.png/1280px-Siren_(Harper's_Engraving).png)
Сирена – устройство , создающее громкий шум. Сирены гражданской обороны устанавливаются в фиксированных местах и используются для предупреждения о стихийных бедствиях или нападениях. Сирены используются на транспортных средствах служб экстренной помощи , таких как машины скорой помощи , полицейские машины и пожарные машины . Существует два основных типа: механические и электронные.
Многие пожарные сирены (используемые для вызова пожарных-добровольцев) выполняют двойную функцию: сирены торнадо или гражданской обороны , предупреждая все сообщество о надвигающейся опасности. Большинство пожарных сирен устанавливаются либо на крыше пожарной части, либо на столбе рядом с пожарной частью. Пожарные сирены также можно устанавливать на правительственных зданиях или рядом с ними, на высоких сооружениях, таких как водонапорные башни , а также в системах, в которых несколько сирен распределены по городу для лучшего звукового покрытия. Большинство пожарных сирен однотональные и имеют механический привод от электродвигателей с ротором, прикрепленным к валу. Некоторые новые сирены представляют собой динамики с электронным управлением.
Пожарные сирены часто называют пожарными свистками , пожарными сигнализациями или пожарными рожками . Хотя стандартной сигнализации пожарных сирен не существует, некоторые используют коды, чтобы информировать пожарных о месте пожара. Сирены гражданской обороны, также используемые в качестве пожарных сирен, часто могут производить попеременный сигнал «привет-низ» (аналогично машинам скорой помощи во многих европейских странах) в качестве сигнала пожара или атаки (медленный вой), обычно 3 раза, чтобы не сбивать с толку общественность. со стандартными сигналами гражданской обороны оповещения (постоянный тон) и быстрого воя (быстрый колеблющийся тон). Пожарные сирены часто проверяются один раз в день в полдень, их также называют полуденными сиренами или полуденными свистками .
Первые машины скорой помощи полагались на звонок. В 1970-х годах они перешли на двухтоновый звуковой сигнал, который в 1980-х годах уступил место электронному вою.
Незадолго до 1799 года сирену изобрел шотландский натурфилософ Джон Робисон . [3] Сирены Робисона использовались в качестве музыкальных инструментов; в частности, они привели в действие некоторые трубы органа. Сирена Робисона состояла из крана , который открывал и закрывал пневматическую трубку. Запорный кран, по-видимому, приводился в движение вращением колеса.
В 1819 году улучшенная сирена была разработана и названа бароном Шарлем Каньяром де ла Туром . [4] Сирена Де ла Тура состояла из двух перфорированных дисков, которые были установлены коаксиально на выходе из пневматической трубки. Один диск был неподвижен, а другой вращался. Вращающийся диск периодически прерывал поток воздуха через неподвижный диск, издавая звук. [5] [6] Сирена Де ла Тура могла издавать звук под водой, [7] предполагая связь с сиренами греческой мифологии; отсюда и название, которое он дал инструменту. [8]
Вместо дисков в большинстве современных механических сирен используются два концентрических цилиндра, имеющие прорези, параллельные их длине. Внутренний цилиндр вращается, а внешний остается неподвижным. Поскольку воздух под давлением вытекает из щелей внутреннего цилиндра, а затем выходит через щели внешнего цилиндра, поток периодически прерывается, создавая звук. [9] Самые ранние такие сирены были разработаны в 1877–1880 годах Джеймсом Дугласом и Джорджем Слайтом (1859–1934) [10] из Trinity House ; окончательная версия была впервые установлена в 1887 году на маяке Эйлса Крейг в шотландском заливе Ферт-оф-Клайд . [11] Когда стала доступна коммерческая электроэнергия, сирены больше не приводились в движение внешними источниками сжатого воздуха, а электродвигателями, которые генерировали необходимый поток воздуха с помощью простого центробежного вентилятора , который был встроен во внутренний цилиндр сирены.
Чтобы направить звук сирены и максимизировать ее выходную мощность, сирена часто оснащается рупором , который преобразует звуковые волны высокого давления в сирене в звуковые волны более низкого давления на открытом воздухе.
Самый ранний способ вызвать пожарных-добровольцев к огню был звонком в колокол , установленный либо на вершине пожарной части, либо на колокольне местной церкви . Когда стало доступно электричество , были изготовлены первые пожарные сирены. В 1886 году французский инженер-электрик Гюстав Труве разработал сирену, оповещающую о бесшумном прибытии своих электрических лодок. Двумя первыми производителями пожарных сирен были компания William A. Box Iron Works, которая производила сирены «Денвер» еще в 1905 году, и компания Inter-State Machine Company (позже Sterling Siren Fire Alarm Company), которая выпустила повсеместную электрическую модель «M». сирена, которая была первой двухтональной сиреной. Популярность пожарных сирен возросла к 1920-м годам, когда многие производители, в том числе Federal Electric Company и Decot Machine Works, создали свои собственные сирены. С 1970-х годов многие общины отключили свои пожарные сирены, поскольку пейджеры стали доступны для использования пожарными. Некоторые сирены до сих пор остаются резервными для пейджерных систем.
