Полутон вдвести тонн: как рождаются колокола
- Ветви либо зерна Альфа-фаза латуни имеет дендритную структуру. Ее ветви содействуют равномерному распространению звуковых колебаний по всему колоколу. Двухфазная латунь с зернистой структурой звучит хуже. Сплав с преобладанием альфа-фазы образуется при температуре около 1300 °C
В то время, когда необходимое количество меди расплавится, ее нужно раскислить — удалить растворенный в ней кислород, значительно ухудшающий свойства металла.
- На заводе Анисимова для этого в металл вводят сырой березовый кол. Древесный уголь связывает кислород, а образующиеся газы перемешивают густой сплав. В медь додают олово в нужной пропорции, и состав снова перемешивают березовым колом.
Основное — скорость Сейчас самое ответственное — своевременно слить свежеприготовленную латунь в форму.
- В случае если передержать металл, часть альфа-фазы в нем понижается, олово окисляется. На протяжении отливки громадных колоколов (более 10 на данный момент) у литейной ямы в один момент трудятся 40 человек. Форму заливают с четырех сторон — постов, любой пост обслуживают 10 рабочих.
немецкий профиль и Боевая геометрия
- Французский и русский профиль
Металлический пирог Форма для отливки колокола представляет собой что-то наподобие слоеного пирога. Лишь вопреки кулинарному опыту, начинка в него заливается в последнюю очередь
В это же время к ягоде малине это выражение не имеет никакого отношения. Корни его направляться искать в бельгийском городе Мехелене, признанном центре колокололитейного колокольной музыки и искусства Европы. Во французской транскрипции данный город именуется Малин, с ударением на последний слог
Как же так оказалось, что красивый колокольный звон, один из исконных знаков Руси, принято характеризовать выражением французско-бельгийского происхождения? Дело в том, что отливка колокола с заданной высотой музыкального тона — это только сложная инженерная и ремесленная задача, которая с давних времен была по силам только избранным мастерам Европы.
Представьте себе, что медный великан массой в десятки тысячь киллограм обязан попадать в ноту так же совершенно верно, как невесомая скрипичная струна, прижатая чуткими пальцами музыканта. В базе православного колокольного звона лежит ритмический рисунок, а не мелодия, исходя из этого правильная высота главного тона колокола не так ответственна, как достаток тембра. Русские колокола постоянно отличались замечательным, «благолепным» звучанием, но не музыкальностью.
А вот в то время, когда дело касалось музыки — к примеру, постройки курантов либо карильона (карильон — музыкальный инструмент, складывающийся из 23−70 колоколов, подобранных в соответствии с музыкальному звукоряду, и клавиатуры), — приходилось обращаться к бельгийским либо голландским мастерам. Колокола для всех карильонов, когда-либо игравшихся в Российской Федерации, от первого, привезенного Петром I из Фландрии, до последнего, выстроенного три года назад в Петергофе, были произведены за рубежом.
Валерий Николаевич Анисимов, основатель наибольшего в Российской Федерации специального колокололитейного предприятия «Вера», уверен, что музыкальные, верно подобранные по тембру и тону колокола нужны для действительно благолепного звона. На своем заводе, выстроенном с нуля в пригороде Воронежа, Валерий Николаевич в течение 20 лет совершенствовал разработку изготовления колоколов, которая в значительной степени отличается от классической.
За всю историю воронежский завод изготовил около 17 000 колоколов, каковые по преимуществу оценили как в Российской Федерации, так и в Соединенных Штатах, Европе, Японии и Корее. Валерий Николаевич с гордостью показал нам сооружения завода, большая часть из которых было создано им лично, и внес предложение насладиться звоном колоколов, при отливке которых во главу угла ставился певческий голос.
Тёплый бульон
В Cредние века отливка громадных колоколов была настоящим шоу. Плавильные печи, литейную яму и подъемные леса строили на площади, латунь варили при громадном скоплении народа. Разжигая печь, мастер проходил на протяжении толпы с шапкой, предлагая благодарным зрителям «подкинуть серебра для звона».
На глазах у восторженной публики он бросал собранные монеты прямо в печь. Где уж было зевакам рассмотреть, что серебро отправлялось не в плавильную емкость, а в топку, к углям. В то время, когда народ расходился, умный мастер выгребал из печи вместе с золой заслуженную прибавку за спектакль.
