Як народжуються дзвони | Журнал Популярна Механіка
Словосполучення «малиновий дзвін» в душі кожного з нас відгукується світлими образами золотоглавих церков Русі та яскравим, райдужним передзвоном дзвонів, скликає віруючих на святкову службу. Тлумачний словник Ожегова визначає малиновий дзвін як приємний, красивий, м'який по тембру дзвін.
Тим часом до ягоді малині цей вислів не має ніякого відношення. Коріння його слід шукати в бельгійському місті Мехелене, визнаному центрі колокололитейного мистецтва і дзвонярській музики Європи. У французькій транскрипції це місто називається Малин, з наголосом на останньому складі
Як же так вийшло, що милозвучна дзвін, один з споконвічних символів Русі, прийнято характеризувати виразом французько-бельгійського походження? Справа в тому, що відливання дзвону із заданою висотою музичного тону - це виключно складна інженерна та реміснича завдання, яка з давніх-давен була під силу лише обраним майстрам Європи. Уявіть собі, що бронзовий велетень масою в десятки тонн повинен потрапляти в ноту так само точно, як невагома скрипкова струна, притиснута чутливими пальцями музиканта. В основі православного церковного дзвону лежить ритмічний малюнок, а не мелодія, тому точна висота основного тону дзвони не так важлива, як багатство тембру. Російські дзвони завжди відрізнялися потужним, «благоліпним» звучанням, але не музикальністю. А ось коли справа стосувалася музики - наприклад, споруди курантів або карильйона (карильйон - музичний інструмент, що складається з 23-70 дзвонів, підібраних відповідно до музичного звукоряду, і клавіатури), - доводилося звертатися до бельгійським або голландським майстрам. Дзвони для всіх карильйонів, коли-небудь грали в Росії, від першого, привезеного Петром I з Фландрії, до останнього, побудованого три роки тому в Петергофі, були зроблені за кордоном.
Гілки або зерна Альфа-фаза бронзи має дендритну структуру. Її гілки сприяють рівномірному поширенню звукових коливань по всьому дзвону. Двофазна бронза з зернистою структурою звучить гірше. Сплав з переважанням альфа-фази утворюється при температурі близько 1300 ° C.
Валерій Миколайович Анісімов, засновник найбільшого в Росії спеціалізованого колокололитейного підприємства «Віра», переконаний, що музичні, правильно підібрані за тембром і тону дзвони необхідні для істинно благоліпного дзвону. На своєму заводі, побудованому з нуля в передмісті Воронежа, Валерій Миколайович протягом 20 років удосконалював технологію виготовлення дзвонів, яка в значній мірі відрізняється від традиційної. За всю історію воронезький завод виготовив близько 17 000 дзвонів, які по достоїнству оцінили як в Росії, так і в США, Європі, Японії і Кореї. Валерій Миколайович з гордістю продемонстрував нам споруди заводу, більшість з яких було розроблено їм особисто, і запропонував насолодитися дзвоном дзвонів, при литві яких на перше місце ставилося співочий голос.
Гарячий бульйон
У середні століття виливок великих дзвонів була справжнім шоу. Плавильні печі, ливарну яму і підйомні лісу споруджували на площі, бронзу варили при великому скупченні народу. Розпалюючи піч, майстер проходив вздовж натовпу з шапкою, пропонуючи вдячним глядачам «підкинути срібла для дзвону». На очах у захопленої публіки він кидав зібрані монети прямо в піч. Де вже було зевакам розгледіти, що срібло відправлялося не в плавильну ємність, а в топку, до вугілля. Коли народ розходився, хитрий майстер вигрібав з печі разом із золою заслужену надбавку за спектакль.
Прикраси для дзвонів - ікони, портрети, написи, орнаменти - робляться в художньому цеху. Спочатку художник вирізає барельєф на замовлення клієнта. Він працює по воску або дереву, в залежності від особистих уподобань. Готовий барельєф заливається гумою, яка, застигаючи, утворює форму. Завдяки формам, які зберігаються в архіві, зображення можна використовувати багаторазово. У форму наливають розплавлений віск - чайничок з ним постійно стоїть на плиті напоготові. Остигнуло зображення приклеюють до воскової моделі дзвони, злегка розм'якшуючи віск паяльником.
Сьогодні, як і багато століть назад, дзвони відливають з дзвонярській бронзи - сплаву міді та олова в співвідношенні 4: 1. Якщо збільшити частку олова, дзвін буде звучати більш дзвінко і довго, проте тембральний забарвлення стане біднішою, яскраво звучати буде лише основний тон. Крім того, надмірно тривалий звучання теж небажано: при грі в ансамблі губляться ритмічні акценти, довгий звук змішується зі звуком інших дзвонів, і ця суміш далеко не завжди гармонійна. «З метою експерименту дзвони відливали навіть з чистого цирконію, - розповідає Валерій Миколайович, - їх звук, назвати який приємним можна лише з великою натяжкою, тривав до п'яти хвилин».
