Колокольная бронза (статья)

Лучшим колокольным сплавом в настоящее время считается бронза, содержащая 78—80% меди, 20—22% олова и не более 1—2% примесей (в ответственных случаях не более 1%) '. Внешне сплав такого состава кажется ничем не примечательным — обычная оловянистая бронза, отличающаяся от других бронз (скульптурной, монетной, медальной, технической) только высоким содержанием олова. В то же время исторически колокольная бронза предстает одним из самых загадочных из известных человеку металлических сплавов, окутанным клубком мифов и легенд, многие из которых живы и сегодня.

Напомним некоторые из этих легенд. Во-первых, это легенды, связанные с восприятием звучания ударных музыкальных инструментов и их многообразными функциями2. Независимо от условий возникновения и проявления в рамках самых различных культур, с колокольным металлом традиционно ассоциировалась вера в очистительную, охранную, катартическую, заклинательную, профилактическую или апотропеическую силу. Наиболее устойчивый тип психологических переживаний, вызываемых звоном металла,— обращенность в силам природы, к небу, к высшему идеалу, к активному доброму началу. Отсюда одна из основных функций — защита от бесов и злых духов3. Другой тип ассоциаций — посвященность, избранность, колокольный звук — «музыка царей и критерии мировой гармонии» \ использование колоколов или колокольчиков поэтому скорее всего позволялось избранным — жрецам, прорицателям, знахарям.

Звучащий предмет (колокол, колокольчик, бубен, тамбурин) мог служить также для предсказания судьбы, включаться в систему шаманской практики в качестве экстатического и оргиастатического инструмента, использоваться в погребальном обряде, вотивном приношении, в различных церемониальных обрядах, но прежде всего являлся музыкальным инструментом, использовавшимся в культовой практике. Крупный историк музыки  Н. Финдейзен давал следующую характеристику этому специфическому феномену: «Известно, что библейские первосвященники имели на концах своего паллиума колокольчики. При освящении и очищении жертв, а также во время молитв жрецы Прозерпины в Афинах звонили в колокольчики. В глубокой древности романские народы воздвигали жертвенник рядом со священным деревом, на котором были повешены колокольчики. Точно так же в старину для удаления злых духов из дома („очищение") его окропляли очистительной водой при звоне колокольчиков. Таким образом, колокола и колокольчики уже в древнейшее время являлись символом очищения, предохранения и заклинания против злых духов и обязательным атрибутом всевозможных молитв и религиозных обрядов, и это значение их сохраняло, конечно, свою силу при погребальных обрядах, так же как пережиток их можно найти, например, в тех же атрибутах и „действах" шаманов и других служителей религиозных культов многих современных нам нехристианских и полудиких племен» 5.

Сходную характеристику находим у Дж. Фрезера: «С древних времен существует общераспространенное поверье, что бесов и духов можно обратить в бегство звоном металла — мелодическим ли треньканьем бубенчиков, зычным ли голосом колоколов, резким ли бренчаньем цимбалов, гуденьем ли гонга или просто лязгом железных или бронзовых тарелок, ударяемых молотком, палкой или одна о другую. Поэтому при обрядах изгнания беса заклинателю нередко предписывается звонить в колокольчик, который он держит в руке, или же привязывать к той или иной части тела целую связку бубенчиков так, чтобы они бренчали при каждом его движении... Эти представления о ненависти духов к звону металла не угасли со смертью язычества. Они продолжали жить во всей своей силе и при христианстве -в средние века и много позже... В христианские времена самым противным звуком для вражьего слуха являлось стройное   и   торжественное   пение церковных колоколов»6.