Сейчас, как и большое количество столетий назад, колокола отливают из олова и — сплава колокольной бронзы меди в соотношении 4:1. В случае если расширить долю олова, колокол будет звучать более звонко и продолжительно, но тембральный окрас станет беднее, ярко звучать будет только главный тон. Помимо этого, излишне продолжительное звучание также нежелательно: при игре в ансамбле теряются ритмические выговоры, продолжительный звук смешивается со звуком вторых колоколов, и эта смесь далеко не всегда гармонична. «В целях опыта колокола отливали кроме того из чистого циркония, — говорит Валерий Николаевич, — их звук, назвать что приятным возможно лишь с громадной натяжкой, продолжался до пяти мин.».
Приготовить латунь, которая будет прекрасно звучать, не так легко. олова и Сплав меди может складываться из разных структур, именуемых фазами. Альфа-фаза латуни имеет дендритную структуру: в ней более тугоплавкие компоненты сплава формируют долгие, связанные между собой ветви.
В то время, когда в расплавленную медь додают олово, формируется латунь с преобладанием альфа-фазы. В таком металле дендритная структура содействует распространению звуковых колебаний. При переплавке уже готовой латуни (это происходит, в большинстве случаев, при более низкой температуре) в ее структуре образуется много зерен бета-фазы.
Металл с зернистой структурой звучит глухо. Стоит ли сказать, что при переплавке ветхих колоколов в новые итог оказывается далек от идеала. В 1735 году, в то время, когда из осколков разбившегося Громадного Успенского колокола был отлит известный Царь-колокол, об этом еще не знали.
Но, 200-тонному великану все равно не суждено было звонить.
Пекарня для гиганта
Уровень качества латуни зависит от техвозможностей предприятия. Существует пара разновидностей плавильных печей. Дабы расплавить медь, ввести в нее олово и приготовить латунь, нужна медеплавильная печь, температура в которой достигает 1300 °C. Температура плавления готовой латуни ниже, чем у меди.
Дабы расплавить ее, подойдет печь меньшей мощности.
На фирмах тяжелого машиностроения, в большинстве случаев, видятся маленькие медеплавильные печи емкостью до 1,5 т. В них варится латунь нужного состава, которая сохраняется в виде жёстких заготовок. Дабы отлить громадное изделие, будь то гребной винт для ядерного ледокола либо басовый колокол, заготовки отправляют в миксер — громадную печь с температурой 1000−1100°С (через чур мало, дабы расплавить медь, но вполне достаточно для латуни).
Вправду, для гребного винта преобладание альфа-фазы не столь критично. Кстати, как раз машиностроительные фабрики сейчас приобретают наибольшие колокольные заказы. К примеру, самый громадный действующий колокол в Российской Федерации, 72-тонный великан для Свято-Троицкой Сергиевой Лавры, был отлит в 2003 году на Балтийском судостроительном заводе в Петербурге.
А звучащие с ним в минорном трезвучии «Первенец» (27 т) и «Благовестник» (35,5 т) были изготовлены на автомобильном заводе ЗИЛ.
На заводе Анисимова установлены две огромные медеплавильные печи неспециализированной емкостью 100 т, созданные самим Валерием Николаевичем. Любая печь складывается из железного корпуса, выложенного изнутри огнеупорным кирпичом, и пары дизельных горелок. Печи установлены на высоте второго этажа на гидроцилиндрах — с их помощью возможно раскачивать емкости, перемешивая раскаленный металл, а после этого направлять свежеприготовленную латунь по желобам в плавильную форму.
Применяя обе печи в один момент, возможно в один прием отлить из свежеприготовленной латуни огромный 100-тонный колокол, добившись наряду с этим идеально однородной структуры металла с преобладанием альфа-фазы.
Музыкальная карусель
«Это лишь на первый взгляд тут хаос, — Валерий Николаевич демонстрирует нам участок отливки громадных колоколов, — в действительности все находится строго на своем месте. Вот на данной мягкой земляной горке мы кантуем колокола, для получения доступа к внутреннему профилю. А основание крана у ворот — вовсе не сломанная техника, а вращающаяся база, на которую возможно установить колокол любого размера для обточки.
