Использование спектрально-акустических методов контроля качества колоколов

В наше время, когда происходит возрождение Православия на земле Русской, получили вторую жизнь казалось бы навсегда забытые ремесла и искусства. Одним из них является литье колоколов.

Современные колокололитейщики сталкиваются с большими трудностями, вызванными разрывом традиций, утерей опыта колокольного литья, который накапливался веками. Сейчас многое, практически всё, надо начинать заново. Но непреодолимых трудностей не бывает. В России появляется все больше колокололитейных предприятий. Это не может не радовать, но есть в этом процессе и отрицательная сторона – часто низкое качество изготавливаемых колоколов. Одно дело, когда колокола изготавливает предприятие, имеющее для этого необходимое производственное оборудование, опыт работы, а, главное, дорожащее своей репутацией, и совсем другое – когда приходится покупать колокол у начинающих колокололитейщиков, или, того хуже, на предприятии, поставившем во главу угла своей деятельности получение прибыли любой ценой.

В свете этой проблемы особенно остро встает необходимость разработки методов контроля качества колоколов, причем как новых, приобретаемых на заводе, так и старых, исторически ценных. Первые необходимо проверять при покупке на отсутствие литьевых дефектов, на качество звучания (благозвучие), и т.д., а последние – на общее состояние, наличие эксплуатационных дефектов (сколов, трещин), наличие литьевых дефектов. Хотя сам возраст этих колоколов свидетельствует об отсутствии в них критических заводских дефектов, тем не менее – каждый литьевой дефект является потенциально опасным, здесь могут концентрироваться напряжения, которые в последствии могут привести к образованию трещин и т.д. На основании дефектоскопического обследования определяется пригодность колокола к дальнейшему звону. Как известно, колокольная бронза стареет и исторически ценный колокол может разрушиться в процессе звона, поэтому разумно вовремя оценить его состояние и может быть правильнее провести его своевременное «лечение» или продумать для него щадящий режим использования. Бывают и крайние случаи, когда приходится отправить колокол в музей, а на звонницу приобретать новый. Этим мы можем способствовать сохранению нашего исторического наследия.

Новые колокола также требуют диагностики своего состояния. Как известно, колокольная бронза – вещь хрупкая, особенно зимой, при температурах ниже минус 20 градусов Цельсия. В это время звон в колокола требует особой осторожности. Опытные звонари это знают и принимают соответствующие меры. Тем не менее, иногда происходят случаи раскола колоколов (образования в них трещин). Если в колоколе образовалась трещина, то его можно отремонтировать, для этого существует довольно много способов, от сложных и дорогих (сварка) до довольно простых и относительно дешевых (остановка роста трещины путем снятия напряжений достигается сверлением отверстий на ее концах). Но независимо от способа, успех ремонта колокола в значительной мере зависит от своевременности его начала. На ранних этапах развития трещины ремонт, как правило, проходит успешно и не требует очень больших капиталовложений. По мере развития трещины, сложность и стоимость ремонта растет, а шансы на успех падают. Исходя из выше сказанного, важность контроля качества колоколов трудно переоценить.

В Московском Колокольном Центре разработана и многократно проверена на практике методика диагностики колоколов как после их отливки, так в процессе эксплуатации. Данная методика включает в себя следующие виды неразрушающего контроля и диагностики:

Визуальный осмотр.
Цветная дефектоскопия.
Ультразвуковая диагностика.
Рентгенография.
Спектрально-акустический анализ.

Первые четыре технологии достаточно хорошо известны в промышленности и я не буду останавливаться на их применении, хотя они и имеют некоторые особенности при диагностике состояния колоколов. Последний способ является сравнительно новым, разработан нами с учетом особенностей звучания колоколов и в печати подробно нигде не описан. В чем его суть? Собственные колебания колокола после удара происходят в трехмерном пространстве и очень сложны. Конечное его звучание зависит как от внутренних факторов, так и внешних (т.е. окружающей среды).

К внутренним факторам относятся: механические свойства материала (плотность, модуль упругости и коэффициент затухания звука), состояния материала (структура и пористость) и геометрические параметры (профиль колокола, отклонения от идеальной формы и место удара). Все эти параметры влияют, в конечном счете, на звучание колокола и любые изменения в нем могут говорить о внутреннем состоянии колокола.

Здесь возможны как статические методы исследования (анализа), так и динамические. Но оба они не возможны без проведения паспортизации колокола, включая его акустику, которая отличается своей индивидуальностью. В числе наиболее важных акустических диаграмм считаются:

частотная диаграмма в момент удара;
диаграмма затухания звука;
трехмерная частотно-временная диаграмма затухания звука.