Приготувати бронзу, яка буде добре звучати, не так просто. Сплав міді і олова може складатися з різних структур, які називаються фазами. Альфа-фаза бронзи має дендритну структуру: в ній більше тугоплавкі компоненти сплаву формують довгі, пов'язані між собою гілки. Коли в розплавлену мідь додають олово, формується бронза з переважанням альфа-фази. В такому металі дендритная структура сприяє поширенню звукових коливань. При переплавки вже готової бронзи (це відбувається, як правило, при більш низькій температурі) в її структурі утворюється велика кількість зерен бета-фази. Метал з зернистою структурою звучить глухо. Чи варто говорити, що при переплавки старих дзвонів в нові результат виявляється далекий від ідеалу. У 1735 році, коли з осколків розбився Великого Успенського дзвони був відлитий знаменитий Цар-дзвін, про це ще не знали. Втім, 200-тонного велетню все одно не судилося дзвонити.
Пекарня для велетня
Якість бронзи безпосередньо залежить від технічних можливостей підприємства. Існує кілька різновидів плавильних печей. Щоб розплавити мідь, ввести в неї олово і приготувати бронзу, необхідна мідеплавильна піч, температура в якій сягає 1300 ° C. Температура плавлення готової бронзи нижче, ніж у міді. Щоб розплавити її, підійде піч меншої потужності.
Коли потрібну кількість міді розплавиться, її необхідно розкислювати - видалити розчинений в ній кисень, істотно погіршує властивості металу. На заводі Анісімова для цього в метал вводять сирої березовий кол. Деревне вугілля зв'язує кисень, а утворюються гази перемішують густий сплав. В мідь додають олово в потрібній пропорції, і склад знову перемішують березовим колом.
На підприємствах важкого машинобудування, як правило, зустрічаються невеликі мідеплавильні печі ємністю до 1,5 т. У них вариться бронза потрібного складу, яка зберігається у вигляді твердих заготовок. Щоб відлити велике виріб, будь то гребний гвинт для атомного криголама або басовий дзвін, заготовки відправляють в міксер - велику піч з температурою 1000-1100 ° С (занадто мало, щоб розплавити мідь, але цілком достатньо для бронзи). Дійсно, для гребного гвинта переважання альфа-фази не настільки критично. До речі, саме машинобудівні заводи по сей день отримують найбільші дзвіниці замовлення. Наприклад, найбільший діючий дзвін в Росії, 72-тонний велет для Свято-Троїцької Сергієвої Лаври, був відлитий у 2003 році на Балтійському суднобудівному заводі в Санкт-Петербурзі. А звучать з ним в мінорному тризвуки «Первісток» (27 т) і «Благовісник» (35,5 т) були виготовлені на автомобільному заводі ЗІЛ.
Тепер найважливіше - вчасно злити свежеприготовленную бронзу в форму. Якщо перетримати метал, частка альфа-фази в ньому знижується, олово окислюється. Під час відливання дзвонів (більше 10 т) у ливарної ями одночасно працюють 40 осіб. Форму заливають з чотирьох сторін - постів, кожен пост обслуговують 10 робітників.
На заводі Анісімова встановлені дві гігантські мідеплавильні печі загальною ємністю 100 т, розроблені самим Валерієм Миколайовичем. Кожна піч складається з металевого корпусу, викладеного зсередини вогнетривкою цеглою, і пари дизельних пальників. Печі встановлені на висоті другого поверху на гідроциліндрах - з їх допомогою можна розгойдувати ємності, перемішуючи розпечений метал, а потім направляти свежеприготовленную бронзу по жолобах в плавильну форму. Використовуючи обидві печі одночасно, можна в один прийом відлити з свіжоприготованою бронзи гігантський 100-тонний дзвін, домігшись при цьому ідеально однорідної структури металу з переважанням альфа-фази.
Основний геометричний параметр дзвони - товщина бою. Від неї залежить основний тон. Всі інші розміри дзвони кратні товщині бойової частини.
музична карусель
«Це тільки на перший погляд тут хаос, - Валерій Миколайович демонструє нам ділянку виливки великих дзвонів, - насправді все знаходиться строго на своєму місці. Ось на цій м'якою земляний гірці ми кантуясь дзвони, щоб отримати доступ до внутрішнього профілю. А підстава крана біля воріт - зовсім не зламана техніка, а обертається база, на яку можна встановити дзвін будь-якого розміру для обточування. Замовлення унікальних верстатів для такої специфічної мети, як виготовлення дзвонів, обійшовся б в астрономічну суму. Інженерна кмітливість дозволяє нам зробити виробництво рентабельним ».
