Naukowcy odtwarzają dźwięk Dzwonu Wolności za pomocą analizy modalnej repliki

Tendela Briefing · 15 Oct 2026 · 21:00 UTC

Image: Ars Technica · Source

Badacze z Penn State przeanalizowali replikę Dzwonu Wolności z XX wieku, aby oszacować jego oryginalne właściwości akustyczne, ujawniając częstotliwości modalne i rzucając światło na jego historyczny dźwięk sprzed nieodwracalnego pęknięcia ikonicznego dzwonu.

Dzwon Wolności, znany ze swojego historycznego symbolizmu i słynnej rysy, nie był dzwoniony od około 180 lat. Mimo to badacze od dawna zastanawiali się, jaki był pierwotny dźwięk dzwonu podczas jego rozbrzmiewania. W niedawnym wysiłku naukowym, zorganizowanym w ramach 250. rocznicy Stanów Zjednoczonych, zespół z Uniwersytetu Penn State przeprowadził analizę modalną repliki na pełną skalę Dzwonu Wolności z XX wieku, znajdującej się na kampusie Penn State Behrend, aby zbadać jego cechy akustyczne.

Oryginalny Dzwon Wolności doznał swojej słynnej rysy gdzieś pomiędzy 1817 a 1846 rokiem, co spowodowało jego milczenie po próbie zadzwonienia w 1846, która powiększyła szczelinę, skutecznie kończąc jego funkcjonalne użycie. Dane historyczne potwierdzają, że wcześniej pękł krótko po przybyciu do Filadelfii w 1752 roku, co doprowadziło do dwóch przetopów przez lokalnych odlewników Johna Passa i Johna Stowa, aby przywrócić jego ton i integralność. Drugi przetop był na tyle udany, że dzwon był używany do ważnych celów publicznych aż do okresu po wojnie rewolucyjnej.

Poprzednie badania zauważyły, że skład dzwonu dawał wyjątkowo kruchą stop metali, co przyczyniało się do powstawania rys i czyniło go podatnym na uszkodzenia z biegiem czasu. Typowe dzwony brązowe generują dźwięk na podstawie kształtu i właściwości materiału, które wpływają na tryby drgań i strojenie.

Zespół badawczy z Penn State — Sean Collier, Jon Young i Aaron Stearns — użył precyzyjnych instrumentów, takich jak akcelerometry i czujniki siły, aby zmierzyć, jak ich replika dzwonu wibruje po uderzeniu. Eksperyment pozwolił im dokładnie zmierzyć naturalne częstotliwości, kształty modów oraz czynniki utraty energii dzwonu. Ich wyniki zidentyfikowały kluczowe częstotliwości modalne: ton podstawowy o częstotliwości 174 Hz, częstotliwość fundamentalną 323 Hz, tiercę 381 Hz, kwintę 510 Hz oraz nominalną 623 Hz. Częstotliwości te odpowiadały idealizowanym stosunkom strojenia charakterystycznym dla zachodnich dzwonów kościelnych, często postrzeganych muzycznie jako akord mollowy i znanych z ponurego tonu.

Ponieważ różne metody odlewania i składy materiałowe wpływają na utratę energii i jakość dźwięku, zespół zauważył, że stop brązu i procesy odlewania różniły się między oryginałem z XVIII wieku a repliką z XX wieku. W konsekwencji, choć zmierzone czynniki strat mieściły się w typowych zakresach, bezpośrednie przeniesienie tych wartości na oryginalny dzwon wiązało się z pewnymi niepewnościami.

To badanie poszerza historyczne zrozumienie, łącząc fizykę i naukę o akustyce, aby przybliżyć dźwięk, który na długo zaginął w historii — rezonujący dźwięk Dzwonu Wolności sprzed jego ikonicznej rysy, która zakończyła jego rozbrzmiewanie. Studium zostało przedstawione na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Akustycznego i opublikowane w Physics Today w 2026 roku, dostarczając cennych, ilościowych danych do dorobku tego narodowego symbolu.