Излучатели звука необратимые

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
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

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

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

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"

В русском литературном языке излучатели звуковых волн большой интенсивности, сам этот звук, специальные устройства получения звуков различной частоты называют сиренами.

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

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

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

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

  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

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Излучатели_звука_необратимые&oldid=137561603