Формула малинового звона

Н. И. Кутузов
Химия и Жизнь №9, 1982 г., с. 88-92

В синем небе, колокольнями проколотом,
медный колокол,
медный колокол
то ль возрадовался, то ли осерчал...
В. Высоцкий.

Колокола в наши дни стали принадлежностью музеев. Знаменитые Ростовские звоны легче услышать в звукозаписи или в кино, чем на натуре, в Ростове Великом. Тем не менее искусство колокольных дел мастеров осталось составной частью национальной культуры. И поныне остается загадкой, как удавалось нашим предкам без измерительных приборов и точного анализа сплавов создавать «стозвонные» колокола - каждый со своим голосом. Размеры этих певунов становились все больше и больше. И наконец, в 1735 г. литейщик Михаил Моторин отлил известный теперь во всем мире Царь-колокол весом 12 327 пудов, то есть больше 197 тонн. Для таких отливок требовались особые сплавы: прочные, легкоплавкие, текучие, а после твердения - достаточно «музыкальные». Наиболее подходящими оказались известные издревле оловянистые бронзы, иногда именуемые колокольными. Или «певкой медью».

«ГУЛКАЯ МЕДЬ, ЗВОНКАЯ МЕДЬ»

Как известно, чистая медь плавится при 1083°С; кстати, расплав ее очень красив: окисляясь на воздухе, он приобретает цвет морской волны. Если расплав разогревать и дальше, то при высоких температурах он начинает гореть зеленоватым пламенем.

Чтобы расплавить олово, нужен меньший нагрев - всего 228°С. Когда же смешивают эти два металла, то температура плавления их сплава оказывается намного ниже, чем у чистой меди. Это было удобно: плавильные печи для колокольных бронз складывали из обыкновенного кирпича и топили дровами.

Свойства оловянистых бронз зависят прежде всего от соотношения компонентов. Чем больше олова в сплаве, тем ниже температура плавления бронзы, тем она более текуча, проще получить отливки с тонкими рисунками и надписями. Однако избыток олова отрицательно сказывается на механических свойствах сплава. Бронза становится слишком твердой и хрупкой, теряет пластичность. Например, бронзу, в которой 6% олова, можно ковать, а сплав, содержащий 27% Sn, настолько хрупок, что от удара молота разлетается на мелкие куски. На колокола шли сплавы, в которых на одну часть олова приходилось по меньшей мере четыре части меди.

Если у мастеров были чистые металлы, то составление бронзы не вызывало особых трудностей. Хуже обстояло дело, когда приходилось лить новые колокола из старых, разбитых. Во-первых, литейщикам не был точно известен состав исходного сплава. Во-вторых, бронза при переплавке становилась хуже - гуще или, наоборот, слишком жидкой в расплаве, но хрупкой после твердения. Происходило это потому, что расплав поглощал кислород, олово окислялось до оловянной кислоты.

Многолетние опыты литейщиков дали плоды: был найден способ «обезвреживания» металла старых колоколов. В расплав стали добавлять фосфор, который восстанавливал окислившееся олово.

У колокольных бронз была еще одна особенность - они требовали твердения при медленном охлаждении. Вместе с тем нельзя было и слишком затягивать процесс: сплав, твердея, распадался на составляющие (в металлургии этот процесс именуют ликвацией). Чем медленнее охлаждение, тем больше степень этого распада, тем более неоднородным получался сплав. А это сказывалось на его прочностных и «музыкальных» свойствах.

И все же колокольные мастера умели подобрать оптимальные режимы, хотя, конечно, получить совершенно однородный сплав им так и не удалось. Вот как выглядят результаты анализа проб из разных частей одного и того же колокола (первая колонка - металл верхней части колокола, вторая - средней, третья - нижней):

Свинец попал, видимо, как примесь.

Примеси не могли не влиять на прочность сплава и на чистоту звука. В колокольную бронзу иногда вполне сознательно добавляли другие металлы. Считалось, например, что от добавки серебра колокола становятся звонче, звучнее. Царь-колокол отлит из сплава, в составе которого 84,51% меди, 13,21% олова, 1,25% серы, 0,26% серебра и 0,036% золота. Но такое количество серебра и золота вполне могло присутствовать в «чистой» по тем временам меди, например колыванской, а добавление серебра в сплав носило, скорее всего, символический характер.

