Излучатели звука необратимые

Свисток и паровая сирена (тифон) на судне
Осевая и радиальная сирена, туманный горн

Излучатели звука необратимые — класс устройств-преобразователей, в которых звук образуется в результате модуляции какого-либо вида энергии: потока газа или жидкости, механической энергии вращения.[1]:207[2]:3 Существует две основных конструкции излучателей звука: с твердым излучающим элементом (например, громкоговорители) и с преобразованием кинетической энергии струи газа или жидкости в энергию акустических колебаний. Такое преобразование энергии возникает при периодическом прерывании струи (сирены), при взаимодействии струи с твердыми препятствиями (газоструйные и гидродинамические излучатели). В духовых музыкальных инструментах звук излучается за счёт автоколебаний столба воздуха в резонансной полости, возбужденных продуванием.[3] Термин необратимые означает, что данные излучатели (в отличие, например, от громкоговорителей) не могут преобразовывать акустическую энергию в обратном направлении.[1]:48

К необратимым (вентильным) преобразователям относятся музыкальные духовые инструменты, сирены, ревуны, свистки. Исторически необратимые преобразователи появились ранее обратимых. Однако, с развитием радиовещания и звукового кино, технических приложений акустики привело к широкому использованию обратимых электромеханических преобразователей. Увеличение мощности излучателей и расширение диапазона частот, применяемых в технической акустике, привело вновь к использованию вентильных излучателей.[2]:3

Для излучателей звука высокой интенсивности существует принципиальное отличие в решениях для излучения в жидкости и газы. Малое акустическое сопротивление газов требует амплитуд, которые для высокой интенсивности звука не могут быть обеспечены твердыми продольно колеблющимися излучателями. Для работы в газовой среде наиболее простыми и экономичными являются излучатели, в которых источником акустической энергии является газовая струя.[4]:9

Механико-акустические необратимые излучатели звука непрерывного действия разделяют на:

  • механические:
    • кривошипные;
    • кулачковые;
    • инерционные;
  • модуляторные:
    • пневмоакустические;
    • гидравликоакустические.[2]:36

Газоструйные излучатели

[править | править код]

Газостру́йные излуча́тели — генераторы акустических колебаний, создаваемых пульсациями в высокоскоростной газовой струе вблизи препятствий (резонаторов, клиньев или мембран). Пульсирующий режим потока обусловлен возникающими автоколебаниями и приводит к периодическим сжатиям и разрежениям газа, излучаемым в виде акустических волн.

Выделяют несколько типов излучателей:

Свисток

[править | править код]
Вихревой свисток
Губной свисток

Свисток (газоструйный излучатель) — устройство, преобразующее кинетическую энергию струи в энергию акустических колебаний. Свистки издают свист — характерный высокий звук.

Принцип действия свистка основан на возникновении автоколебательных процессов в струе и окружающем пространстве при взаимодействии струи с острыми кромками или с резонирующей полостью. В свистках, в отличие от сирен, нет движущихся частей, поэтому они более просты по конструкции, надёжны и удобны в эксплуатации.

Свистковые устройства имеют отдельные типы флейт.

Свистки бывают газовые и жидкостные.

Наиболее распространены три вида свистков — вихревые, свистки Гальтона и несколько разновидностей губных свистков.

Вихревой свисток представляет собой цилиндрическую камеру, в которую рабочее тело подаётся через тангенциально расположенную трубку. Образовавшийся вихревой поток поступает в находящуюся на оси выходную трубку меньшего диаметра, где интенсивность вихря резко возрастает и давление в его центре становится значительно ниже атмосферного. Перепад давлений периодически выравнивается за счёт прорыва газов из атмосферы в выходную трубку и разрушения вихря.

Мощность вихревых свистков в ультразвуковом диапазоне (до 30 кГц) обычно в районе нескольких ватт. Вихревые свистки используются в газовых горелках, для распыления топлива в форсунках или для обработки суспензий. Жидкостные вихревые свистки используются для приготовления эмульсий.

Губной свисток состоит из щелевого сопла и резонансной камеры (чаще всего цилиндрического типа, хотя бывают и другие).

