.png/1280px-Siren_(Harper's_Engraving).png)
Сирена — это устройство, издающее громкий шум. Сирены гражданской обороны устанавливаются в стационарных местах и используются для предупреждения о стихийных бедствиях или нападениях. Сирены используются на транспортных средствах экстренных служб , таких как машины скорой помощи , полицейские машины и пожарные машины . Существует два основных типа: механические и электронные.
Многие пожарные сирены (используемые для вызова добровольных пожарных) выполняют двойную функцию: сирены торнадо или гражданской обороны , оповещая все сообщество о надвигающейся опасности. Большинство пожарных сирен устанавливаются либо на крыше пожарной станции, либо на столбе рядом с пожарной станцией. Пожарные сирены также могут быть установлены на правительственных зданиях или рядом с ними, на высоких сооружениях, таких как водонапорные башни , а также в системах, где несколько сирен распределены по городу для лучшего звукового покрытия. Большинство пожарных сирен однотональные и механически приводятся в действие электродвигателями с ротором, прикрепленным к валу. Некоторые более новые сирены представляют собой динамики с электронным управлением.
Пожарные сирены часто называют пожарными свистками , пожарными извещателями или пожарными рожками . Хотя стандартной сигнализации пожарных сирен не существует, некоторые используют коды для информирования пожарных о месте возгорания. Сирены гражданской обороны, также используемые в качестве пожарных сирен, часто могут издавать чередующийся сигнал «привет-лоу» (похожий на сигнал аварийно-спасательных машин во многих европейских странах) в качестве сигнала пожара или атаки (медленный вой), как правило, 3 раза, чтобы не путать общественность со стандартными сигналами гражданской обороны тревоги (устойчивый тон) и быстрого воя (быстрый колеблющийся тон). Пожарные сирены часто испытываются один раз в день в полдень и также называются полуденными сиренами или полуденными свистками .
Первые машины экстренных служб полагались на звонок. В 1970-х годах они перешли на двухтональный воздушный гудок, который в свою очередь в 1980-х годах был вытеснен электронным воем.
Незадолго до 1799 года шотландский натурфилософ Джон Робисон изобрел сирену . [3] Сирены Робисона использовались в качестве музыкальных инструментов; в частности, они приводили в действие некоторые трубы органа. Сирена Робисона состояла из запорного крана , который открывал и закрывал пневматическую трубку. Запорный кран, по-видимому, приводился в действие вращением колеса.
В 1819 году барон Шарль Каньяр де ла Тур разработал усовершенствованную сирену и дал ей название . [4] Сирена Де ла Тура состояла из двух перфорированных дисков, которые были установлены коаксиально на выходе пневматической трубки. Один диск был неподвижен, а другой вращался. Вращающийся диск периодически прерывал поток воздуха через неподвижный диск, производя тон. [5] [6] Сирена Де ла Тура могла издавать звук под водой, [7] что предполагает связь с сиренами греческой мифологии; отсюда и название, которое он дал инструменту. [8]
Вместо дисков большинство современных механических сирен используют два концентрических цилиндра, которые имеют прорези, параллельные их длине. Внутренний цилиндр вращается, в то время как внешний остается неподвижным. Поскольку воздух под давлением вытекает из прорезей внутреннего цилиндра, а затем выходит через прорези внешнего цилиндра, поток периодически прерывается, создавая тон. [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 действие внешними источниками сжатого воздуха, а электродвигателями, которые создавали необходимый поток воздуха с помощью простого центробежного вентилятора , который был встроен во внутренний цилиндр сирены.
Для направления звука сирены и максимального увеличения ее выходной мощности ее часто оснащают рупором , который преобразует звуковые волны высокого давления в сирене в звуковые волны низкого давления на открытом воздухе.
Самым ранним способом вызова добровольных пожарных на пожар был звон в колокол , установленный либо на крыше пожарной станции, либо на колокольне местной церкви . С появлением электричества были изготовлены первые пожарные сирены. В 1886 году французский инженер-электрик Гюстав Труве разработал сирену, чтобы объявить о бесшумном прибытии своих электрических лодок. Двумя первыми производителями пожарных сирен были William A. Box Iron Works, которая производила сирены «Denver» еще в 1905 году, и Inter-State Machine Company (позже Sterling Siren Fire Alarm Company), которая производила вездесущую электрическую сирену Model «M», которая была первой двухтональной сиреной. Популярность пожарных сирен взлетела к 1920-м годам, и многие производители, включая Federal Electric Company и Decot Machine Works, создавали свои собственные сирены. С 1970-х годов многие общины отключили свои пожарные сирены, поскольку для пожарных стали доступны пейджеры. Некоторые сирены до сих пор остаются в качестве резерва для пейджерных систем.