Другой цикл легенд относится скорее к технической стороне явления — это, так сказать, производственные легенды. Среди них назовем прежде всего легенду о том, что рецепт колокольного сплава представляет собой недоступный непосвященным «секрет» (хотя этот секрет свободно воспроизводится всемирной литературой по бронзолитейным ремеслам), затем легенду о том, что для красивого (серебряного. малинового) звучания колокольный сплав должен обязательно иметь примесь серебра (хотя те же источники или молчат об этом, или настойчиво отрицают необходимость серебра), затем поверья о том, что и другие металлические предметы (кулинарные и фармацевтические ступки, купели, монеты) в особых случаях также могли изготавливаться из «благоприятствующего» колокольного сплава; сюда же, по-видимому, следует отнести обычай распускать слухи исплетни во время литья колоколов, призванный гарантировать удачную отливку, застраховав колокол от дурного глаза "'.

Таковы факты внешней жизни колокольного сплава. Ни один другой из освоенных человеком металлических сплавов (разве что зеркальный сплав — бронза с 32—33% олова) не породил столько поверий и связанных с ними обрядов и не был в столь высокой мере опоэтизирован в мировой литературе, как колокольная бронза — «король, венец металла» («Про все звенит венец металла...» — Шиллер, «Песнь о колоколе»).

Рецепт колокольного сплава восходит к глубокой древности. Наиболее ранняя попытка письменной фиксации рецепта относится к древнему Китаю (III в. до н. э. или ранее) — это ремесленная глава «Као-гун-цзи» книги «Чжоу-ли» («Чжоуские церемонии») 8, где рецепт фигурирует в виде пропорции из пяти частей меди к одной части олова. На европейской почве состав колокольного сплава впервые упоминается в знаменитом трактате бенедиктинского монаха Теофнла «Краткое изложение различных искусств» — первой европейской ремесленной энциклопедии (первая половина XI в.): «Когда медь таким образом будет выплавлена, к ней примешивается пятая часть олова и таким образом приготовляется тот металл, из которого делаются колокола»; «Пятую или шестую должно составлять олово, обе составляющие части должны быть очищены, прежде чем они будут смешаны, с тем, чтобы они хорошо звучали» 9.

В средневековой Европе рецепт циркулирует, по-видимому, посредством списков сочинения Теофила. В XVI в. мы находим его в «Пиротехнии» Ваноччо Бирингуччо («Те. кто хотят делать колокола, кладут 23, 24, 25 или 26 фунтов олова па каждые сто фунтов меди в зависимости от тона, а также в зависимости от того, большими или малыми должны быть колокола и должен ли быть тон глубоким или резким и ясным») 10, в XVII в.— во «Всеобгцей гармонии» Марена Мерсенпа («Опыт показал, что лучший материал должен состоять из 3, 4 или 5 частей чистой, или красной меди на одну часть корнуэльского, или английского олова. Колокольные мастера дают 20 фунтов олова на 100 фунтов меди, но эта практика, по-видимому, допускает большую свободу, так как часовщики кладут одну треть олова в колокола для курантов, что делает их очень звучными, другие же литейщики дают тем больше олова, чем более прекрасный звук они стараются получить. Однако во всем этом деле нужна большая осторожность, так как если в сплаве слишком много олова, то колокол может разбиться, а если в нем слишком мало олова, то колокол будет звучать, как котел») В XVIII в. рецепт попадает в знаменитую «Энциклопедию наук, искусств и ремесел» Дидро и Даламбера («Что касается состава металла, то наилучшим является состав из трех частей красной меди и одной части высококачественного олова... Пропорция из трех частей меди к одной части олова не столь хорошо утвердилась, чтобы от нее нельзя было уклониться. В большие колокола дают пропорционально больше меди, чем в малые. Эта проблема — соотношение материалов в сплаве в зависимости от размера колоколов с тем, чтобы получался наилучший звук,— еще требует разрешения, но так как опа связана с природой материалов, то пока нет надежды, что решение может быть найдено каким-либо другим способом, кроме эксперимента; ни химия, ни музыка, ни геометрия не могут здесь приравняться опыту наощупь») 12, в XIX и XX вв.—рецепт сплава воспроизводится в источниках по бронзолитейному производству 13. специальных работах по колокололитейному делуu п крупных энциклопедиях мира. Этого же состава сплав известен на всем Востоке и как обычный колокольный сплав15, и как сплав для китайских, индонезийских, яванских гонгов и там-тамов 16, и как материал турецких тарелок 17, индийских джарла 18, вьетнамских барабанов 19, а также других ударных металлических музыкальных инструментов народов мира.

