Изготовление колоколов — это отливка и настройка больших бронзовых колоколов в литейном цеху для использования, например, в церквях , башнях с часами и общественных зданиях, либо для обозначения времени или события, либо в качестве музыкального карильона или перезвона . Большие колокола изготавливаются путем литья колокольного металла в формах, предназначенных для их предполагаемой музыкальной высоты . Затем выполняется дальнейшая точная настройка с использованием токарного станка для снятия металла с колокола, чтобы получить характерный тон колокола за счет звучания правильных музыкальных гармоник .
Изготовление колоколов в Восточной Азии датируется примерно 2000 годом до нашей эры [1] , а в Европе - с 4 или 5 века нашей эры. В Великобритании археологические раскопки выявили следы печей , свидетельствующие о том, что колокола часто отливали на месте, в ямах церкви или на ее территории. Централизованные литейные заводы стали обычным явлением, когда железные дороги позволили легко транспортировать колокола, что привело к доминированию таких основателей, как Whitechapel Bell Foundry и John Taylor & Co из Лафборо.
В других странах мира по-прежнему действует ряд литейных заводов, некоторые из которых используют традиционные методы, а некоторые — новейшие технологии литейного производства. Современные литейные заводы производят гармонично настроенные колокола, используя принципы, установленные в конце 19 века; некоторые из них также очень декоративны.
Изготовление колоколов имело важное значение на протяжении всей истории древних цивилизаций. Восточные колокола, известные своими огромными размерами, были одними из самых ранних колоколов, изготовленных за много столетий до европейского железного века . Самые ранние колокола были изготовлены из керамики, а позже переросли в литье металлических колоколов. [2] Археологические свидетельства литья колоколов появляются в неолитическом Китае.
Самые ранние металлические колокола, один из которых был найден на стоянке Таоси , а четыре - на стоянке Эрлитоу , датируются примерно 2000 годом до нашей эры. [1] К 13 веку до нашей эры в Китае отливали колокола весом более 150 килограммов (330 фунтов). После 1000 г. н. э. железо стало наиболее часто используемым металлом для колоколов вместо бронзы. Самый ранний датированный железный колокол был изготовлен в 1079 году и найден в провинции Хубэй . [3]
Переносные колокола пришли в Великобританию с распространением кельтского христианства , и большинство из тех, что еще остались, связаны с Шотландией, Уэльсом и Ирландией. [4] Изготовление колоколов в Британии произошло благодаря монашеству , которое обеспечило спрос и опыт в период раннего средневековья . [4] [5] Большие колокола в Англии упоминаются Бедой еще в 670 году нашей эры, а к седьмому или восьмому веку использование колоколов стало частью церковных служб. Почти 200 лет спустя, в десятом веке, появилась первая запись о полном звоне колоколов . [4] Хронологии аббата Ингульфа предполагают, что Турцител , первый аббат Кроуленда , подарил аббатству колокол по имени Гутлак, после чего его преемник Эгельрик Старший отлил еще шесть колоколов — два больших, два среднего размера и два маленьких — чтобы завершить семь звонков. [4] В тот же период в создании колоколов участвовали и другие священнослужители. Святой Дунстан , «Начальник монахов», был опытным мастером по металлу и известным литейщиком колоколов. Под его руководством в Абингдоне были отлиты два колокола, в которых также находились два других колокола, отлитые Св. Этельволдом . [6] Методы литья по выплавляемым моделям были описаны бенедиктинским монахом тринадцатого века Уолтером де Одингтоном из аббатства Ившем. [4]
Производство колоколов как коммерческое занятие последовало позже. Независимые мастера открыли постоянные литейные заводы в таких городах, как Лондон, Глостер, Солсбери, Бери-Сент-Эдмундс, Норидж и Колчестер. [5] Хотя они привлекали торговлю с окружающей сельской местностью, средневековые основатели не ограничивались изготовлением колоколов как единственным источником средств к существованию. Вместо этого они часто совмещали это со смежными профессиями, такими как изготовление изделий из металла, производство посуды и изготовление оружия. [7] Некоторые основатели странствовали, переходя от церкви к церкви, чтобы отливать колокола на месте.
