A pag. I04.01 "Progettazione e Costruzione di una Campana", si sono già menzionate le campane di bronzo.

La composizione usuale è circa il 79% di rame, stagno 19% e 2% di altri metalli quali piombo, zinco, ferro, ecc.

L’esperienza ha dimostrato che questa è la miglior lega per la fusione di campane. In particolare stiamo parlando del suono. Il tono puro di una campane, la relazione corretta tra parziali, dunque, non sono influenzate in alcun modo da qualsiasi materiale o lega.

Pertanto, è possibile in linea di principio, intonare perfettamente anche una campana di piombo. Tuttavia, che una tal campana suoni è una questione completamente diversa. Presumibilmente non si potrebbe sentire altro che un tonfo. Ne consegue che anche la funzione che le campane siano di bronzo, è perché esso garantisce che il suono della campana sia ricco e luminoso nonché durevole abbastanza a lungo.

Istintivamente sappiamo, naturalmente, che tra un metallo e una lega il suono è più brillante in una lega. Qualcosa di simile vale per le campane di bronzo.

 In questa composizione la lega è composta di cristalli relativamente grandi e di notevole durezza, che sono confinati in una miscela di cristalli più piccoli duri e morbidi (Cfr. immagini e spiegazione delle leghe di bronzo per campane a pag. I04.04 "Rifusione di una campana esistente").

Poi lo stagno aumenta il numero di cristalli duri e riduce il numero di cristalli morbidi. La campana di bronzo è così. Più è alto il tenore di stagno e più la campana è ricca di suono. Il limite è a circa il 32% di stagno. Inoltre considerato il bronzo come una struttura cristallina, essa fornisce campane totalmente differenti.

Ma il 32% non è del tutto fattibile, perché per considerazioni pratiche occorre un limite inferiore. Bronzo con oltre il 25% di stagno sarebbe così difficile da fondere e così fragile, che una campana siffatta già dopo pochi colpi sarebbe ridotta a pezzi.

Incidentalmente questo implica che le campane finora trattate potrebbero avere un tenore di 24% di stagno. Poiché a parte il fatto che lo stagno è più costoso del rame, è ovvio farne un uso parsimonioso, con il 24% si ottiene una resa sonora di campane che suonano abbastanza brillanti. Per questo motivo si preferisce usarlo tra il 19 e il 22%. Per campane che diventano sempre più piccole, si può crescere in stagno fino al 25%. E’ uno dei modi in cui si creano campane più potenti in grado di competere con le campane grandi di un carillon.

C’è anche un limite inferiore sotto il quale le campane di bronzo sono prive di significato. Questo è del 16%, sotto cui la forza che lega i cristalli della lega scompare. Un bronzo fuso con il tenore di stagno del 10% suona come una scatola di latta.

Una delle caratteristiche che si possono osservare è che l’accordatura del fondamentale e degli armonici non tiene. Ciò equivale a dire che occorrono pochi secondi perché il suono si formi completamente e campane buone (valgono 0,6 il diametro), mentre con stagno a bassa percentuale il fatto è ascoltabile per la metà o anche meno, mentre le parziali del vano superiore si possono ascoltare soltanto nel transitorio di attacco.

Nel frattempo, un tenore di stagno corretto è già una garanzia che la campana sarà davvero buona. Le aggiunte svolgono un ruolo importante.

Il piombo può ad alte concentrazioni, ad esempio oltre il 4%, avere un ruolo fatale. Questo metallo in realtà non è riconosciuto dai cristalli, ma si annida tra essi. Il risultato è che le vibrazioni della campana sono rallentate. L’esperienza ha inoltre dimostrato che vi sono circostanze in cui un eccesso di piombo ha conseguenze meno catastrofiche. Ad esempio, una quantità supplementare di stagno fa un po’ da compensazione. L’inquinamento da piombo è una causa abbastanza comune. E’ anche noto che il bronzo senza piombo è estremamente costoso. Il compromesso dovrebbe essere di circa 1-2%.

