Ученые воссоздали звук Колокола Свободы с помощью модального анализа реплики

Tendela Briefing · 15 Oct 2026 · 21:00 UTC

Image: Ars Technica · Source

Исследователи из Пенсильванского университета проанализировали реплику Колокола Свободы XX века, чтобы оценить его оригинальные акустические свойства, выявив модальные частоты и прояснив его историческое звучание до того момента, как знаменитый колокол получил необратимую трещину.

Колокол Свободы, известный своим историческим символизмом и знаменитой трещиной, не звучал примерно 180 лет. Тем не менее исследователи давно задавались вопросом, каким был оригинальный звук колокола при его звоне. В недавнем научном проекте, приуроченном к 250-летию Соединённых Штатов, команда из Пенсильванского университета провела модальный анализ полноразмерной реплики Колокола Свободы XX века, расположенной на кампусе Penn State Behrend, чтобы изучить его акустические характеристики.

Оригинальный Колокол Свободы получил свою печально известную трещину между 1817 и 1846 годами, что сделало его немым после попытки позвонить в 1846 году, которая увеличила повреждение, фактически прекратив его функциональное использование. Исторические данные подтверждают, что он уже треснул вскоре после прибытия в Филадельфию в 1752 году, что привело к двум переплавкам местными литейщиками Джоном Пассом и Джоном Стоу для восстановления тона и целостности. Вторая переплавка была достаточно успешной, чтобы колокол использовали для значимых общественных целей до послереволюционного периода.

Предыдущие исследования отмечали, что состав колокола создавал исключительно хрупкий металлический сплав, способствующий образованию трещин и повышенной уязвимости к повреждениям с течением времени. Типичные бронзовые колокола издают звук, основываясь на форме и материалах, которые влияют на вибрационные моды и настройку.

Исследовательская команда из Пенсильванского университета — Шон Коллиер, Джон Янг и Аарон Стирнс — использовали точные приборы, такие как акселерометры и датчики силы, чтобы зафиксировать, как их реплика колокола вибрирует при постукивании. Эксперимент позволил им точно измерить естественные частоты, формы мод и коэффициенты потерь энергии колокола. Их результаты выявили ключевые модальные частоты: гудящий тон на 174 Гц, основную частоту на 323 Гц, терц на 381 Гц, квинту на 510 Гц и номинальную на 623 Гц. Эти частоты близко соответствовали идеализированным настройкам, типичным для западных церковных колоколов, которые часто воспринимаются музыкально как минорный триад и известны своим мрачным тоном.

Поскольку разные методы отливки и состав материалов влияют на потери энергии и качество звука, команда отметила, что бронзовый сплав и процессы отливки отличались между оригиналом XVIII века и репликой XX века. Следовательно, хотя измеренные коэффициенты потерь находились в типичных пределах, прямое применение этих значений к оригинальному колоколу было сопряжено с некоторой степенью неопределённости.

Данное исследование продвигает историческое понимание, объединяя физику и акустическую науку, чтобы приблизить звук, который долгое время был утерян историей — резонансный звон Колокола Свободы до того, как его знаменитая трещина прекратила звучание. Исследование было представлено на встрече Акустического общества Америки и опубликовано в Physics Today в 2026 году, внося ценные количественные данные в наследие этого национального символа.