Німецький профіль Для німецького профілю характерні товсті стінки, порівняно невелика висота (11 бойових частин при діаметрі 14 бойових частин) і різкий вигин стінки.
Спустившись в глибоку ливарну яму, ми виявляємо воскову модель - точну копію майбутнього 14-тонного дзвона, який буде відлито через кілька днів. Навколо моделі метушаться декоратори з паяльниками - вони прикріплюють воскові барельєфи, ікони, прикраси і написи, заздалегідь виготовлені в художньому цеху. Коли модель буде готова, її накриють металевої ливарної формою, всередину якої заллють пастообразную суміш. Суміш застигає вже через півгодини, а через 12 годин стає твердою, як бетон. Форму обпалюють газовими пальниками або навіть розводячи під нею багаття, як робили багато століть назад. Віск при цьому видаляється. Отримана ливарна форма з вогнетривкої кераміки з ювелірною точністю повторює найдрібніші деталі поверхні майбутнього дзвони, включаючи всі прикраси. Валерій Миколайович при нас підігріває клеймо на моделі і залишає в розплавленому воску відбиток свого великого пальця. «Цей відбиток в точності відобразиться на поверхні дзвони, - пояснює він, - це знак виняткової якості лиття, яке не вимагає подальшої обробки».
Французький профіль Характерна риса французького профілю - відсутність сходинки в плечі дзвони, у верхнього діаметра, і тонкі стінки, які дають глибокий низький звук
За воскової фальш-моделі роблять форму для зовнішньої поверхні дзвони. Його внутрішня поверхня визначається стрижнем. Стрижень - це цегляна кладка, обмазані тієї ж пастоподібну суміш, якій надається форма внутрішньої поверхні дзвони. Так само як і форма, стрижень обпалюється і перетворюється в кераміку. Згодом його накривають формою, а в зазори заливають бронзу - майбутній дзвін.
Русский профіль Має яскраво виражену сходинку в плечі, у коронній частини. Геометрія цієї сходинки впливає на основний тон дзвони.
Щоб дзвін звучав чисто, необхідно, щоб він у всіх перетинах, знизу доверху, мав однакову товщину по всьому колу. Найменше зміщення форми і стрижня щодо один одного призводить до того, що резонансні частоти з різних сторін дзвони виявляються різними, тон пливе, дзвін виходить «ухающім» і немузичних. Зрозуміло, від самих форм також потрібно ідеальна симетрія. При традиційній технології домогтися цього практично неможливо. «У нас у дворі ще залишилися старі дерев'яні форми і стрижні», - показує Валерій Миколайович. Їх обриси близькі до форм готового дзвони. На поверхні форми і стрижня наносили «землю» - так ливарники називають суміш піску і сполучного - наприклад, рідкого скла (канцелярського клею). Форму і стрижень поєднували і між ними заливали бронзу. На ідеальну симетрію при такій технології розраховувати не доводилося, залишалося тільки сподіватися.
Цегла. В основі стрижня дзвони лежить цегляна кладка. Її зводять прямо в ливарні ямі, в центрі металевого диска, на якому будуть проводитися всі роботи. Стрижень. Цегляна кладка обмазується пастоподібну суміш. Після прокату пером з профілем дзвони вона перетворюється в стрижень - внутрішню форму.
Секрет ідеальної симетрії великих дзвонів заводу «Віра» криється в єдиній обертається базі, на якій виробляють всі підготовчі та ливарні роботи. На дні ливарної ями розташовується важкий металевий диск, виточений на верстаті з точністю до 0,02 мм. Так само точно розраховане розташування вваренними в нього болтів. Спочатку в центрі диска будують цегляну кладку, яку обмазують сумішшю, - це майбутній стрижень. До диску пригвинчують перо - щось на зразок гігантської фрези, точно повторює внутрішній профіль дзвони. Перо обертається навколо заготовки, вирізаючи ідеально симетричний щодо центру диска стрижень. Стрижень залишається на місці, і прямо поверх нього будується воскова модель. Її теж прокочують пером. Таким чином досягається ідеально точне взаємне розташування форми і стрижня. Металеву ливарну форму встановлюють на диск на болтах. Перед установкою краю форми і диск начищають до блиску, щоб жодна піщинка не потрапила між ними. Завдяки цьому вдається зняти зовнішню форму для випалу і повернути назад, не допустивши жодного перекосу.
