Низкое внутреннее трение и высокие механические свойства – одни из основных требований к любому материалу, который используют для изготовления колоколов и колокольчиков, бубенцов, бил, поющих чаш, звучащих элементов музыкальных инструментов ударного типа (тарелки, гонги, треугольники, чаймсы и др.), звукопроводов и т.п.

В Украине церковные колокола (басовые: благовестник, праздничный, полиелейный, воскресный, постовой; теноровые, альтовые, триольные) производят промышленные компании в числе которых ПАО "Нововолынский литейный завод", "Златовест", "Тризвон", "НПП" Благовест-1" и т.д.

Мировыми лидерами производства звучащих элементов музыкальных инструментов ударного типа являются компании: Sabian (Канада), Zildjian (США), Meinl (Германия), Paiste (Швейцария). В Украине производителем подобной продукции является компания Zalizo – первый национальный бренд, созданный в 2010-м году.

Поющие чаши (гималайские или тибетские чаши, чаши рин или судзу) – разновидность безъязычного колокола в форме чаши. Такой колокол в Азии является неотъемлемым атрибутом ряда религиозных обрядов. В настоящее время поющие чаши также используют как музыкальный инструмент, например, во время медитации и релаксации, для лечения заболеваний, связанных с нарушением биоритмов пациента, а также при исполнении музыки самых различных музыкальных стилей и направлений.

Как правило, колокола и звучащие элементы музыкальных инструментов ударного типа изготавливают из бронз или латуней. Химический состав некоторых таких сплавов приведен в табл. 1 и 2.

Таблица 1 – Состав литейных медных сплавов

Таблица 2 – Состав пластически деформируемых медных сплавов

Из числа используемых сплавов наиболее высокими акустическими свойствами обладает оловянная бронза БрО21 (колокольная бронза).

Микроструктура этой колокольной бронзы гетерогенна и состоит из насыщенного α-твердого раствора олова в меди и интерметаллидов Cu₃₁Sn₈.

С повышением содержания олова в колокольной бронзе увеличивается не только количество интерметаллидов, но и повышается качество и продолжительность ее звучания. Вместе с тем, чрезмерное количество интерметаллидов в структуре колокольной бронзы делает ее хрупкой даже при комнатной температуре. В связи с этим, максимальное содержание олова в колокольной бронзе ограничивают указанным выше значением, а крупные колокола и тарелки нередко изготавливают с пониженным (18…20%, по массе) содержанием олова. Колокола из колокольной бронзы БрО21 характеризуются большой продолжительностью и высоким качеством звучания (благозвучием), термически не обрабатываются.

При температуре ниже -20...-25 °С колокольная бронза становится хрупкой, что повышает вероятность разрушения колоколов при ударе в них. Со временем под воздействием переменных климатических условий колокольная бронза становится "рыхлой", издаваемый колоколом звук становится более низким и длительным. Существенным недостатком классической колокольной бронзы также является её относительно высокая стоимость, что обусловлено значительным содержанием в ней олова.

В этой связи целью проведенной работы была разработка менее дорогостоящего сплава (бронзы) при сохранении или повышении продолжительности звучания и тембрового диапазона изделий из него.

Результат выполненных исследований – первая украинская поющая бронза, механические свойства которой (при 18±1 °С) в сопоставлении с показателями бронзы (БрО21) приведены в табл. 3.

Таблица 3 – Механические свойства разработанной и классической колокольной бронзы (БрО21)

С технологической точки зрения, разработанная бронза характеризуется хорошей жидкотекучестью расплава и трещиностойкостью, высокой ударной стойкостью при отрицательных температурах, повышенной сопротивляемостью коррозионному растрескиванию при неизменной величине растягивающей деформации на воздухе и в нейтральном соляном тумане. Коэффициент условно свободной линейной усадки разработанной бронзы составляет ~1,4%, коэффициент абсолютно затруднённой линейной усадки – 0,7%.

Акустические параметры разработанной бронзы оценивали на литых тарелках малого диаметра, в том числе и после их термической обработки. При одинаковой громкости звучания, благозвучии, одинаковой или большей продолжительности звучания тарелки из разработанной бронзы, как и тарелки из колокольной бронзы, имеют три обертона, которые проявляют себя в более широком, чем у колокольной бронзы, частотном диапазоне (рис. 1).

Рис. 1. Частотная диаграмма звучания тарелок из колокольной (БрО21) и разработанной бронзы

При этом высота тона звучания варьируется размерами и формой тарелки, составом бронзы или, при необходимости, соответствующей термической обработкой изделия. Применение разработанной бронзы позволит изготавливать не только новые виды литых звучащих элементов музыкальных инструментов, колокола и колокольчики, но и, практически, весь ряд элементов известных музыкальных инструментов в числе которых тарелки типа Сrash, Ride, Sizzоle, Splash и т. п.