Во время Второй мировой войны британская гражданская оборона использовала сеть сирен для оповещения населения о неизбежности воздушного налета. Одиночный тон обозначал «все чисто». Серия тонов обозначала воздушный налет.
Пневматическая сирена, которая является свободным аэрофоном , состоит из вращающегося диска с отверстиями в нем (называемого прерывателем, диском сирены или ротором), так что материал между отверстиями прерывает поток воздуха из фиксированных отверстий на внешней стороне устройства (называемого статором). Поскольку отверстия во вращающемся диске попеременно препятствуют и позволяют воздуху течь, это приводит к чередованию давления сжатого и разреженного воздуха, т. е. звука . Такие сирены могут потреблять большое количество энергии . Чтобы уменьшить потребление энергии без потери громкости звука, некоторые конструкции пневматических сирен усиливаются путем нагнетания сжатого воздуха из резервуара, который может быть заполнен маломощным компрессором, через диск сирены.
В английском языке США автомобильные пневматические сирены иногда называют механическими или сиренами для каботажных судов , чтобы отличать их от электронных устройств. Механические сирены, приводимые в действие электродвигателем, часто называют «электромеханическими». Одним из примеров является сирена Q2B , продаваемая Federal Signal Corporation . Из-за высокого потребления тока (100 ампер при подаче питания) [ требуется ссылка ] ее применение обычно ограничивается пожарной техникой , хотя она все чаще используется в машинах скорой помощи IV типа и спасательных отрядах. Ее отчетливый тон срочности, высокий уровень звукового давления (123 дБ на расстоянии 10 футов ) и прямоугольные звуковые волны объясняют ее эффективность.
В Германии и некоторых других европейских странах пневматическая двухтональная (hi-lo) сирена состоит из двух наборов воздушных рожков, один с высоким тоном, а другой с низким. Воздушный компрессор нагнетает воздух в один набор рожков, а затем он автоматически переключается на другой набор. При таком переключении вперед и назад звук меняет тональность. Его звуковая мощность варьируется, но может достигать примерно 125 дБ, в зависимости от компрессора и рожков. По сравнению с механическими сиренами он потребляет гораздо меньше электроэнергии, но требует большего обслуживания.
В пневматической сирене статор — это часть, которая отсекает и снова открывает воздух, когда вращающиеся лопасти вертолета движутся мимо отверстий портов 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 известна как двухтональная сирена. Поместив второй статор над основным статором и прикрепив к нему соленоид , можно многократно закрывать и открывать все порты статора, таким образом создавая тон, называемый импульсом. Если это сделать во время воя сирены (а не звучания постоянного тона), то это называется импульсным воем. Делая это отдельно над каждым рядом портов на двухтональной сирене, можно попеременно воспроизводить каждый из двух тонов вперед и назад, создавая тон, известный как Hi/Lo. Если это делается во время воя сирены, это называется Hi/Lo wail. Это оборудование может также делать импульсный или импульсный вой. Порты могут быть открыты и закрыты для отправки кода Морзе . Сирена, которая может делать как импульсный, так и код Морзе, известна как кодовая сирена.
Электронные сирены включают в себя схемы, такие как осцилляторы , модуляторы и усилители , чтобы синтезировать выбранный тон сирены (вой, визг, пронзительный/приоритетный/фазер, привет-лоу, сканирование, воздушный гудок, ручной и несколько других), который воспроизводится через внешние динамики. Нередко, особенно в случае современных пожарных машин, можно увидеть аварийный автомобиль, оборудованный обоими типами сирен. Часто полицейские сирены также используют интервал тритона, чтобы привлечь внимание. Первая электронная сирена, которая имитировала звук механической сирены, была изобретена в 1965 году сотрудниками Motorola Рональдом Х. Чепменом и Чарльзом У. Стивенсом. [12]
Паровые свистки также использовались в качестве устройства оповещения, если присутствовал источник пара, например, на лесопилке или фабрике. Они были распространены до того, как пожарные сирены стали широко доступны, особенно в бывшем Советском Союзе . Пожарные рожки, большие рожки со сжатым воздухом, также использовались и до сих пор используются в качестве альтернативы пожарной сирене. Многие системы пожарных рожков были подключены к пожарным вытяжным коробкам, которые были расположены по всему городу, и это «выдавало» код относительно местоположения этой коробки. Например, если вытянуть вытяжной ящик номер 233, пожарный рожок издаст два звука, за которыми последует пауза, за которой последуют три звука, за которыми последует пауза, за которой последуют еще три звука. Во времена до появления телефонов это был единственный способ для пожарных узнать место пожара. Кодированные звуки обычно повторялись несколько раз. Эта технология также применялась ко многим паровым свисткам. Некоторые пожарные сирены оснащены тормозами и амортизаторами, что позволяет им также выдавать коды. Эти устройства, как правило, были ненадежными и сейчас встречаются редко. [ необходима цитата ]
Механические сирены продувают воздух через щелевой диск или ротор. Циклические волны давления воздуха являются физической формой звука. Во многих сиренах центробежный вентилятор и ротор объединены в единый кусок материала, вращаемый электродвигателем.