С точки зрения современной физики металлов этот сплав представляет собой типичный физический объект, основные проявления которого должны быть обусловлены его природой, собственными его физическими свойствами.

Для данной статьи потребовалось ввести и конкретизировать несколько соображений.

В своей окончательной формулировке рецепт колокольного сплава требует строгой регламентации количественного соотношения компонентов и строгого ограничения уровня примесей. Однако химический состав дает только качественную внешнюю характеристику сплава, свойства же реальных сплавов определяются тем, что образуется при данном химическом составе соответственно способу получения — обычно это конгломерат различных фаз, примесей, включений, соответственно свойства сплава могут зависеть от всех таких факторов. Здесь поэтому возникали следующие вопросы. Точность состава и чистота означают критичность к какому-то определенному фактору строения сплава. Какому? Почему состав как точен? Почему при точном составе уровень примесей так ограничен?

В самом общем случае поведение литейного колокольного сплава (деформируемые сплавы — материал гонгов и там-тамов — на данном этапе в программу исследования не входили) следовало рассматривать с учетом его фазового строения — типа, структуры и взаимного расположения промежуточных фаз, образуемых медью и оловом в соответствии с диаграммой состояния медь — олово20. В области состава колокольного сплава эта диаграмма  

Диаграмма состояния Си — Su. Решетка типа Си Структура Y-фазы

дает две структурные со ставляющпе — а- и б-фазы: Фаза, наиболее богатая медью (а-фаза), является однофазным твердым раствором олова в меди с решеткой гранецентриров'анного куба {см. стр. 243). Для равповес-ного состояния предел растворимости меняется от десятых долей процента до 15,8% (по весу) в зависимости от температуры. Однако в силу медленности диффузии олова в меди в реальных условиях кристаллизации этот предел практически не осуществляется и при комнатной температуре все твердые растворы являются Лересыщеннымн (неравновесными) . Главным фактором, определяющим при этом фиксируемый состав а-фазы, является скорость охлаждения, зависящая в свою очередь от массы охлаждаемого металла, теплопроводности литейной формы и температуры окружающей среды. Подобно исходному металлу, а-твердый раствор мягок и пластичен, поэтому количество а-фазы в значительной степени определяет пластичность сплава.

С увеличением содержания олова первичный твердый раствор на основе меди сменяется двухфазной областью (а + б) —это т. н. эвтектоид — механическая смесь а- и б-фаз. Затем следует несколько областей образования промежуточных фаз с характерными типами кристаллических структур (б-, е-, -п-фаз) и несколько других двухфазных областей. Из всех промежуточных фаз системы Сu—Sn наибольший интерес для анализа колокольной бронзы представляет б-фаза как входящая в состав эвтектоида.

Следует принять во внимание, что в музыкальной акустике (музыкальном материаловедении) основные требования к «звучащему» материалу формулируются как наилучшее возбуждение и излучение всех частот, возникающих при ударе, и большая длительность звучания. Эти требования достижимы при наличии хороших упругих свойств, низкого затухания звука (внутреннего рассеяния энергии колебаний), высокой плотности и минимальной пористости, а также слабой зависимости от частоты всех акустически значимых параметров. Материал для музыкальных инструментов должен, кроме того, отвечать требованию стабильности и воспроизводимости упругих свойств.

И, наконец, последнее соображение. В обычном случае от хорошего сплава требуется удовлетворение сразу целому комплексу требований. Применительно к колокольной бронзе поэтому было уместно выяснить, в каком соотношении находятся такие характеристики сплава, как механическая прочность и литейные свойства. Учета требовали и экономические соопражения. Основной же вопрос формулировался при этом достаточно четко: отвечает ли найденный ремеслом состав колокольной бронзы какой-либо целесообразности — акустической, механической, технологической или экономической.

