naprawdę dostarczyć informacji dla większej społeczności carillonowej, od rzemieślników z wiodącej na świecie odlewni Royal Eijsbouts w Asten w Holandii (pokazanej powyżej) po innych naukowców i badaczy, którzy chcą, aby każdy dzwon carillonowy na całym świecie bił jasno….