Электронные сирены — это высокоэффективные громкоговорители со специализированными усилителями и генераторами тонов. Обычно они имитируют звуки механических сирен, чтобы их можно было распознать как сирены.
Для повышения эффективности сирены она использует относительно низкую частоту, обычно несколько сотен герц . Звуковые волны с более низкой частотой лучше огибают углы и проходят сквозь отверстия.
Сирены часто используют гудки для нацеливания волн давления. Это позволяет более эффективно использовать энергию сирены, нацеливая ее. Экспоненциальные гудки достигают аналогичной эффективности с меньшим количеством материала.
Частота, т. е. циклы в секунду звука механической сирены, контролируется скоростью ее ротора и количеством открытий. Вой механической сирены происходит по мере увеличения и уменьшения скорости ротора. Вой обычно обозначает нападение или срочную чрезвычайную ситуацию.
Характерный тембр или музыкальное качество механической сирены вызвано тем, что она представляет собой треугольную волну, если графически изобразить ее как давление с течением времени. По мере того, как отверстия расширяются, излучаемое давление увеличивается. По мере того, как они закрываются, оно уменьшается. Таким образом, характерное распределение частот звука имеет гармоники в нечетных (1, 3, 5...) кратных основной частоте. Мощность гармоник спадает обратно пропорционально квадрату их частоты. Далекие сирены звучат более «мягко» или «теплее», потому что их резкие высокие частоты поглощаются близлежащими объектами.
Двухтональные сирены часто проектируются для воспроизведения малой терции, которая в музыкальном плане считается «печальным» звуком. Для этого у них есть два ротора с разным количеством отверстий. Верхний тон воспроизводится ротором с количеством отверстий, кратным шести. Ротор нижнего тона имеет количество отверстий, кратное пяти. В отличие от органа, малая терция механической сирены почти всегда физическая, а не темперированная . Чтобы достичь темперированных соотношений в механической сирене, роторы должны быть либо зубчатыми, либо приводиться в действие разными двигателями, либо иметь очень большое количество отверстий. Электронные сирены могут легко воспроизводить темперированную малую терцию.
Механическая сирена, которая может чередовать свои тона, использует соленоиды для перемещения вращающихся заслонок, которые перекрывают подачу воздуха сначала к одному ротору, затем к другому. Это часто используется для определения пожарной тревоги.
При тестировании пугающий звук нежелателен. Поэтому электронные сирены обычно издают музыкальные тона: распространены вестминстерские куранты. Механические сирены иногда самотестируются «рычанием», т. е. работают на низких скоростях.
Сирены также используются в качестве музыкальных инструментов . Они занимают видное место в произведениях авангардных и современных классических композиторов. Примерами служат композиции Эдгара Вареза Amériques (1918–21, ред. 1927), Hyperprism (1924) и Ionisation (1931); [13] Симфония фабричных сирен Арсения Авраамова ( 1922); [14] Ballet Mécanique Джорджа Антейла (1926); Симфония № 2 Дмитрия Шостаковича ( 1927) и «Клаксон: Марш автомобилей» Генри Филлмора (1929), в которой присутствует клаксофон .
В популярной музыке сирены использовались в песне The Chemical Brothers " Song to the Siren " (1992) и в сегменте CBS News 60 Minutes , сыгранном перкуссионисткой Эвелин Гленни . Разновидность сирены, сыгранная на клавишных , является начальными нотами песни REO Speedwagon " Ridin' the Storm Out ". Некоторые хэви-метал группы также используют вступительные сирены типа воздушной тревоги в начале своих шоу. [ требуется цитата ] Вступительный такт Money City Maniacs 1998 канадской группы Sloan использует несколько наложенных друг на друга сирен.