Анализ этих диаграмм позволяет оценить качество литья, особенности музыкальной организации звучания, правильность веса языка, целостность колокола, геометрические отклонения и т.д.

Если мы знаем исходные данные по звучанию колокола, то мы можем уже отслеживать его состояние в динамике (что особенно важно для исторически ценных колоколов). Анализ изменения в вышеуказанных диаграммах уже на первом этапе (без использования других технических средств неразрушающего контроля) может выявить такие дефекты как: начало раскола колокола, изменение подвески языка, появление наклепа, старение материала и т.д. Ясно, чем своевременнее мы обнаружим эти изменения, тем раньше мы можем принять меры по их устранению или «лечению». А для этого надо планомерное динамическое отслеживание состояния колоколов. Здесь мы можем сказать, что начало этому процессу нами положено. Московским Колокольным Центром уже паспортизировано более 1200 колоколов, проводится отслеживание в динамике состояние уникальных звонниц в Ростовском Кремле, Покровском соборе в Москве, Свято-Троицкой Сергиевой Лавре. И нам думается, что со временем это даст положительные результаты.

В заключение хотелось бы отметить, что идея паспортизации колоколов не нова, у нас в стране ее основоположником является блаженной памяти настоятель Успенского Собора Ростовского Кремля протоиерей Аристарх Израилев. В конце XIX века он с помощью изобретенного им акустического прибора и изготовленных им самим специальных камертонов измерил основные тона уникальных колоколов Ростовской звонницы. Эти камертоны до сих пор хранятся в музее Ростовского Кремля. Дошедшие до нас научные труды отца Аристарха содержат уникальные данные, которые оказывают неоценимую помощь сегодняшним исследователям колоколов. Одним из таких трудов является его книга «Ростовские колокола и звоны», 120 лет со дня выхода которой мы отмечаем в этом году.

Хадорич А.Б., Шариков П.В.

ЛИТЕРАТУРА:

Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Контроль качества сварочных работ. М., 1986.
Алешин Н.П., Лупачев В.Г. Ультразвуковая дефектоскопия, Минск, 1987.
Волченко В.Н. Контроль качества сварных конструкций. М., 1986.
Выборнов Б.И. Ультразвуковая дефектоскопия. М., 1985.
Денель А.К. Дефектоскопия металлов. М., 1972.
Ермолов И.П., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля. М., 1987.
Румянцев С.В., Штань А.С., Гольцев В.А. Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. М., 1982.

Mus.Публикации

Биосинхронизированная лазерная терапия с модуляцией лазерного излучения музыкой (БСМЛТ)...
С древних времен известно благоприятное влияние музыки на психику и общее здоровье людей, состояние животных и рост растений, причем самое сильное воздействие оказывает древнейший компонент музыки - ритм

Влияние музыки на мозг человека
Звук есть вибрация, а на нашей земле вибрирует все. По этой причине на Земле нет предмета, который нельзя было бы слушать - Джон Кейдж (1937г.)

Влияние музыки на подсознание человека
Никогда в истории человечества не звучало столько музыки. Но на самом деле она не просто звучит – она исполняет свою функцию программирования

Влияние музыки на развитие ребенка.
Занятия музыкой требуют не только непрестанного труда и волевых усилий детей, но и несокрушимого родительского терпения, профессионалами из них становились единицы, но учили все-таки всех или почти всех и считали это необходимым. Почему?

Запись электрогитары. Пол Уайт
Если следовать теории эволюции, чем дольше существует что-либо, тем сложнее оно становится, и это справедливо так же в отношении электрогитары, "эволюция" которой продолжается уже более полувека

Звучание колоколов и время
Акустические характеристики: частотные спектры в момент удара и при установившемся основном тоне, диаграммы затухания звука по времени...

Использование колоколов и бил в музыкальной терапии
Музыкальная терапия - лечение звуком, прежде всего музыкальным, который в процессе исторического развития культуры отобран и организован в определенную систему

Кельтская музыка
Кельтская музыка - что это такое на самом деле? Наверняка Вы не раз читали, слышали и, может быть, даже сами употребляли эту фразу в разных сочетаниях – «кельтская музыка», «музыка кельтов» и даже «традиционная кельтская музыка»...

Колядки. Русские рождественские колядки
Как правило у колядок нет авторов, они часто неграмотны литературно, но великолепны по своему смысловому строю, по искренности и радостной доброте

Музыка в машине влияет на скорость вождения
Темп музыки, которую водитель слушает в пути, влияет на характер движения

Музыка в машине своими силами
Процесс построения музыкальной системы в автомобиле состоит из следующих этапов: прослушивание и выбор компонентов, шумовиброизоляция автомобиля