ЛИТЬЕ

Процесс отливки колокола был делом трудным, долгим и очень напряженным. В фильме «Андрей Рублев» достаточно точно воссоздана атмосфера этого поистине великого труда.

Сначала копали большую яму, стены ее обкладывали кирпичом или бревнами, а сверху возводили навес. Когда яма была готова, приступали к изготовлению глиняных форм. В центре ямы на подставке лепили из глины горку-болван, на нее впоследствии должен был опираться будущий колокол изнутри. В болван же вделывали петли для языка. Когда глина высыхала, ее обмазывали жиром, а поверх накладывали второй слой глины, так называемую рубашку. По толщине и форме рубашка соответствовала стенкам колокола. И рубашке давали высохнуть, а затем и ее обмазывали жиром. Вокруг нее возводили каркас из металлических прутьев, и на него накладывали последний слой глины. Заключительная сушка и обжиг конструкции в целом завершали подготовку.

После этого верхнюю часть формы поднимали, и мастер наносил на ее внутреннюю поверхность надписи, рисунки, украшения. А рубашку, которая теперь уже была не нужна, разбивали и удаляли из ямы. Опускали на место верхнюю армированную и украшенную часть формы, тщательно центровали, чтобы в пространство между ней и болваном лить расплавленный металл. Зазор был неодинаков по толщине: выше - тоньше. От профиля стенок колокола зависела гармоничность звучания.

Печи для плавки металла строили поблизости от ямы. Обычно сооружали сразу несколько печей, чтобы в них можно было подготовить весь необходимый металл. При изготовлении больших колоколов на форму и болван давили сотни пудов расплавленного металла. Чтобы форма не треснула, ее обкладывали несколькими рядами кирпичей, а иногда всю эту конструкцию забрасывали землей, которую обязательно плотно утрамбовывали. При этом создавались оптимальные условия для охлаждения металла. Известно, например, что Царь-колокол в такой упаковке остывал три дня...

ИСТОРИЯ С ГЕОМЕТРИЕЙ

От свойств сплава зависит не только сила звучания колокола, но и высота тона. Позже вывели даже математические закономерности: высота основного тона обратно пропорциональна квадратному корню из величины плотности сплава. Квадратичной зависимостью оказалась она связана и с величиной хрупкости. Было замечено, что форма колокола, соотношение между его высотой и диаметром донной части тоже влияет на звучание. Оттого русские мастера делали у колоколов более широкие основания. Вероятно, искусство мастера сводилось к тому, чтобы к данному составу бронзы подобрать подходящую форму колокола: отношение диаметра к толщине стен и высоте.

Софийская звонница в новгородском Кремле. Фото Г. Нарышкина

Один из колоколов Софийской звонницы

Интересно что вообще при ударе в колокол обычно слышны один главный и несколько добавочных тонов. Если бы стенка была по всей высоте одинаковой толщины, то добавочные тона если бы и появились, то звучали негармонично. Стенки, закономерно утончающиеся кверху, помогали добиться такой гармонии, что при ударе был слышен целый аккорд: в нижней части основной тон, вверху и посредине - большая или малая терция, а иногда и кварта, вверху - на октаву выше, чем в средней части. Такой гармонии достигали люди, понятия не имевшие о законах гармонии. И о математике, и о химии. Самородки? Гении? Мастера.

Когда лили несколько колоколов для одной звонницы, то подбирали их профили так, чтобы звучали гармонично добавочные тона всех колоколов. Обычно их лили по очереди: зная вес и диаметр предыдущего, мастер мог прикинуть, каким должен быть следующий.

На звук колокола влияет и то, как в него звонят. Если бьют подвижным языком по неподвижному телу колокола, добавочные тона возникают одновременно с главным. Так испокон веку звонят на Руси. Если же сам колокол ударяется о язык, то тогда в первый момент слышен лишь главный тон, а добавочные нарастают позднее. При быстром раскачивании колокола слышен лишь главный тон, а добавочные теряются.

«А НА КОЛОКОЛЬНЕ, УСТАВЛЕННОЙ В ЗАРЮ...»

Особо ответственным делом считался подъем готового колокола на высокую звонницу. Рядом с ним сооружали леса с блоками, через которые пропускали крепкие веревки, прикрепленные одним концом к колоколу, другим - к вороту. Начинали вращать ворот (эту работу выполняли несколько десятков людей, иногда им в помощь давали и коней), и тяжеленный кусок металла медленно подымался вверх. От колокольни к лесам шли балки, на них - катки. С помощью этих приспособлений колокол вкатывали в звонницу. Это было событием в жизни города и окрестностей. День подъема колокола становился праздником. Механикус, подрядившийся выполнять эту работу, был героем дня; если все сходило благополучно, он удостаивался награды. Были даже случаи, когда крепостные механикусы получали за свои труды вольную...