Правительства могут иметь стандарты для сирен, устанавливаемых на транспортные средства. Например, в Калифорнии сирены обозначаются как класс A или класс B. Сирена класса A достаточно громкая, поэтому ее можно устанавливать практически в любом месте транспортного средства. Сирены класса B не такие громкие и должны устанавливаться на плоскости, параллельной ровной дороге и параллельно направлению движения транспортного средства при движении по прямой. [15]
Сирены также должны быть одобрены местными агентствами, в некоторых случаях. Например, Калифорнийский дорожный патруль одобряет определенные модели для использования на аварийных транспортных средствах в штате. [16] Одобрение важно, поскольку оно гарантирует адекватную работу устройств. Более того, использование не одобренных устройств может стать фактором при определении вины в случае столкновения. [ необходима цитата ]
Комитет SAE International Emergency Warning Lights and Devices контролирует практику аварийного освещения транспортных средств SAE и практику сирен J1849. [a] Эта практика была обновлена в результате сотрудничества между SAE и Национальным институтом стандартов и технологий . Хотя эта версия остается довольно похожей на стандарт California Title 13 для вывода звука под разными углами, эта обновленная практика позволяет акустической лаборатории тестировать систему сирены с двумя динамиками для соответствия требованиям по выводу звука. [17]
Динамики сирены или механические сирены всегда должны устанавливаться перед пассажирским салоном. Это снижает шум для пассажиров и делает двустороннюю радиосвязь и звук мобильного телефона более разборчивыми во время использования сирены. Это также помещает звук туда, где он будет полезен. Исследование 2007 года показало, что уровень шума в пассажирском салоне может превышать 90 дБ(A). [18]
Исследования показали, что сирены, установленные за решеткой двигателя или под колесными арками, производят меньше нежелательного шума внутри салона, а также по бокам и сзади транспортного средства, при этом сохраняя уровень шума, достаточный для подачи адекватных предупреждений. [19] Включение широкополосного звука в сирены имеет возможность повысить локализацию сирен, как в направленной сирене , поскольку распределение частот использует три способа, которыми мозг определяет направление звука: интерауральная разница уровня , интерауральная разница времени и передаточная функция, связанная с головой . [20]
Худшими установками являются те, где звук сирены издается выше и немного позади пассажиров транспортного средства, например, в случаях, когда динамик, установленный на световой панели, используется на седане или пикапе. Транспортные средства со скрытыми сиренами также, как правило, имеют высокий уровень шума внутри. В некоторых случаях скрытые или некачественные установки создают уровни шума, которые могут навсегда повредить слух пассажиров транспортного средства. [21]
Механические сирены с электроприводом могут потреблять от 50 до 200 ампер при 12 вольтах ( постоянный ток ) при вращении до рабочей скорости. Соответствующая проводка и защита от переходных процессов для компьютеров управления двигателем являются необходимой частью установки. Проводка должна быть аналогична по размеру проводке к стартеру двигателя транспортного средства. Механические устройства, устанавливаемые на транспортном средстве, обычно имеют электрический тормоз, соленоид, который прижимает фрикционную накладку к ротору сирены. Когда аварийный автомобиль прибывает на место происшествия или отменяется в пути, оператор может быстро остановить сирену.
Электронные сирены с несколькими динамиками часто, как утверждается, имеют мертвые зоны под определенными углами к направлению движения транспортного средства. Это вызвано разницей фаз. Звук, исходящий из массива динамиков, может в некоторых ситуациях подавлять фазу. Это подавление фазы происходит на отдельных частотах в зависимости от расстояния между динамиками. Эти разности фаз также объясняют увеличения в зависимости от частоты и расстояния между динамиками. Однако сирены разработаны для сканирования частоты своего звукового выхода, как правило, не менее одной октавы. Такое сканирование минимизирует эффекты подавления фазы. Результатом является то, что средний выход звука из системы сирены с двумя динамиками на 3 дБ больше, 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 номер ноты в воздухе. Это причина, по которой эта собственность звучит в воде, и я могу поверить, что она не знает, что это задумано».
Перевод : Если вместо воздуха пропустить через сирену воду, она все равно будет издавать звук, даже если полностью погружена в эту жидкость, и то же количество ударов произведет то же количество слышимых колебаний, что и в воздухе. Именно из-за этого свойства издавать звук в воде я подумал, что могу дать ей название, которым она обозначается.