Заказ неповторимых станков для столь своеобразной цели, как изготовление колоколов, обошелся бы в астрономическую сумму. Инженерная смекалка разрешает нам сделать производство рентабельным».
Спустившись в глубокую литейную яму, мы обнаруживаем восковую модель — правильную копию будущего 14-тонного колокола, что будет отлит через пара дней. Около модели нервничают декораторы с паяльниками — они прикрепляют восковые барельефы, иконы, надписи и украшения, заблаговременно изготовленные в художественном цехе. В то время, когда модель готовься , ее накроют железной литейной формой, вовнутрь которой зальют пастообразную смесь.
Смесь застывает уже через полчаса, а спустя 12 часов делается жёсткой, как бетон. Форму обжигают газовыми горелками либо кроме того разводя под ней костер, как делали большое количество столетий назад. Воск наряду с этим удаляется. Оказавшаяся литейная форма из огнеупорной керамики с ювелирной точностью повторяет небольшие подробности поверхности будущего колокола, включая все украшения.
Валерий Николаевич при нас подогревает клеймо на модели и оставляет в расплавленном воске отпечаток собственного громадного пальца. «Данный отпечаток в точности отобразится на поверхности колокола, — поясняет он, — это символ необыкновенного качества литья, которое не требует последующей обработки».
По восковой фальш-модели делают форму для внешней поверхности колокола. Его внутренняя поверхность определяется стержнем. Стержень — это кирпичная кладка, обмазанная той же пастообразной смесью, которой придается форма внутренней поверхности колокола. Так же как и форма, стержень обжигается и преобразовывается в керамику.
Потом его накрывают формой, а в зазоры заливают латунь — будущий колокол.
Дабы колокол звучал чисто, нужно, дабы он во всех сечениях, снизу доверху, имел однообразную толщину по всей окружности. Мельчайшее смещение стержня и формы относительно друг друга ведет к тому, что резонансные частоты с различных сторон колокола выясняются различными, тон плывет, звон получается «ухающим» и немузыкальным. Очевидно, от самих форм кроме этого требуется совершенная симметрия.
При классической технологии добиться этого фактически нереально. «У нас во дворе еще остались ветхие стержни и деревянные формы», — показывает Валерий Николаевич. Их очертания близки к формам готового колокола. На стержня и поверхности формы наносили «почву» — так литейщики именуют смесь песка и связующего — к примеру, жидкого стекла (канцелярского клея). стержень и Форму совмещали и между ними заливали латунь.
На совершенную симметрию при таковой технологии рассчитывать не приходилось, оставалось лишь сохранять надежду.
Секрет совершенной симметрии громадных колоколов завода «Вера» кроется в единой вращающейся базе, на которой создают все подготовительные и литейные работы. На дне литейной ямы находится тяжелый железный диск, выточенный на станке с точностью до 0,02 мм. Так же совершенно верно вычислено размещение вваренных в него болтов.
Сперва в центре диска строят кирпичную кладку, которую обмазывают смесью, — это будущий стержень. К диску привинчивают перо — что-то наподобие огромной фрезы, совершенно верно повторяющей внутренний профиль колокола. Перо вращается около заготовки, вырезая идеально симметричный относительно центра диска стержень. Стержень остается на месте, и прямо поверх него строится восковая модель.
Ее также прокатывают пером. Так достигается идеально правильное обоюдное размещение стержня и формы. Железную литейную форму устанавливают на диск на болтах. Перед установкой края формы и диск начищают до блеска, дабы ни одна песчинка не попала между ними.
Именно поэтому удается снять внешнюю форму для обжига и вернуть обратно, не допустив ни мельчайшего перекоса.
Русский карильон
Директор бельгийской Королевской школы карильона, широко музыкант и известный композитор Йо Хаазен говорит о России: «У нас с вами различные колокольные традиции. В Российской Федерации колокол рождается, и его применяют таким, какой он появился. А у нас колокол настраивают, дабы он был музыкально безукоризненным».
Валерий Николаевич Анисимов уверен в том, что от русского традиции стоит отойти, дабы трудиться над голосом колокола как до, так и по окончании отливки.
тембр и Тон звучания колокола зависят от его формы и массы, в частности толщины стенок. В зависимости от массы и заданного тона мастер рассчитывает профиль колокола (имеется в виду профиль вертикального сечения) по заблаговременно известным пропорциям, каковые сложились исторически. Профили отличаются толщиной и изгибом стенок, формой так именуемого «плеча» — перехода от короны к стенкам.