Транспортировка колокола. Фото 1902 г.

Не только заутреню или вечернее богослужение возвещали колокола. Они гремели «во дни торжеств и бед народных». Набат собирал ополчения и бунтарей. С колоколами неразрывно связаны многие страницы нашей истории.

И колокола же - отнюдь не немые свидетели народного гения.

Колокола и колокольчики

ТУЛЬСКИЙ КОЛОКОЛ НА ШИПКЕ

Главный колокол монастыря на Шипке отлит в Туле и оттуда доставлен в Болгарию. Весит он 11 тонн. Звуком этого колокола революционный комитет болгарских повстанцев в 1923 г. известил народ о начале «болгарского 1905 года» - Сентябрьского антифашистского восстания против правительства А. Цанкова, которое историки называют правительством фашистской диктатуры.

ИЗ СЕВАСТОПОЛЯ В ПАРИЖ И ОБРАТНО

В 1854 г. во время Крымской войны французы взяли в качестве трофея колокол Херсонесского монастыря в Севастополе, отлитый в 1778 г. в Таганроге из турецких пушек. В Париже его установили на одной из башен Собора Парижской богоматери.

Однако в 1913 г. колокол удалось заполучить обратно. За содействие в этом французский консул Луи Ге был награжден русскими орденами: Анны 2-й степени и Владимира 4-й степени.

СПАСЕННЫЕ РЕЛИКВИИ

Накануне захвата Новгорода гитлеровцами в августе 1941 г. два колокола Софийской звонницы - Праздничный (1614 пудов) и Воскресный (500 пудов) - были закопаны в землю, а три других, в том числе и самый маленький (весом 80 пудов), подаренный городу Борисом Годуновым, погрузили на баржу, чтобы перевезти на другой берег. От прямого попадания немецкого снаряда баржа затонула - так колокола оказались на дне Волхова. Гестаповцы потом жестоко допрашивали священника, видевшего, где затонули реликвии, требуя указать место. Старик не выдал тайны. Сейчас эти колокола снова в новгородском Кремле.

И ВСЕ 13 - В ЛАД

Самые известные в стране - звоны Ростова Великого, где все 13 колоколов соборной звонницы настроены гармонично. Три самых больших составляют мажорный аккорд: Сысой издает басовое «до», Полиелейный - «ми», а Лебедь - «соль».

МЯТЕЖНЫЕ КОЛОКОЛА

Иногда с колоколами обходились как с живыми существами. Нарекали, например, особыми именами. В летописи Устюга упоминается колокол Тюрик, а для Валдайского монастыря отлили в 1654 г. колокол по имени Никон. В московском Кремле на колокольне Ивана Великого установлены именитые колокола - Успенский, Реут (ревун), Лебедь, Воскресный.

Бывало, что колокола ссылали. Так, в 1591 г. Борис Годунов сослал из Углича в Тобольск набатный колокол, созвавший на восстание посадских людей. Этот колокол сбросили с колокольни и даже наказали кнутом. А Екатерина II приказала вырвать язык у московского набатного колокола, который призывал к бунту 1771 г. Сейчас этот колокол - в Оружейной палате Кремля.

«ДАР ВАЛДАЯ»

Легенда гласит, что новгородский вечевой колокол Иван III собирался перевезти в Москву, но по дороге, как раз на Валдае, он разбился, и будто бы из его осколков местные жители стали отливать знаменитые поддужные валдайские колокольцы.

«И колокольчик - дар Валдая...»

В XIX в. на Валдае работали три колокольных завода, на них обрабатывали в год около 900 пудов металла. Заводу купца Смирнова даже было разрешено изображать на своих изделиях государственный герб.

Колокольчик, принадлежавший Н. В. Гоголю

В с. Пурех Нижегородской губернии, в с. Суксун, г. Слободском Вятской губернии и других местах России также лили поддужные колокольчики с надписью «Дар Валдая». Отливались они даже в Швеции. Отличить шведские несложно: на их внешней стороне - русские надписи, а на внутренней - латинскими буквами.

НАЗАД