Der musikalische Fingerabdruck von Glocken – Werkzeug zur Digitalisierung von Glocken und zur Schadensfrüherkennung

Glocken sind beim Läuten hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, die zur Entstehung von Ermüdungsrissen führen können. Mit typischen Methoden der Werkstoffprüfung lassen sich solche Schäden in der Regel erst erkennen, wenn die Rissausbreitung ein Stadium erreicht hat, in dem der Klang der Glocke bereits dauerhaft verändert oder sogar zerstört ist.

Der musikalische Fingerabdruck von Glocken beschreibt ein Analyseverfahren, das den Zustand von Glocken anhand von Tonaufnahmen bewertet. Es ist in der Lage, Risse im Glockenkörper in einem derart frühen Stadium zu erkennen, bevor sie zu hörbaren Klangveränderungen führen. Die Methode basiert auf einer detaillierten Analyse des Glockenklangs, der aus dem komplexen Schwingverhalten der Struktur resultiert und im Wesentlichen durch die Eigenfrequenzen der Glocke charakterisiert wird. Insbesondere wird das schwingungsdynamische Phänomen des Modensplittings in rotationssymmetrischen Strukturen genutzt, um Frequenzaufspaltungen der Eigenfrequenzen zu bestimmen und zu bewerten.

Anhand der Eigenfrequenzen und ihrer Tonspaltungen kann das individuelle Schwingverhalten jeder Glocke eindeutig über ihren Klang beurteilt werden. Einerseits lassen sich der Einfluss von Fehlern (wie Gussfehler oder Materialausbrüche) sowie von Glockenverzierungen (wie Inschriften oder Ornamente) auf den Klang einer Glocke identifizieren; andererseits können auch Schäden wie Verschleiß an den Anschlagsstellen oder Risse erkannt, unterschieden und hinsichtlich ihrer Position und Ausdehnung bewertet werden.

Darüber hinaus bietet der musikalische Fingerabdruck die Möglichkeit, Glocken als wertvolle Kulturgüter umfassend zu dokumentieren. Während die meisten Datenbanken und Glockenatlasse bislang lediglich Informationen zum Schlagton enthalten, können nun nicht nur detailliertere Daten zur Partialtonstruktur gespeichert, sondern auch Angaben zum aktuellen Zustand der Glocke erfasst werden. Die gespeicherte Klanganalyse dient als Referenz für zukünftige Analysen, sodass Klangveränderungen eindeutig identifiziert und die Ursachen von Veränderungen an der Glocke mit hoher Zuverlässigkeit bestimmt werden können. Dies bietet insbesondere bei vorgeschädigten oder reparierten Glocken ein besonders zuverlässiges Werkzeug, um Rissfortschritt oder die Entstehung erneuter Schäden zu überwachen und frühzeitig Schutzmaßnahmen zu ergreifen.

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