This paper introduces the design, casting, and sound evaluation results of the Great Bell of 2018 Pyeongchang Winter Olympics. The Olympic Bell was manufactured to announce the opening of the successful Winter Olympics in the world with a grand sound. The bell was designed to the dynamic shape to give a grand and harmonious sound in consideration of the global sports festival. In this study, the performance of the beat making the sound magnificent and the harmony of the bell sound were quantitatively evaluated using acoustical factors. Beat maps were investigated to understand the directivity of the beating sound. The purpose of the research is to present the production technique of a traditional Korean bell that has a dynamic shape and a grand and harmonious sound.
The Seongdeok Divine Bell(nicknamed "Emile Bell") represents the bell of the Silla dynasty. However, ringing it was stopped since 2003 for the safety of the bell. Currently, Kyungju city is performing a project casting a new great bell(tentatively named "Great Bell of Silla") that inherits the beautiful appearance and the sound of the Seongdeok Divine Bell in order to ring a new coming millenium. The new bell is designed to be almost same as the Seongdeok Divine Bell in terms of size, weight and shape as well as its sound. In this study, we investigate the problems occurring in the design of the bell structure and propose the design strategy for the reconstruction of the traditional large bells.
신라대종은 성덕대왕신종을 재현하려는 목적으로 제작 되었으며, 동일한 구조와 문양을 갖도록 복원되었다. 가장 어려운 문제는 성덕대왕신종의 소리에 걸 맞는 웅장하고 조화로운 타격음과 끊어질 듯 이어지는 여음의 맥놀이를 재현하는 것이었다. 특히 맥놀이는 주조과정에서 발생하는 제어 불가능한 미세 비대칭성에 기인하므로, 주조 전에는 그 특성을 예측하거나 제어할 수 없다. 본 연구에서는 주조 후 맥놀이의 조절 작업을 통하여 신라대종의 맥놀이가 강하고 적절한 주기를 갖도록 만드는 방법과 과정을 소개한다. 강한 맥놀이를 만드는 모드 쌍과 당좌의 배치 조건을 구하였고, 적절한 주기를 갖도록 종 내부의 두께를 국부적으로 감소시켰다. 이 작업은 등가 종을 이용한 시뮬레이션 결과에 따라 수행되었다. 그 결과 약하고 매우 길었던 초기의 맥놀이는 강하고 적절한 주기의 맥놀이로 만들어졌다.
성덕대왕신종은 서기 771년에 완성되었으며 규모에 있어서나 예술적인 수준에 있어서 탁월한 걸작품으로서 우리 청동문화의 정수이다. 그러나 성덕대왕신종을 주조하기 위해 어디에서 원료를 입수하여 어떻게 배합하고 주조했는지에 대한 사료가 남아있지 않아 성덕대왕신종을 깊이 있게 이해하는 데 한계가 있다. 본 연구는 국립경주박물관에서 성덕대왕신종에 대한 안전진단의 일환으로 점검 과정 중 신종 내부에 돌출된 부분에서 채취한 시료 3점의 분석결과를 정리한 것이다. 성덕대왕신종을 제작하기 위한 원료의 배합비, 주조 당시의 금속조직, 원료의 산지 등에 중점을 두고 조사하였다.
In this study, the sand casting process was applied to design the gating system and perform casting simulation in order to domestically produce the submarine mast cover. Based on simulation results, casting experiments were conducted to produce a soundness prototype. The design concept of the mast cover's gating system was based on the design of bell casting. By arranging eight tower-type gates in a circle at 45° intervals, the flow of melt flowing into each gate was uniform and did not mix with each other, and the velocity of melt was also uniform. The mast cover made of Ni-Al-Bronze alloy has no unfilled parts. However, small porosities and flow marks occurred on the surface in several places. Yield strength and ultimate tensile strength are 279.3 MPa and 675.7 MPa, respectively, and elongation is 21.2%.