Что касается литейных, служебных п общеэстетических характеристик, то здесь ответ искать не приходилось — оловянистая бронза исторически зарекомендовала себя как сплав с прекрасной жндкотекучестью, высокой коррозионной стойкостью и выдающимися эстетическими свойствами — бронза красива. Что касается экономических факторов, то здесь тоже все было ясно — достаточно было обратиться к материалам по истории металлургии: бронза, высокооловянистая в особенности, всегда представляла собой ценный, дорогой и поэтому стратегически важный материал, поэтому меньше всего экономический фактор мог сыграть какую-либо роль в определении состава основного «звучащего» сплава.

Подробное изложение этого исследования публикуется в отдельных статьях, сейчас же сформулируем наиболее важные выводы:

1. Колокольная    бронза    представляет    собой    акустически  целесообразный сплав с оптимальными физико-механическими   характеристиками,   что   позволяет   определить его   как сплав с особыми свойствами.

2. Основной эффект, обусловливающий особенности физических проявлений сплава,— это эффект интерметалличности  на основе соединения Cu3iSn8.   Интерметаллид Cu3iSn8 относится к группе электронных фаз, доминирующим фактором существования которых является фактор электронной концентрации,   устанавливающий   связь   между   соотношением электронов и атомов, кристаллической структурой и физическими свойствами таких фаз.

Металлические соединения, образуя отдельный класс веществ, как правило, являются носителями особых свойств, отсутствующих у обычных металлов и обязанных наличию широкого диапазона изменений химической связи — от металлической до ионной с возможностями различных промежуточных н смешанных типов связи. Благодаря своим специфическим   свойствам   металлические   соединения   нашли широкое применение при создании материалов с особыми физическими свойствами. Среди них имеются соединения с уникальными сверхпроводниковыми, полупроводниковыми, магнитными, оптическими и другими свойствами ". Эти же свойства изменяются в широких пределах в зависимости от различных метастабильных и стабильных состояний металлидных систем. Решение, найденное колокололитейным ремеслом,— сплав с особыми акустическими свойствами на основе уникального интерметаллического соединения Cu3iSm с е/а = 21/13 и сверхструктурой — можно поэтому поставить в соответствие тем современным тенденциям в разработке сплавов с особыми свойствами, где интерметаллические соединения используются в качестве основы промышленных сплавов благодаря уникальному влиянию на свойства обычных материалов.

3. С наличием интерметаллида (в зависимости от его относительного   количества)   связан   цвет   сплава и — каким-то пока   непонятным   образом — тембровый   состав   звучания. Имеется четкая корреляция: при повышении содержания олова меняется одновременно и цвет — металл белеет (при составе б-фазы цвет бронзы был бы совсем белым, с отчетливо   серебряным   оттенком),   и   характер   звучания — звук становится чище, звонче, мелодичнее; качественно это отражает факт повышения доли верхних спектральных составляющих. В связи с этим представляет очень большой интерес   исследование   собственных   акустических   свойств интерметаллического соединения Cu3iSn8.

4. Физической основой исторического рецепта колокольной бронзы являются электронно-атомная структура и физические свойства кристаллических фаз. Дело в том, что и в самом общем случае электроны и атомы являются носителями свойств вещества, которые, проявляясь в макроскопических   масштабах,   обусловливают   наблюдаемые   явления. Колокольная бронза представляет собой, однако, совершенно исключительный культурно-исторический феномен взаимодействия материала, созданного человеком, с самим человеком. Поэтому представляется, что основой содержательного описания такого   сложного   явления,   которое   было   бы информативным в отношении форм его функционирования, должна быть его собственная физическая природа, т. е. первичный эффект воздействия, так же, как природа вторичного эффекта восприятия — психология и психофизиология восприятия сложных звуков