Воздух, подаваемый в сопло, разбивается острым краем резонатора на два потока. Один выходит во внешнюю среду, а второй попадает в камеру резонатора, повышая в ней давление. Через определённые промежутки времени, зависящие от размеров камеры и свойств среды, давление в камере превышает некоторое критическое, и среда из камеры прорывается наружу, разрушая первый поток. В результате возникают периодические сжатия и разрежения, распространяющиеся в среде в виде акустических волн. Обычно губные свистки работают с акустической мощностью порядка одного ватта. Существуют конструкции, позволяющие получить мощность до нескольких кВт.

Из жидкостных свистков наибольшее распространение получили пластинчатый и стержневой типы. (подробнее см. Гидродинамический излучатель)

Сирена

[править | править код]
Осевая сирена
Радиальная сирена
Звук сирены гражданской обороны США
Звук сирены гражданской обороны Украины
Внешние изображения
Советская игрушечная милицейская машина с миниатюрной ручной центробежной воздушной (газодинамической) сиреной

Сирена — механическое устройство, которое создает мощные акустические колебания путем периодического прерывания высокоскоростных струй, истекающих через отверстия. Сирены разделяются на: газовые и жидкостные; роторные (вращающиеся) и пульсирующие; тональные и широкополосные. У лучших образцов сирен КПД достигает 50-60% при излучаемой мощности в несколько кВт. Частотный диапазон применяемых на практике сирен составляет от 200-300 Гц до 100 кГц.[5]

Сирены излучают тональные и широкополосные акустические сигналы. Тональные воздушные сирены используются для сигнализации, тональные жидкостные — для интенсификации технологических процессов. Широкополосные сирены используются для шумового испытания оборудования.[6] В музыке сирены в начале XX века использовались в качестве тюнеров, так как они могут издавать различные тоны с известными частотами.[7] Сирены могут использоваться в музыкальных произведениях в технике сонорика.[8]

Звук "сирена"

[править | править код]

В русском литературном языке излучатели звуковых волн большой интенсивности, сам этот звук, специальные устройства получения звуков различной частоты называют сиренами.[9] Сирена как звук характеризуется резким, громким и долгим звучанием,[10] завыванием.[11] Воющий звук связан с тем, что ротор сирены набирает скорость постепенно.[12] В законодательстве ЕАЭС в области гражданской обороны и защиты от чрезвычайных ситуации используется термин: звуковой сигнал оповещения типа "сирена". Данный звуковой сигнал передается оконечным средством оповещения типа "сирена" и является звуком сирены.[13] Звук сирены широко известен и может применяться для диагности возможности невербального общения (человек должен понимать, что звук сирены означает пожар).[14] Звук сирены относится к знакам-сигналам, которые в свою очередь относятся к знакам-индексам.[15]

История

[править | править код]

Сирену с ротором изобрел Каньяр де Ла-Тур в 1819 году. Свое название она получила потому, что может звучать не только в воздухе, но и в воде.[16] Конструкция сирены с электродвигателем и воздушной турбиной была создана Гельмгольцем в 1868-1870 гг[17]:526. Исследование пневматических сирен как источников слышимого на больших расстояниях звука показало их крайнюю неэкономичность из-за больших начальных амплитуд давления. В таких сиренах велико поглощение звука вблизи. Более продуктивной оказалась сирена с центробежным вентилятором с малым применяемым давлением[18]:134.

Устройство

[править | править код]

Наиболее распространены динамические сирены. Они подразделяются на радиальные и осевые. В первых поток направлен по радиусу перпендикулярно оси, во вторых — поток совпадает с осью вращения. В осевых сиренах диск с отверстиями (ротор) вращается относительно неподвижного диска (статор). В радиальных сиренах ротор и статор представляют собой две коаксиальные поверхности (обычно цилиндрические). Ротор вращается электродвигателем или турбиной. Воздух, поступающий в отверстия ротора и статора, периодически прерывается, создавая во внешней среде периодические сжатия и разрежения. Частота звука определяется частотой расположения отверстий в роторе и статоре и частотой вращения ротора. Частотный диапазон сирен, применяемый на практике, — от 200 Гц до 100 кГц, но известны сирены, работающие на частоте до 600 кГц. Мощность сирены может достигать десятков кВт.