Le altre aggiunte devono stare in genere sotto il 2%. Possono esserci tracce di zinco, ferro, nichel, antimonio, fosforo, ecc. Dal punto di vista acustico, presi in piccole concentrazioni, si possono tollerare ferro e nichel, zinco antimonio e fosforo.

Consideriamo la seguente composizione: 78,0 % rame, 19,5% stagno, zinco 0,5%, 0,4% nichel, antimonio 0,3%, ferro 0,1%, 0,1% fosforo e altri 1,1%. Tale lega reagisce acusticamente come 78,5 % rame, 20,4 % stagno, 1,1% piombo. Questo potrebbe portare alla conclusione che zinco, stagno e antimonio sono molto più costosi da sostituire. Esperimenti in questa direzione, tuttavia, sono rimasti senza un risultato chiaro.

Se si fa una fusione di campane in bronzo di buona qualità, con il tenore di stagno corretto e le aggiunte che non superano il massimo prescritto, si può allora essere certi che la campana suona bene? No! La qualità della preparazione della fusione gioca un ruolo decisivo.

Un difetto che si verifica spesso, per esempio, è che le armoniche superiori hanno un tono breve e quindi il suono finale è confuso. Nella maggior parte dei casi, la causa di una colata dannosa è una porosità. La struttura stretta del bronzo, come risultato della porosità, è che assorbe più energia vibrazionale del solito per unità di tempo ed essa viene convertita in calore. In questo modo si emette meno energia vibrazionale nell’aria e il suono della campana sarà più debole e compatto. Oppure, per dirla in altro modo: lo smorzamento del materiale smorzante interno è più grande del normale. Studi hanno dimostrato che anche la porosità gioca un ruolo nella formazione del suono. Ad esempio, i diametri dei fori di porosità di circa 1 mm costituiscono un’imbottitura extra attorno alla doppia ottava di una campana do4 o do6.

Tuttavia, è evidente che la porosità più grossolana causa l’attenuazione aggiuntiva alle basse tonalità. Viceversa, si può dire che, poiché l’attenuazione eccessiva dipende solo dalla sezione trasversale della porosità, in campane molto pesanti l’effetto è trascurabile, e che, l’effetto danneggia di più le campane piccole il cui suono è in proporzione più breve. Pertanto, occorre porre particolare attenzione allo stampaggio di campane piccole.

In tutto questo, naturalmente, sarà chiaro che possono essere possibili inclusioni di ossidi di ferro anche nella colata (cfr. pag. I04.01 "Progettazione e Costruzione di una Campana").

Le campane di bronzo grandi, correttamente progettate, danno un bel suono. Non si è ancora parlato di altre buone qualità del bronzo che potrebbero portare a questi risultati.

Sarebbe accettato che se da un modello identico ad un altro si partisse per creare due campane identiche, una fatta di bronzo e l’altra di acciaio, si otterrebbe che la campana di acciaio suona una quinta superiore rispetto a quella di bronzo. Ciò significa, che se il bronzo o altra lega non portano alcun contributo alla purezza interiore, tuttavia il tipo di lega è responsabile per la percezione dell’orecchio assoluto.

In caso contrario, formulando questo esempio, si potrebbe sostenere che una campana di acciaio, con la stessa intonazione di una in bronzo è 1,5 volte più grande.

Dopo tutto una quinta corrisponde a un rapporto di 3:2. La campana di acciaio ha quindi superficie maggiore (l² = 2,25), per cui l’aria vibra di più, come mostrano i calcoli, e che ha frequenza più alta delle parziali.

Lo smorzamento del cielo della campana, l’attenuazione acustica esterna, è maggiore nelle campane di bronzo rispetto a quelle di acciaio. E ciò significa anche che una campana di acciaio suona meno di quella di bronzo, e questo, nonostante il fatto che il materiale acciaio è meno ammortizzante del bronzo. Quindi occorre lasciar perdere assolutamente le campane di acciaio che non hanno sonorità rispetto a quelle di bronzo, nonostante chi cerca di farne una buona vendita costando meno del bronzo.

Sono ancora migliori le proprietà del bronzo rispetto a quelle di altre leghe.

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