Эти ранние колокола имели плохой звук как из-за разного состава сплава, так и из-за отсутствия понимания того, как создать правильную форму для получения гармонического тона; но со временем форма колокола была улучшена. Углы макушки и звуковой дуги постепенно сгладились, а талия стала короче, расширяясь ближе ко рту. Хотя методы настройки все еще были неопределенными и эмпирическими, наборы колоколов диатонической гаммы были установлены в важных приходских церквях и монастырях. [7]
Археологические раскопки погостов в Британии обнаружили печи , что позволяет предположить, что колокола часто отливали на месте в ямах, вырытых на территории здания. [8] Большой Том Линкольнского собора был отлит во дворе собора в 1610 году, а большой колокол Кентербери — во дворе собора в 1762 году. [8] Когда отливка была завершена, над литейной ямой была построена башня, а колокол поднялся прямо в башню. [9] В некоторых случаях, например, в Киркби-Малзерде и Хадденхеме, колокола на самом деле были отлиты в церкви. [8]
Франсуа Эмони (ок. 1609–1667) и его брат Питер, Пьер или Питер Эмони (1619–1680) были величайшими создателями карильонных колоколов в истории Нидерландов . В сотрудничестве с Якобом ван Эйком они превратили карильон в полноценный музыкальный инструмент, отлив первый настроенный карильон в 1644 году. Братья Хемони считаются первыми из современных западных производителей колоколов, которые использовали научный подход к отливке колоколов. оптимальная форма и настройка колоколов на гармонические принципы.
Колокола, предназначенные для создания функционального звука, обычно изготавливаются путем литья колокольного металла , сплава бронзы . На протяжении всей истории существовало множество экспериментов с композицией; в колоколах Генриха II было почти в два раза больше меди , чем олова , в то время как гораздо более ранние ассирийские бронзовые колокола содержали в десять раз больше меди, чем олова. [10] Однако признанным лучшим составом колокольного металла является соотношение примерно 80 процентов меди и 20 процентов олова. [11] Металл с такими соотношениями используется уже более 3000 лет и известен своим резонансом и «привлекательным звуком». [12] Олово и медь — относительно мягкие металлы, которые деформируются при ударе. Путем легирования создается более твердый и жесткий металл, но при этом более эластичный, чем при использовании одного металла. [12] Это обеспечивает лучший резонанс и заставляет колокол «вибрировать, как пружина при ударе», необходимое качество, поскольку колокол может ударять на скорости до 600 миль в час [ сомнительно ] .
Силы, удерживающие олово и медь вместе, вызывают вибрации, а не трещины при ударе в колокол, что создает резонансный звук. [12] Эта комбинация металлов также приводит к получению прочного, долговечного материала, устойчивого к окислению и подверженного только начальному поверхностному атмосферному воздействию . Ярь-медянка образует на поверхности колокола защитную патину , защищающую его от дальнейшего окисления. [9] Самая твердая и прочная бронза содержит большое количество олова и мало свинца, хотя сплав с содержанием олова более 25 процентов будет иметь низкую температуру плавления, станет хрупким и склонным к растрескиванию. [9] [13]
Эта низкая температура плавления оказалась врагом третьей попытки России отлить Царь-колокол с 1733 по 1735 год. [9] В колокол так и не позвонили, а огромная плита (11,5 тонн) откололась во время пожара в Кремле в 1737 году. прежде чем его удалось поднять из литейной ямы. Горящая древесина упала в литейную яму, и решение заключалось в том, позволить ли ей сгореть и рискнуть расплавить колокол, или облить его водой и рискнуть вызвать растрескивание из-за слишком быстрого охлаждения. Был выбран последний риск, и, как опасались, из-за неравномерного охлаждения колокол был поврежден. [14] Нынешний колокол иногда называют Колоколом III (Колокол III), потому что это третья переработка; остатки старого колокола были расплавлены, а металл повторно использован для отливки нового колокола. Эта практика была довольно распространенной, поскольку металлические материалы были очень дорогими. [13] [15] Металл колоколов считался настолько ценным, что первые бронзовые монеты для Англии были изготовлены во Франции из переплавленных старых колоколов. [16]