Воздушные динамические сирены применяются для сигнализации и технологических целей (коагуляция мелкодисперсных аэрозолей, разрушение пены, осаждение туманов, ускорение процессов массо- и теплообмена и т. д.).

Жидкостные сирены выполняются обычно радиальными с несколькими коаксиальными роторами, вращающихся между несколькими рядами коаксиальных статоров. Иногда статор вообще отсутствует, а два ротора вращаются в разные стороны. В таких сиренах отверстия имеют вид щелей, располагаемых по образующим цилиндра. Жидкостные сирены применяются для эмульгирования, диспергирования и ускорения процессов перемешивания.

  • Два центробежных газодинамических излучателя электросирены установленные на вал электродвигателя
    Два центробежных газодинамических излучателя электросирены установленные на вал электродвигателя
  • Ручная сирена с центробежным газодинамическим излучателем
    Ручная сирена с центробежным газодинамическим излучателем
  • Электросирена системы оповещения защищена козырьком от осадков, центробежный излучатель защищён сеткой от гнездования птиц
    Электросирена системы оповещения защищена козырьком от осадков, центробежный излучатель защищён сеткой от гнездования птиц

Гидродинамический излучатель

[править | править код]

Гидродинами́ческий излучатель — устройство, преобразующее кинетическую энергию струи жидкости в энергию акустических колебаний. Эти устройства применяют для ускорения технологических процессов (эмульгирование нерастворимых друг в друге жидкостей: вода-масло, вода-ртуть; диспергирование твердых частиц в жидкостях: графит в масле), для ускорения процессов кристаллизации в растворах, для расщепления молекул полимеров, для очистки стального литья после прокатки и т. д.

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 Римский-Корсаков А.В. Электроакустика —М.:Связь, 1973.
  2. ↑ 1 2 3 Римский-Корсаков А.В., Ямщиков В.С., Жулин В.И., Рехтман В.И. Акустические подводные низкочастотные излучатели —Л.:Судостроение, 1984.
  3. ↑ Излучатели звука//Физическая энциклопедия/Гл. ред. А. М. Прохоров. —М.: Сов. энциклопедия. Т. II. Добротность—Магнитооптика. 1990.
  4. ↑ Розенберг Л.Д. (ред.) Источники мощного ультразвука. Часть I. Газоструйные излучатели звука гартмановского типа —М.:Наука, 1967.
  5. ↑ Сирена//Физическая энциклопедия. Т.4 Пойтинга-Робертсона — Стримеры —М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.
  6. ↑ Сирена // Большая российская энциклопедия. Дата обращения: 27 апреля 2024. Архивировано 27 апреля 2024 года.
  7. ↑ Сирена // Энгель Ю. Краткий музыкальный словарь —М.: Л.Юргенсон, 1907.
  8. ↑ Фариньяс // Музыкальный энциклопедический словарь —М.: Советская энциклопедия, 1990.
  9. ↑ Сирена2 // Словарь русского языка. Том IV. С — Я. — М.: Русский язык, 1988.
  10. ↑ Воздушная тревога (сирена) // Романова Н.Н. Знаки прошлого и настоящего: краткий словарь. — М.: Флинта: Наука, 2007.
  11. ↑ Сирена//Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка. 26-е издание, переработанное и исправленное —М.: Оникс, 2008.
  12. ↑ Харкевич А.А. Автоколебания —М.,1954 с. 106
  13. ↑ ТР ЕАЭС 050/2021 Технический регламент Евразийского экономического союза "О безопасности продукции, предназначенной для гражданской обороны и защиты от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" п.34
  14. ↑ ГОСТ Р 58260-2018 Медико-социальная экспертиза. Термины и определения п.69
  15. ↑ Типы знаков // Жеребило Т.В. Словарь лингвистических терминов — Назрань: Пилигрим, 2010.
  16. ↑ Гезехус Н.А. Сирена, акустический аппарат // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  17. ↑ Гельмгольц Герман Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки: Пер. с нем. Изд. 3-е. —М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. —592 с. (Классики науки.)
  18. ↑ Иоффе А.Ф. (ред) Курс физики. Часть вторая —ЛМ.:Главная редакция общетехнической литературы, 1935.

Литература

[править | править код]

Ссылки

[править | править код]
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Излучатели_звука_необратимые&oldid=138720269