Interested Article - 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. ^:207 ^: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. Термин необратимые означает, что данные излучатели (в отличие, например, от громкоговорителей) не могут преобразовывать акустическую энергию в обратном направлении. ^: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. ^: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. ^:9

Механико-акустические необратимые излучатели звука непрерывного действия разделяют на:

механические:
- кривошипные;
- кулачковые;
- инерционные;
модуляторные:
- пневмоакустические;
- гидравликоакустические. ^:36

Газоструйные излучатели

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:

свистки (свисток Гавро, свисток Гальтона , вихревой свисток, свисток Левавассера);
мембранные излучатели;
генераторы типа генератора Гартмана .

Свисток

Свисток (газоструйный излучатель) — устройство, преобразующее кинетическую энергию струи в энергию акустических колебаний. 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

Звук сирены гражданской обороны США

Звук сирены гражданской обороны Украины

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.

В русском литературном языке излучатели звуковых волн большой интенсивности, сам этот звук, специальные устройства получения звуков различной частоты называют сиренами . Сирена как звук характеризуется резким, громким и долгим звучанием, завыванием. Воющий звук связан с тем, что ротор сирены набирает скорость постепенно. 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.

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. Конструкция сирены с электродвигателем и воздушной турбиной была создана Гельмгольцем в 1868-1870 гг ^: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 ^:134 .

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
Ручная сирена с центробежным газодинамическим излучателем
Электросирена системы оповещения защищена козырьком от осадков, центробежный излучатель защищён сеткой от гнездования птиц

Гидродинамический излучатель

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

Примечания

↑ Римский-Корсаков А.В. Электроакустика —М.:Связь, 1973.
↑ Римский-Корсаков А.В., Ямщиков В.С., Жулин В.И., Рехтман В.И. Акустические подводные низкочастотные излучатели —Л.:Судостроение, 1984.
Излучатели звука//Физическая энциклопедия/Гл. ред. А. М. Прохоров. —М.: Сов. энциклопедия. Т. II. Добротность—Магнитооптика. 1990.
Розенберг Л.Д. (ред.) Источники мощного ультразвука. Часть I. Газоструйные излучатели звука гартмановского типа —М.:Наука, 1967.
Сирена//Физическая энциклопедия. Т.4 Пойтинга-Робертсона — Стримеры —М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.
Сирена ² //Словарь русского языка. Том IV. С — Я. — М.: Русский язык, 1988.
Воздушная тревога (сирена)//Романова Н.Н. Знаки прошлого и настоящего: краткий словарь. — М.: Флинта: Наука, 2007.
Сирена//Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка. 26-е издание, переработанное и исправленное —М.: Оникс, 2008.
Харкевич А.А. Автоколебания —М.,1954 с. 106
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
Гезехус Н.А. // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.
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.)
Иоффе А.Ф. (ред) Курс физики. Часть вторая —ЛМ.:Главная редакция общетехнической литературы, 1935.