Во время Второй мировой войны британская гражданская оборона использовала сеть сирен, чтобы предупредить население о неизбежности воздушного налета. Одиночный тон означал «все ясно». Серия тонов обозначала воздушный налет.
Пневматическая сирена, представляющая собой свободный аэрофон , состоит из вращающегося диска с отверстиями в нем (называемого измельчителем, диском сирены или ротором), так что материал между отверстиями прерывает поток воздуха из неподвижных отверстий на внешней стороне сирены. блок (называемый статором). Поскольку отверстия во вращающемся диске поочередно препятствуют и пропускают воздух, это приводит к попеременному давлению сжатого и разреженного воздуха, т. е. к звуку . Такие сирены могут потреблять большое количество энергии . Чтобы снизить потребление энергии без потери громкости звука, некоторые конструкции пневматических сирен усиливаются за счет подачи сжатого воздуха из резервуара, который можно пополнить с помощью компрессора малой мощности, через диск сирены.
В английском языке США автомобильные пневматические сирены иногда называют механическими или каботажными сиренами, чтобы отличить их от электронных устройств. Механические сирены с приводом от электродвигателя часто называют «электромеханическими». Одним из примеров является сирена Q2B , продаваемая Federal Signal Corporation . Из-за высокого потребления тока (100 ампер при подаче питания) его применение обычно ограничивается пожарным оборудованием , хотя его все чаще используют на машинах скорой помощи типа IV и машинах спасателей. Его отчетливый настойчивый тон, высокий уровень звукового давления (123 дБ на расстоянии 10 футов ) и прямоугольные звуковые волны объясняют его эффективность.
В Германии и некоторых других европейских странах пневматическая двухтональная (привет-низкая) сирена состоит из двух комплектов звуковых сигналов: одного высокого тона, а другого низкого. Воздушный компрессор нагнетает воздух в один комплект звуковых сигналов, а затем автоматически переключается на другой комплект. Когда происходит это переключение вперед и назад, звук меняет тон. Его звуковая мощность варьируется, но может достигать примерно 125 дБ, в зависимости от компрессора и рупоров. По сравнению с механическими сиренами, они потребляют гораздо меньше электроэнергии, но требуют большего обслуживания.
В пневматической сирене статор — это часть, которая отсекает и снова открывает воздух, когда вращающиеся лопасти измельчителя проходят мимо иллюминаторов статора, создавая звук. Высота звука сирены зависит от скорости ротора и количества отверстий в статоре. Сирена только с одним рядом портов называется однотональной сиреной. Сирена с двумя рядами портов называется двухтональной сиреной. Поместив второй статор над основным статором и прикрепив к нему соленоид , можно многократно закрывать и открывать все порты статора, создавая тем самым тон, называемый импульсом. Если это делается во время воя сирены (а не издавая постоянный сигнал), то это называется импульсным воем. Делая это отдельно для каждого ряда портов двухтональной сирены, можно поочередно воспроизводить каждый из двух тонов взад и вперед, создавая тон, известный как Hi/Lo. Если это делается во время воя сирены, это называется вой Hi/Lo. Это оборудование также может издавать импульсный или импульсный вой. Порты можно открывать и закрывать для отправки кода Морзе . Сирена, которая может работать как с импульсным сигналом, так и с кодом Морзе, известна как кодовая сирена.
