自由钟当年怎么响？科学家用复制钟算出了声音

自由钟当年怎么响？科学家用复制钟算出了声音

用复制钟替哑钟开口

宾夕法尼亚州立大学的研究者做了一件听起来有点反常的事：给一口永远不能再敲响的钟做声音建模。对象是费城的自由钟，它自1846年起就没再鸣响过。团队选了宾州州立贝伦德分校校园里的一口全尺寸复制钟作实验对象，采集它的振动数据，再用声学中沿用数十年的"模态分析"（modal analysis）反推真钟当年被钟舌撞击时的声音。研究结果先在美国声学学会（ASA）于费城举行的会议上报告，随后由《Physics Today》在10月5日成文刊出，时点刚好卡在美国独立250周年纪念之前。

研究先要回答三个问题

作者们给自己定了三个目标：敲响这口钟时人能听到哪些音；钟体振动时如何变形；哪些音持续得最久。参与研究的 Sean Collier 对 Ars Technica 说，仅凭网上关于自由钟的零星资料去复原它的声音，得到的会"是一口听起来很糟的钟，气势跟这口标志性钟的轮廓完全不符"。钟的形状与几何决定振动图案如何辐射成声波，材质（青铜）决定音高和余音的精确长度——这两个变量才是关键。

复制钟实测出五个音

研究者在贝伦德分校的复制钟上测到的五个基础频率是：嗡音（hum note）174 赫兹、基音（fundamental）323 赫兹、三度音（tierce）381 赫兹、五度音（quint）510 赫兹、八度音（nominal）623 赫兹。

主音卡在降E与E之间

323 赫兹的基音落在中央C上方的降E与E之间——也就是人耳最易辨认的那个音。把前五个频率对基音做归一化，得到 0.54、1.00、1.18、1.58、1.93 的比例，非常接近理想调音钟的设定，也就是说，真钟当年的音准并不差。

声音为什么听着哀沉

西方教堂钟通常只调前五个频率，比例有明确定式。作者写道："这些频率在音乐上构成一个小三和弦，所以教堂钟听上去常带沉郁的气质。"人耳听到的音高还是一个主观的"击音"（strike note），由各振型如何叠加、以及听者自己的预期共同决定。

真钟已哑了一百八十年

美国国家公园管理局的记载是：这口钟最后一次鸣响在1846年2月23日，为乔治·华盛顿诞辰纪念而敲，此后它再没响过。今天真钟陈列在费城独立国家历史公园内的自由钟中心，免票参观，每年访客以百万计。也就是说，活着的任何人都不曾听过它的声音。

那道宽缝其实是修痕

公园管理局认为最可能的情况是：在用了近90年之后，1840年代初出现一道细缝（另有记述称裂纹在1817年之后被发现）。1846年华盛顿诞辰前，工匠用"止裂钻孔"把裂缝加宽，想阻止蔓延并恢复音色——修复失败，第二道缝从费城缩写"Philada"一路裂到"LIBERTY"字样，钟从此失声。游客今天看到的那道宽缝是修复留下的，不是原始裂纹；裂缝处能看到四十多个钻头留下的痕迹。

这口钟的合金本来就差

按公园管理局的数据，这口钟订购时重2080磅，成分约70%铜、25%锡，其余是少量铅、金、砷、银、锌。1752年由伦敦白教堂铸钟厂（Whitechapel，当时叫 Lester and Pack）铸成，运抵费城首次试敲即裂，本地工匠 John Pass 与 John Stow 在1753年重铸两次。Winterthur 博物馆的冶金分析显示其合金含铅偏高，钟体因而发脆、音色发闷。1950年那批复制钟的铸造方 Paccard 铸钟厂的 Anne Paccard 对美联社直言："就冶金学而言，原版自由钟是一口质量很差的钟。"他们当年交付的复制钟改用"airain"青铜，78%铜、22%锡，别无添加。

没人听过的声音谁在乎

对活着的任何人来说，自由钟的声音都不算记忆，只能算考古。这项研究的价值不在怀旧，而是把"感官历史"变成可量化、可复核的对象：给博物馆展览提供有据可依的钟声，给纪念活动提供不带想象的音源，也让"声音考古"这类研究多一个具体案例。

复制钟替真钟全国发声

真钟不能敲，复制钟在替它发声。1950年为储蓄债券推广活动，美国财政部委托铸造了一批自由钟复制钟，每州一口，连仿裂纹和 Pass and Stow 字样都照做。今年爱达荷州的那口在修复后重启巡展，走遍全州44个县，是70多年来首次环州巡游，观众可以排队亲手敲响它；宪法签署纪念日的"全美钟声"（Bells Across America）活动也是同一路数。

新钟与数字复原延续它的声音

面向250周年，美国国家钟声节（National Bell Festival）正在协调铸造一口新的公共钟，计划致敬女性对美国历史250年的贡献，并领衔全国性的鸣钟致敬。另一条线是数字化：宾州州立贝伦德分校的团队也在对钟体做3D扫描，为虚拟体验留素材。真钟继续沉默，它的声音将以模型、复制钟和新钟三种方式被延续下去。