The microstructure, chemical composition, and lead isotope ratio of the Buddhist bell of Yongmoon Mountain Sangwonsa temple, which was selected as one of the three great bells of Korea by Japanese historians, were analyzed in order to estimate the origin of the material and the time of casting. The microstructure of the temple bell was composed of a copper matrix phase with ${\alpha}$, a face centered cubit lattice structure, a ${\delta}$ phase with $Cu_{41}$$(Sn,Ag,Sb)_{11}$ as the chemical structural formula, dispersed lead and $Cu_2S$ particles, and locally agglomerated fine particles. Through analysis of the chemical composition of the bell, a criterion (Pb: 0-3.0 wt%, Sn: 10-15 wt%) for distinguishing the bells of the Shilla dynasty from the bells of the Koryo Chosun dynasty is proposed. Examining the lead isotope ratio of $^{207}Pb/^{206}Pb$ and $^{208}Pb/^{206}Pb$ of the Buddhist bell of Sangwonsa temple proved that the bell was fabricated using raw materials in South Korea, which led to the conclusion that the bell was cast in Korea and the top board of the bell has been damaged by an unknown individual. The criteria of distinguishing the bells from the Shilla dynasty from the bells of the Koryo Chosun dynasty presented for the first time in this research is expected to aid in identifying and estimating the previously unclear production years of other bells.
한국종은 거시적으로 축 대칭 구조이나, 복잡한 문양과 주조 오차로 인해 미세한 비대칭성을 갖는다. 작은 비대칭성은 하나의 진동모드를 미세한 주파수 차이를 갖는 모드 쌍으로 분리하고, 모드 쌍이 서로 간섭하여 맥놀이를 만든다. 적절한 주기의 선명한 맥놀이는 종소리를 웅장하게 만들고 생동감을 준다. 본 연구에서는 인공 덤쇠를 사용하여 선명한 맥놀이를 만드는 방법을 제시한다. 설계 단계에서 종의 비대칭성을 압도하는 크기의 인공 덤쇠를 만들어 선명한 맥놀이 조건을 구현하면 주조 후에 주기만 조절하면 된다. 이를 위해 현대에 제작된 대형 한국종의 맥놀이 주기 데이터를 분석하고 등가 종 모델을 이용하여 비대칭성의 크기를 정량화시킨다. 등가 종 모델의 유한요소해석을 통해 덤쇠의 위치와 크기에 따른 모드 쌍의 이동을 예측하고 선명한 맥놀이를 내는 인공 덤쇠의 설계사례를 소개한다.
본 연구에서는 수치 시뮬레이션을 통하여 설계단계에서 종의 지배적인 진동모우드와 고유진동수를 예측하고 종래의 연구에서 다루었던 비대칭요소의 질량 효과뿐만 아니라 강성효과까지도 복합적으로 고려하여 실제종에 근사시켜 해석함으로 써 제작후 울림수교정에 직접적인 정보를 제공할 수 있도록 하였다.
청주 사뇌사지에서 출토된 청동기 12점에 대한 과학 분석을 실시하였다. 이들 각 시료의 금속조직에 나타난 결정 입자의 형태, 크기, 분포와 관련하여 검토한 결과 식기류, 제기류, 타명기류로 나타났는데 성분조성에 따른 분류 결과와도 일치하였다. 식기류는 주로 단조품으로서 성분조성비는 Cu:Sn:Pb≃8:2:0, 제기류는 주조품으로서 Cu:Sn:Pb≃7:1:2, 타명기류는 Cu:Sn:Pb≃85:10:5/9:1:0이었다. 즉, 원료의 배합비는 제품의 용도 및 제작방볍과 밀접한 관계가 있다는 것을 알 수 있었다. Cu와 상관계수가 높은 원소는 Co, Fe, As이었는데 이는 Cu 광물에 불순물로 함께 분포한다는 것을 의미하며 As 함량은 식기류, 제기류, 타명기류 순으로 증가한다는 것을 알 수 있었다. 또한 납 함유량이 높은 청동기 3점의 납동위원소비를 분석하고 원료의 산지를 추정한 결과 일본·중국산 납을 사용한 것으로 나타났다. 땜납의 성분조성은 Cu:Sn:Pb≃83:12:5이었으며 Pb의 결정이 작고 고르게 분포하고 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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