Электронные сирены включают в себя такие схемы, как генераторы , модуляторы и усилители для синтеза выбранного тона сирены (вопль, визг, пронзание/приоритет/фазер, привет-лоу, сканирование, звуковой сигнал, ручной и некоторые другие), который воспроизводится через внешние динамики. . Нет ничего необычного, особенно в случае с современными пожарными машинами, в том, чтобы увидеть машину скорой помощи, оснащенную сиренами обоих типов. Часто в полицейских сиренах также используется интервал тритона, чтобы привлечь внимание. Первая электронная сирена, имитирующая звук механической сирены, была изобретена в 1965 году сотрудниками Motorola Рональдом Х. Чепменом и Чарльзом В. Стивенсом. [12]
Паровые свистки также использовались в качестве предупреждающего устройства при наличии подачи пара, например, на лесопилке или фабрике. Они были обычным явлением до того, как пожарные сирены стали широко доступны, особенно в бывшем Советском Союзе . Пожарные рожки, большие пневматические рожки, также использовались и до сих пор используются в качестве альтернативы пожарной сирене. Многие системы пожарных сирен были подключены к пожарным ящикам, расположенным по всему городу, и это «выдавало» код, соответствующий местоположению этого ящика. Например, если потянуть ящик под номером 233, пожарный рожок издаст два звука, за которыми последует пауза, затем три звука, затем пауза, а затем еще три звука. Во времена, когда еще не было телефонов, это был единственный способ для пожарных узнать место возгорания. Закодированные взрывы обычно повторялись несколько раз. Эта технология также применялась во многих паровых свистках. Некоторые пожарные сирены оснащены тормозами и демпферами, что позволяет им также озвучивать коды. Эти устройства, как правило, были ненадежными и сейчас встречаются редко. [ нужна цитата ]
Механические сирены продувают воздух через диск или ротор с прорезями. Циклические волны давления воздуха являются физической формой звука. Во многих сиренах центробежный вентилятор и ротор объединены в единый кусок материала, приводимый в движение электродвигателем.
Электронные сирены представляют собой высокоэффективные громкоговорители со специализированными усилителями и генератором тона. Обычно они имитируют звуки механических сирен, чтобы их можно было узнать как сирены.
Для повышения эффективности сирены в ней используется сравнительно низкая частота, обычно несколько сотен герц . Звуковые волны более низкой частоты лучше проходят углы и отверстия.
Сирены часто используют рожки, чтобы направить волны давления. При этом энергия сирены используется более эффективно при ее нацеливании. Экспоненциальные рупоры достигают аналогичной эффективности при меньшем количестве материала.
Частота, то есть количество циклов в секунду звука механической сирены, регулируется скоростью ее ротора и количеством отверстий. Вой механической сирены раздается по мере того, как ротор ускоряется и замедляется. Плач обычно указывает на приступ или неотложную чрезвычайную ситуацию.
Характерный тембр или музыкальное качество механической сирены обусловлено тем, что это треугольная волна, если представить ее как давление с течением времени. По мере расширения отверстий создаваемое давление увеличивается. По мере закрытия оно уменьшается. Итак, характерное частотное распределение звука имеет гармоники, кратные основной частоте (1, 3, 5...). Мощность гармоник обратно пропорциональна их частоте. Удаленные сирены звучат более «мягко» или «теплее», потому что их резкие высокие частоты поглощаются близлежащими объектами.
Двухтональные сирены часто предназначены для воспроизведения второстепенной трети, которая с музыкальной точки зрения считается «грустным» звуком. Для этого у них есть два ротора с разным количеством отверстий. Верхний тон воспроизводится ротором с числом отверстий, кратным шести. Ротор нижнего тона имеет количество отверстий, кратное пяти. В отличие от органа, минорная терция механической сирены почти всегда физическая, а не темперированная . Чтобы добиться умеренных передаточных чисел в механической сирене, роторы должны либо иметь зубчатую передачу, приводить в движение разные двигатели, либо иметь очень большое количество отверстий. Электронные сирены легко могут воспроизвести умеренную минорную треть.
Механическая сирена, которая может переключаться между своими тонами, использует соленоиды для перемещения поворотных заслонок, которые перекрывают подачу воздуха к одному ротору, а затем к другому. Это часто используется для обозначения пожарного предупреждения.
При тестировании нежелателен пугающий звук. Итак, электронные сирены обычно издают музыкальные звуки: часто встречаются Вестминстерские куранты. Механические сирены иногда проходят самотестирование по «рычанию», т. е. работая на низких скоростях.
Сирены также используются в качестве музыкальных инструментов . Они широко представлены в произведениях композиторов- авангардистов и современных классиков . Примеры включают композиции Эдгара Вареза « Америки» (1918–21, ред. 1927), «Гиперпризма» (1924) и «Ионизация» (1931); [13] «Симфония заводских сирен » Арсения Авраамова (1922); [14] «Механический балет » Джорджа Антейла (1926); Симфония № 2 Дмитрия Шостаковича ( 1927 г.) и «Клаксон: Марш автомобилей» Генри Филлмора (1929 г.) с клаксофоном .
В популярной музыке сирены использовались в песне The Chemical Brothers « Song to the Siren » (1992) и в 60-минутном сегменте CBS News в исполнении перкуссионистки Эвелин Гленни . Разновидностью сирены, играемой на клавишных инструментах , являются вступительные ноты песни REO Speedwagon « Ridin' the Storm Out ». Некоторые хэви-метал группы также используют вступление сирены типа воздушной тревоги в начале своих выступлений. [ нужна цитата ] В первом такте « Money City Maniacs 1998» канадской группы Sloan используются несколько перекрывающихся сирен.
