Излучатели звука необратимые

Излучатели звука необратимые — класс устройств-преобразователей, в которых звук образуется в результате модуляции какого-либо вида энергии: потока газа или жидкости, механической энергии вращения. 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.

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.

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.

Механико-акустические необратимые излучатели звука непрерывного действия разделяют на:
 механические:
 кривошипные;
 кулачковые;
 инерционные;
 модуляторные:
 пневмоакустические;
 гидравликоакустические.

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 

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. 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.

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.

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 
 Автоматизированная система централизованного оповещения
 Тифон (устройство)
 Клаксон

Примечания

Литература

Ссылки 
 Работа типовой сирены оповещения населения — видеосюжет «Ивантеевка ТВ».
 Вариант самодельной электросирены с центробежным газодинамическим излучателем из подручных материалов (видеосюжет).

Звуковая сигнализация
Свистки