Модель. Точна воскова модель дзвони формується на стрижні методом прокату. На неї наносяться підігріті воскові прикраси, виготовлені в художньому цеху. Форма. Металева ливарна форма надягається поверх воскової моделі. Всередину заливається пастообразная суміш, яка після випалення повторює найтонші нюанси форм моделі.
Русский карильйон
Директор бельгійської Королівської школи карильйона, всесвітньо відомий композитор і музикант Йо Хаазен говорить про Росію: «У нас з вами різні дзвіниці традиції. У Росії дзвін народжується, і його використовують таким, який він народився. А у нас дзвін налаштовують, щоб він був музично бездоганним ». Валерій Миколайович Анісімов вважає, що від російської традиції варто відступити, щоб працювати над голосом дзвону як до, так і після відливання.
Відбиття Коли метал твердне, форми акуратно відбиваються, оголюючи новенький дзвін. Насамперед вибивається стрижень, щоб дзвін не розколовся при усадки.
Тон і тембр звучання дзвони залежать від його маси і форми, зокрема товщини стінок. Залежно від заданого тону і маси майстер розраховує профіль дзвони (мається на увазі профіль вертикального перетину) по заздалегідь відомим пропорціям, які склалися історично. Профілі відрізняються вигином і товщиною стінок, формою так званого «плеча» - переходу від корони до стінок. Наприклад, у французькому профілі цей перехід відбувається різко, в німецькому - в два вигини, в російській - з плавним сходинкою (див. Малюнок). Плавний перехід російського профілю дозволяє коронної частини дзвони частково брати участь в звукових коливаннях поряд зі стінками. Основний тон дзвони визначається діаметром і товщиною бою - найтовщій нижній частині дзвони, в яку вдаряє мову. За допомогою спеціальних таблиць майстер визначає, який бій повинен бути у дзвони при заданих масі і тоні. Всі інші розміри визначаються пропорційно бою відповідно до обраним профілем.
Залізний пиріг Форма для відливання дзвону є щось на зразок листкового пирога. Тільки всупереч кулінарному досвіду, начинка в нього заливається в останню чергу.
Дзвін з більш тонкими стінками звучить нижче і довше. Підточуючи вже готовий дзвін зсередини, можна змінювати товщину стінок, налаштовуючи його точно на заданий тон. Якщо нижня частина дзвони (бій) відповідає за основний тон, то, піднімаючись вище і вище, ми зможемо регулювати все більш високі обертони (коливання більш високої частоти, ніж основна). На відміну від струни, дзвін може видавати не тільки милозвучні гармонійні обертони, кратні основній частоті, тому така регулювання особливо важлива.
Практично настройка здійснюється так: перед дзвоном ставлять мікрофон (або під'єднують датчик коливання), Який підключається до аналізатора спектра. У Сейчас годину Прийнято відстежуваті спектр з Дозволи 64 Смуги, тобто вівчаті 64 обертони. Спостерігаючі графік, майстер вібірає частоту, якові хоче виправити, піднімає фрезу на потрібну висота и підточує ту часть дзвони, яка відповідає за Сейчас конкретних обертон. Результат контролюється за графіком в реальному часі. Як варіант, в дзвін можна направіті сигнал генератора на шуканої частоті. Коли Потрібний пояс буде підточено до необхідної величини, датчик зафіксує резонанс. За допомогою тонкої настройки можна досягти самих різних результатів - наприклад, вивести на перший план тільки гармонійні обертони, зробивши звук прозорим і світлим. А тембр карильйона дзвони краще збіднити, сконцентрувавши увагу лише на основному тоні.
Між іншим, обточування внутрішнього профілю дзвони - вельми хитра інженерне завдання. Наявні на машинобудівних заводах карусельні верстати, на які можна було б поставити дзвін, як правило, мають досить скромне обмеження по висоті заготовки - до 1,6 м. Для настройки 35-тонного благовеста, виготовленого для Саввін-Сторожевського монастиря в Звенигороді, використовували спеціально розроблений верстат, який розміщували всередині лежачого на боці дзвони.
На прощання Валерій Миколайович поділився з нами своєю мрією: побудувати справжній російський карильйон, кожен дзвін якого буде проведений і відбудований на батьківщині. ми впевнені, що точні виробничі технології і трепетне ставлення до музичного звуку дозволять йому втілити проект в життя. і гармонійний дзвін цих дзвонів уже язик не повернеться назвати малиновим - адже зроблені вони будуть не в бельгійському Мехелене, а у нас, в Воронежі, в Росії.
Стаття опублікована в Журналі «Популярна механіка» ( №11, Січень 2008 ).