Другими материалами, иногда используемыми для литья колоколов, являются латунь или железо . Сталь испытывалась во время оживленного периода строительства церквей в середине девятнадцатого века в Англии из-за ее экономичности по сравнению с бронзой, но оказалось, что она не долговечна, и производство было прекращено в 1870-х годах. [17] Они также были сделаны из стекла, но, хотя колокола этого типа издавали успешный звук, это вещество, будучи очень хрупким, не могло выдержать продолжительное использование колокольчика. [16]
По народной традиции металл колокола содержал золото и серебро как составные части сплава, поскольку записано, что богатые и набожные люди бросали монеты в печь, когда колокола отливали на погосте. Считалось, что эта практика улучшает тон колокола. Однако это, вероятно, ошибочно, поскольку не существует достоверных анализов колокольного металла, древних или современных, которые бы показали, что золото или серебро когда-либо использовались в качестве составной части сплава. Если использовать его в больших количествах, добавка повредит тон, а не улучшит его. [16] [18] Небольшие количества других металлов, обнаруженных в старом металле колокола, вероятно, являются примесями в металлах, используемых для формирования сплава. [16]
Декоративные колокольчики могут быть изготовлены из таких материалов, как рог, дерево и глина. [13]
Принцип литья колоколов практически не изменился с XII века. Колокола отливаются горловиной вниз в форме, состоящей из двух частей, состоящей из стержня и надеваемой на него мантии или мантии . Они изготавливаются с точными профилями, поэтому между ними существует воздушное пространство, заполненное расплавленным металлом. [19] [13]
Сначала профиль раструба рассчитывается в соответствии с точными спецификациями, чтобы гарантировать его правильную настройку. Два деревянных шаблона, называемые «досками», используются для придания формы глине. Один соответствует размерам внешнего колокола (называемого корпусом или колпаком); другой соответствует внутреннему колоколу (называемому сердечником). [13] Как правило, эти доски представляют собой профили заготовки, которые были разработаны эмпирическим путем и путем расчетов для каждого размера колокола.
Точная модель внутренней поверхности колокола создается на опорной плите с использованием пористых материалов, таких как кокс , камень или кирпич . Затем его сначала покрывают песком или суглинком (иногда смешанным с соломой и конским навозом) и глиной, чтобы сформировать гладкий профиль. Профилю придается внутренняя полоска. Его также называют «ложным колоколом», а затем его сушат при слабом нагревании в печи. Затем фальшивый колокол покрывают расплавленным воском, а сверху вручную наносят фигуры и надписи , также изготовленные из воска. Фальш-колокол покрыт тремя слоями огнеупорной глины, а затем заключен в стальной кожух. Пустое пространство между ложным колоколом и мантией заполняется цементом и оставляется для затвердевания, прежде чем мантию снимут. Ложный колокол откалывается от внутреннего ядра, оставляя воск и цемент. Остатки фальшивого колокольчика удаляются паяльной лампой. Затем форму ставят на коксовый огонь, чтобы расплавить оставшийся воск и испарить накопившуюся воду. [13]
Вместо использования стальной оболочки и цемента внутренние и внешние формы также можно полностью изготовить из суглинка. В этом случае формы обычно изготавливаются наизнанку — сначала внутренняя форма поверх коксового, каменного или кирпичного сердечника, затем ложный колокол с восковыми украшениями, как указано выше, и, наконец, внешняя форма с добавлением железного кольца и волокна ( например, конопля) подкрепление. На этом этапе вставляется стальная скоба , на которой будет висеть хлопушка. Разделительные агенты используются для предотвращения слишком тесного прилипания ложного колокола к обеим формам. Наконец, после поднятия внешней формы ложный колокол можно разрушить, а внешнюю форму опустить обратно на внутреннюю форму, готовую к отливке. [20] [21] [13]
Внешняя форма колокола в куполе или кожухе опускается на внутреннюю форму, и они сжимаются вместе, оставляя между ними пространство, которое заполняет расплавленный металл. Полная форма иногда находится в литейной яме, которая стабилизирует ее и обеспечивает более медленное охлаждение, или над землей на открытом воздухе, в зависимости от традиций литейного производства. [22]
Сырье из меди и олова плавится в печи до тех пор, пока оно не станет жидким при температуре примерно 1100 °C (2010 °F). Часто добавляют бронзовый лом старых колоколов, особенно если отлитый колокол заменяет существующий колокол, который фактически перерабатывается.