Правительства могут иметь стандарты для сирен, устанавливаемых на транспортных средствах. Например, в Калифорнии сирены имеют обозначение класса A или класса B. Сирена класса A достаточно громкая, поэтому ее можно установить практически в любом месте автомобиля. Сирены класса B не такие громкие, и их следует устанавливать в плоскости, параллельной ровной дороге и параллельно направлению движения автомобиля при движении по прямой. [15]
В некоторых случаях сирены также должны быть одобрены местными агентствами. Например, дорожный патруль Калифорнии утверждает определенные модели для использования на транспортных средствах скорой помощи в штате. [16] Одобрение важно, поскольку оно обеспечивает адекватную работу устройств. Более того, использование неутвержденных устройств может стать фактором, определяющим вину в случае столкновения. [ нужна цитата ]
Международный комитет SAE по аварийным световым сигналам и устройствам курирует практику SAE по аварийному освещению транспортных средств и практику использования сирен, J1849. [a] Эта практика была обновлена благодаря сотрудничеству между SAE и Национальным институтом стандартов и технологий . Хотя эта версия остается очень похожей на стандарт California Title 13 для вывода звука под разными углами, эта обновленная практика позволяет акустической лаборатории тестировать систему сирен с двумя динамиками на соответствие требованиям по выводу звука. [17]
Громкоговорители сирены или механические сирены всегда следует устанавливать перед пассажирским салоном. Это снижает уровень шума для пассажиров и делает двустороннюю радиосвязь и звук мобильного телефона более разборчивым во время использования сирены. Это также помещает звук туда, где он будет полезен. Исследование 2007 года показало, что уровень шума в салоне может превышать 90 дБ(А). [18]
Исследования показали, что сирены, установленные за решеткой двигателя или под колесными арками, производят меньше нежелательного шума внутри пассажирского салона, а также сбоку и сзади автомобиля, сохраняя при этом уровень шума для выдачи адекватных предупреждений. [19] Включение широкополосного звука в сирены позволяет улучшить локализацию сирен, как в случае с направленной сиреной , поскольку при разбросе частот мозг использует три способа определения направления звука: межушную разницу уровней , межушную разницу. Разница во времени и передаточная функция, связанная с головой . [20]
Наихудшими установками являются те, в которых звук сирены раздается над и немного позади пассажиров автомобиля, например, в случаях, когда на седане или пикапе используется динамик, установленный на световой панели. Автомобили со скрытыми сиренами также обычно имеют высокий уровень шума внутри. В некоторых случаях скрытая или некачественная установка создает уровень шума, который может необратимо повредить слух пассажиров. [21]
Механические сирены с электроприводом могут потреблять от 50 до 200 ампер при напряжении 12 вольт ( постоянный ток ) при раскрутке до рабочей скорости. Соответствующая проводка и защита от переходных процессов для компьютеров управления двигателем являются необходимой частью установки. Проводка по размеру должна быть аналогична проводке стартера двигателя автомобиля. Механические устройства, устанавливаемые на транспортном средстве, обычно имеют электрический тормоз - соленоид, который прижимает фрикционную накладку к ротору сирены. Когда машина экстренной помощи прибывает на место происшествия или останавливается в пути, оператор может быстро отключить сирену.
Электронные сирены с несколькими динамиками часто имеют мертвые зоны под определенными углами к направлению движения транспортного средства. Это вызвано разностью фаз. В некоторых ситуациях звук, исходящий из массива динамиков, может иметь фазовую компенсацию. Это подавление фазы происходит на отдельных частотах в зависимости от расстояния между динамиками. Эти разности фаз также приводят к увеличению в зависимости от частоты и расстояния между динамиками. Однако сирены спроектированы так, чтобы частота их звукового сигнала колебалась, как правило, не менее чем на одну октаву. Эта развертка сводит к минимуму эффекты отмены фазы. В результате средний уровень звука сирены с двумя динамиками на 3 дБ выше, чем у системы с одним динамиком.
Оригинал : «Si l'on fait passer de l'eau dans la Sirène, au Lieu d'air, elle produit également le son, lors même qu'elle est entièrement immergée dans ce Fluide, et les mêmes nombres de chocs produisent les mêmes Nombre de Notes par l'air. Это причина, по которой эта собственность звучит в воде, и я знаю, что это задумано».
Перевод : Если через сирену пропускают воду, а не воздух, она все равно издает звук, даже если полностью погружена в эту жидкость, и такое же количество ударов вызывает такое же количество слышимых вибраций, как и в воздухе. Именно из-за этого свойства издавать звук в воде я подумал, что могу дать ему имя, которым оно обозначается.