К примеру, во французском профиле данный переход происходит быстро, в германском — в два изгиба, в русском — с плавной ступенью (см. рисунок). Плавный переход русского профиля разрешает коронной части колокола частично принимать участие в звуковых колебаниях наровне со стенками. Главный тон колокола определяется толщиной и диаметром боя — самой толстой нижней части колокола, в которую ударяет язык.
Посредством особых таблиц мастер определяет, какой бой должен быть у колокола при заданных массе и тоне. Все остальные размеры определяются пропорционально бою в соответствии с выбранным профилем.
Колокол с более узкими стенками звучит ниже и продолжительнее. Подтачивая уже готовый колокол изнутри, возможно изменять толщину стенок, настраивая его совершенно верно на заданный тон. В случае если нижняя часть колокола (бой) несёт ответственность за главный тон, то, поднимаясь выше и выше, мы сможем регулировать все более высокие обертоны (колебания более высокой частоты, нежели главная).
В отличие от струны, колокол может издавать не только красивые гармонические обертоны, кратные главной частоте, исходя из этого такая регулировка особенно ответственна.
Фактически настройка осуществляется так: перед колоколом ставят микрофон (либо подсоединяют датчик колебаний), что подключается к анализатору спектра. На данный момент принято отслеживать спектр с разрешением 64 полосы, другими словами изучать 64 обертона. Замечая график, мастер выбирает частоту, которую желает исправить, поднимает фрезу на нужную высоту и подтачивает ту часть колокола, которая несёт ответственность за этот конкретный обертон.
Итог контролируется по графику в настоящем времени. Как вариант, в колокол возможно направить сигнал генератора на искомой частоте. В то время, когда необходимый пояс будет подточен до нужной величины, датчик зафиксирует резонанс.
Посредством узкой настройки возможно добиться самых различных результатов — к примеру, вывести на первый замысел лишь гармоничные обертона, сделав звук прозрачным и ярким. А тембр карильонного колокола лучше обеднить, сконцентрировав внимание только на главном тоне.
Кстати, обточка внутреннего профиля колокола — очень умная инженерная задача. Имеющиеся на машиностроительных фабриках карусельные станки, на каковые возможно было бы поставить колокол, в большинстве случаев, имеют очень скромное ограничение по высоте заготовки — до 1,6 м. Для настройки 35-тонного благовеста, изготовленного для Саввино-Сторожевского монастыря в Звенигороде, применяли специально разработанный станок, что размещали в лежащего на боку колокола.
На прощанье Валерий Николаевич поделился с нами собственной мечтой: выстроить настоящий русский карильон, любой колокол которого будет произведен и отстроен на родине. мы уверены, что правильные трепетное отношение и производственные технологии к музыкальному звуку разрешат ему воплотить проект в судьбу. и гармоничный звон этих колоколов уже язык не повернется назвать малиновым — так как произведены они будут не в бельгийском Мехелене, а у нас, в Воронеже, в Российской Федерации.
Лазером по воску
- Любой каприз Посредством восковых моделей на колокол возможно нанести любое изображение, которое захочет клиент: от канонической иконы до портрета любимой свекрови
Украшения для колоколов
Иконы, портреты, надписи, орнаменты — делаются в художественном цехе. Сперва живописец вырезает барельеф по заказу клиента. Он трудится по воску либо дереву, в зависимости от личных предпочтений. Готовый барельеф заливается резиной, которая, застывая, образует форму. Благодаря формам, каковые сохраняются в архиве, изображения возможно применять многократно. В форму наливают расплавленный воск — чайничек с ним всегда стоит на плите наготове.
Остывшее изображение приклеивают к восковой модели колокола, легко размягчая воск паяльником.
Резиновая форма
Это не единственный и не самый технологичный метод хранения трехмерных изображений. Изготовленные живописцами барельефы отправляются под игольчатый 3D-сканер и преобразовываются в компьютерную трехмерную модель. При необходимости их воспроизводят посредством механического либо лазерного гравировального аппарата.