Жидкий металл очищают от примесей, затем разливают в форму, используя либо наклонный ковш, подвешенный на кране, либо систему кирпичных каналов, построенных в литейной яме, которая позволяет металлу течь непосредственно из печи в литейную яму. индивидуальные формы. [20] Когда металл поступает в форму, отверстия в верхней части мантии обеспечивают выход газов, в противном случае существует риск, что колокол станет пористым и подверженным растрескиванию. [13] Пористость также может развиться, если форма влажная, не имеет нужной температуры или металл при заливке недостаточно горячий. Отливке дают остыть в течение нескольких дней, а для охлаждения больших колоколов может потребоваться более недели. Маленькие колокольчики весом менее 500 фунтов (230 кг) можно вынуть из форм на следующий день. [23]
После остывания колокола и оборудования форма, в которой находится только что отлитый колокол, поднимается из ямы за выступающие цапфы корпуса колокола. Пластина с сердечником разжимается, и сердечник выламывается. Затем колокол осторожно извлекают из футляра. На этом этапе любой оставшийся суглинок, прилипший к колоколу, счищается, а обломок (лишний металл), который мог образоваться под краем колокола - из-за сжатия формы в присутствии горячего металла, - обрезается. На этом процесс литья завершен. [24]
Колокола отлиты с определенными профилями, которые были усовершенствованы в начале 20 века, чтобы гарантировать их гармоническую настройку путем удаления небольшого количества металла для регулировки их гармоник. Для карильона или английского звонка из колоколов полного круга ударная нота каждого колокола должна соответствовать диатонической гамме других, и для этого гармоники каждого колокола должны быть настроены так, чтобы гармонировать с его ударной нотой. Поскольку на ударную ноту колокола слегка влияют его гармоники, это может быть итеративным процессом. Первоначальная оценка проводится для получения среднего шага шкалы, поскольку он зависит от допусков отливки. Из-за этого компромисса большие колокола не всегда настроены на концертную высоту .
На протяжении веков много экспериментов и испытаний было посвящено определению точной формы, которая позволила бы получить наилучший звук. На заре литья колоколов профилирование колоколов осуществлялось эмпирическими методами, а внутренняя часть колокола или край выступа скалывались, чтобы отрегулировать настройку после отливки. [25] С изобретением современного металлообрабатывающего оборудования это стало более точно выполняться с помощью токарно-винторезного станка с вертикальной настройкой, который мог удалять металл в любом положении вверх по талии раструба, что позволяло настраивать различные гармоники и надежно вводить гармоническую настройку. в производственный процесс.
Металл можно удалить только в процессе тюнинга; его нельзя добавить. Поэтому раструб отливается с профилем немного более толстым, чем это необходимо для гармонической настройки. Для настройки колокола его помещают на вертикальный настроечный станок, и при вращении режущим инструментом удаляют металл. Настройщик колоколов должен быть высококвалифицированным и ранее использовать камертоны для настройки; Сейчас это делается электронным способом, но по-прежнему требует больших навыков ручного использования режущего инструмента. Только так можно гармонично настроить колокола.
Самые сильные гармоники колокола настроены так, чтобы находиться с интервалом в октаву ниже номинальной ноты, но другие ноты также необходимо привести в правильное соотношение. [26] Как правило, чем меньше колокольчик, тем выше его высота , при этом частота звука колокольчика зависит от квадрата его толщины и обратно пропорционально его диаметру. [16] Толщина церковного колокола в самой толстой части («звуковой лук») обычно составляет одну тринадцатую его диаметра. [9]
Если колокол смонтирован литой, без какой-либо настройки, его называют «девичьим колоколом». Русские колокола обрабатываются таким образом и отливаются под определенный тон. [9]
Предпочтительным материалом для колокольчика было кованое железо , но, поскольку его больше нет в наличии, теперь используются деревянные или чугунные языки. [27] [28] Колотушка или язычок изготавливается по тому же процессу, что и колокол. Особое внимание уделяется отливке хлопушки надлежащего веса, поскольку слишком легкая хлопушка не передаст истинные тона колокола, а тяжелая хлопушка может привести к растрескиванию колокола. [13] В верхней части колокола просверлены отверстия, а язык прикрепляется к внутренней части колокола либо металлическим звеном, либо кожаным ремешком. Наконец колокол устанавливается в башне. [9]
Китай, кажется, произвел самые ранние колокола в мире... самые ранние металлические колокола, возможно, были созданы на основе керамических прототипов, которые, по-видимому, восходят к позднему этапу культуры Ян-Шао (начало третьего тысячелетия до нашей эры).
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )