Designing Sound

492
Clocks
and radios for use in remote regions where there is nowhere to buy batteries also
use the technology. Because of portable energy shortages, and as power require-
ments for electronics diminish, nanoscale mechanical engineering combined with
advanced pneumatics may well bring a revival of “clockwork” technology.
Model
A clock is a deterministic chain of events, each one causing another. That is
where the expression “working like clockwork” comes from: it is an allusion to
the regularity and certainty with which an event will cause another to occur.
Each operation, we assume, causes some kind of sound, a tick or a tock, a
clunk or a click. If you sample a real mechanical clock and slow it right down
you will hear something interesting. Each tick is actually a fine microstructure,
always the same, consisting of dozens of distinguishable events. What are these
“ticks”? They are the movements of cog teeth against other cog teeth, of levers
against ratchets and of the hands on the clock face moving and bouncing. A
simplified energy model in figure 43.1 shows potential energy stored in a spring
released through an impedance and quantising system. The armature above
the sawtooth cog oscillates backwards and forwards, allowing it to move round
anticlockwise one tooth at a time, at a rate of around 4 to 8 times per second.
A system of gears slows down the resulting rotational motion to provide move-
ment for the dial hands. As each cog rotates and collides some energy is lost
to friction and damping. Vibrations are coupled to the clock body and hands,
which resonate and amplify the sound.
Quantisation
Amplifier
Energy source
Tuned system
Impedance
Lossy process
Clock body
Figure 43.1
Energy flow in a clockwork system.

---