Технологии изготовления
- Кирпич В базе стержня колокола лежит кирпичная кладка. Ее возводят прямо в литейной яме, в центре железного диска, на котором будут проводиться все работы
Стержень Кирпичная кладка обмазывается пастообразной смесью. По окончании проката пером с профилем колокола она преобразовывается в стержень — внутреннюю форму
Модель Правильная восковая модель колокола формируется на стержне способом проката. На нее наносятся подогретые восковые украшения, изготовленные в художественном цехе
Форма Железная литейная форма надевается поверх восковой модели. Вовнутрь заливается пастообразная смесь, которая по окончании обжига повторяет узкие нюансы форм модели
Отбивка В то время, когда металл твердеет, формы бережно отбиваются, обнажая новенький колокол.
В первую очередь выбивается стержень, дабы колокол не раскололся при усадке
Корявый язык
В случае если сам колокол должен быть идеально ровным, ровным и симметричным, то к его языку все это относится с точностью до напротив. Язык не отливают, а куют, причем эта работа намеренно выполняется максимально грубо и неточно. Язык колокола должен быть неровным, шершавым, корявым. Мастер делает все возможное, дабы помешать языку звенеть самостоятельно.
Через чур ровный и ровный язык имеет собственную резонансную частоту, которая смешивается со звуком колокола и мешает ему трудиться.
Язык должен быть в меру мягким и в меру твёрдым. Твёрдый язык может разбить колокол. Мягкий разобьется сам, наряду с этим пятно контакта будет становиться все больше, а звук — тусклее. В итоге, пробуя компенсировать утрату звонкости силой удара, звонарь снова же разобьет колокол.
Для громадных колоколов точка удара (их у языка всего две) подтачивается по краске, как стоматолог подтачивает свежую пломбу, иногда вставляя между зубов красящую прокладку и предлагая больному сомкнуть челюсти.
Не отходя от кессона
Литейные формы постоянно размещают в яме ниже уровня пола — кессоне. Это делается для безопасности — в случае если форма окажется негерметичной, вытекший из нее расплавленный металл не сможет нанести травмы рабочим. На участке отливки громадных колоколов фактически все работы по созданию колокола, от установки кирпичной кладки для стержня до заливки металла в форму, проводятся в кессоне.
Отсутствие лишних перемещений значительно снижает шанс нарушить симметрию форм либо поменять обоюдное размещение внутренней и внешней формы. За пределами кессона производится обжиг внешней формы, финальная обработка и изготовление украшений поверхности пескоструйкой.
Литейное расследование
Валерий Николаевич поделился с нами собственной необыкновенной версией смерти известного Царь-колокола. Как мы знаем, 200-тонный великан был отлит 25 ноября 1735 года и покинут в литейной яме, где в последующие полтора года проводились чеканные работы. В мае 1737-го в Москве произошёл Троицкий пожар, от которого пострадал практически целый город. По официальной версии, над Царь-колоколом загорелись леса, благодаря которым гиганта вот-вот планировали поднять из ямы.
Хотя потушить пламя, на раскаленный колокол ведрами лили холодную воду. От перепада температур колокол раскололся.
«Вправду, тёмный металл при нагревании и последующем резком охлаждении делается хрупким, — говорит Анисимов, — но цветные металлы, а также колокольная латунь, в таких условиях становятся мягкими и пластичными, соответственно, не смогут сломаться». Валерий Николаевич демонстрирует нам запись следственного опыта: простой (и очень красивый) колокол нагревают докрасна дизельной горелкой и сразу же опускают в холодную воду.
Рабочий ударяет в колокол кувалдой — звука нет, латунь стала мягкой, удар в ней сразу же демпфируется. Таковой металл не имеет возможности расколоться.
«Остывание колокола по окончании отливки — весьма щекотливый момент, — говорит Валерий Николаевич, — сейчас металл значительно уменьшается в количестве, колокол сжимается, все еще пребывав на стержне. дабы не допустить поломки, нужно либо делать стержень пластичным, податливым, либо выбивать его сразу же, как металл начнет затвердевать. Я сам поколол так много колоколов: выходной, праздник, побежали, забыли колокол на стержне — утром получите трещину». вот и представьте себе: раскололся остывший колокол, как о проделанной работе императрице доложить? лучше уж негромко покинуть все как имеется и ожидать божьей милости, которая и подоспела в виде троицкого пожара.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№73, ноябрь 2008).
<
h4>