ELECTRONIC SIREN

Abstract: 1. Electronic siren with at least one siren system, containing a signal generator for the production of an electrical signal consisting of at least two components of different frequency, a pressure chamber system supplied with the electrical signal for sound generation and a sound projecting horn connected to the pressure chamber system, characterised in that the electrical signal consists of at least one first sine oscillation which lies in the frequency range between 600 and 1600 Hz and at least one second sine oscillation the frequency of which is lower than that of the first sine oscillation and lies in the frequency range between 300 and 800 Hz, the signal level of the second sine oscillation being 3 to 30 dB lower than that of the first sine oscillation.

Description: Elektronische Sirene Die Erfindung betrifft eine elektronische Sirene mit wenigstens einem Sirenensystem, enthaltend einen Signalgenerator zur Erzeugung eines elektrischen Signales, ein mit dem elektrischen Signal gespeistes, zur Schallerzeugung dienendes Druckkammersystem sowie einen an das Druckkammersystem angeschlossenen Schalltrichter. In elektronischen Sirenen der vorstehend genannten Art erfolgt die Schallerzeugung durch ein elektrodynamisch erregtes Druckkammersystem. Die Erregung erfolgt bei den bekannten Ausführungen mittels eines oder mehrerer elektrischer Rechtecksignale, deren Grundfrequenz im allgemeinen bei 420 Hz liegt und die ausserdem eine Vielzahl von Oberwellen aufweisen. Die von einem solchen Druckkammersystem abgegebene Schall-Leistung ist dabei unter anderem begrenzt durch die im elektrodynamischen Erregersystem auftretende Verlustleistung, durch die das Druckkammersystem erwärmt wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Sirene der eingangs genannten Art dahin zu verbessern, dass für ein vorgegebenes Druckkammersystem bestimmter Leistung die Reichweite und Hörbarkeit der Sirene wesentlich verbessert wird, wobei die Erwärmung des Druckkammersystems ein Minimum sein soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das elektrische Signal aus wenigstens einer im Frequenzbereich zwischen 600 und 1600 Hz liegenden ersten Sinusschwingung und wenigstens einer im Frequenzbereich zwischen 300 und 800 Hz liegenden zweiten Sinus schwingung besteht, wobei der Signalpegel der zweiten Sinusschwingung um 3 bis 30 d3 niedriger als der der ersten Sinusschwingung ist. Der Erfindung liegen eingehende Untersuchungen über die psychoakustische Hörbarkeit und die Dämpfung der einzelnen Signale sowie über die von einem Druckkammersystem bei den einzelnen Signalfrequenzen erzielte Lautstärke zugrunde. Fig.1 zeigt eines der Ergebnisse dieser Untersuchungen. Erregt man ein Druckkammersystem einer elektronischen Sirene mit einer elektrischen Sinusschwingung unterschiealicher Frequenz (bei konstantem Strom), so ergibt sich in Abhängigkeit von der (in der Abszisse aufgetragenen) Frequenz im Bereich zwischen 300 und 2000 Hz der in Fig.1 (in der Ordinate) aufgetragene bewertete Schalldruckpegel L, der im folgenden als Lautstärke bezeichnet wird. Das Maximum der Lautstärke (in der Ordinate der Fig.l mit 0 dB angenommen) ergibt sich bei etwa 800 Hz. Um die bei der elektrischen Erregung des Druck kammersystems auftretende Verlustleistung (I R) möglichst klein zu halten, ist es somit zweckmässig, ein elektrisches Signal zu wählen, dessen Frequenzen in einem Bereich liegen, der einen grossen Beitrag zur Lautstärke liefert. Erfindungsgemäss enthält daher das zur Speisung des Druckkammersystems verwendete elektrische Signal wenigstens eine im Frequenzbereich zwischen 600 und 1600 Hz liegende erste Sinusschwingung. Vorzugsweise wird diese erste Sinusschwingung aus dem engeren Frequenzbereich von 700 bis 1200 Hz, insbesondere aus dem Frequenzbereich zwischen 750 und 1000 Hz gewählt. Man erkennt aus Fig.1, dass ein solches Signal eine hohe Lautstärke ergibt, die im übrigen auch psychoakustisch sehr gut wahrnehmbar ist. Die der Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen haben andererseits ergeben, dass es insbesondere zur Verbesserung der Klangwirkung des Sirenentones wünschenswert ist, in das elektrische Signal noch wenigstens eine zweite Sinus schwingung aufzunehmen, die im Frequenzbereich zwischen 300 und 800 Hz liegt, vorzugsweise im Frequenzbereich zwischen 350 und 600 Hz, insbesondere jedoch im Frequenzbereich zwischen 375 und 500 Hz. Dieses frequenzmässig tiefere Signal trägt zwar - wie Fig.1 erkennen lässt - wesentlich weniger zur Lautstärke bei, verhindert jedoch durch seinen tieferen Ton, dass der von der ersten Sinusschwingung erzeugte helle Ton als unangenehmes Pfeifen empfunden wird. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht nun darin, dass der Signalpegel der zweiten Sinusschwingung um 3 bis 30 dB, vorzugsweise um 5 bis 20 dB, insbesondere um 8 bis 12 dB, niedriger als der der ersten Sinus schwingung ist. Durch diese Verringerung des Signalpegels der weniger zur Lautstärke beitragenden zweiten Sinus schwingung kann - bei vorgegebener Verlustleistung des Druckkammersystems der Signalpegel der einen wesentlich grösseren Beitrag zur Lautstärke liefernden ersten Sinusschwingung entsprechend vergrössert werden, was zu einer beachtlichen Vergrösserung der Gesamtlautstärke und damit zu einer Erhöhung der Reichweite und zu einer Verbesserung der Hörbarkeit des Sirenentones führt. Eine Absenkung des Signalpegels der zweiten Sinusschwingung in dem vorstehend genannten Rahmen lässt andererseits - auch unter Berücksichtigung der auftretenden Dämpfung - den Beitrag, den die zweite Sinus schwingung zum Gesamtton der Sirene liefert, auch in grösserer Entfernung noch in ausreichendem Masse bestehen. In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, dass die von der zweiten Sinus schwingung erzeugte tiefere Schallschwingung bei ihrer Ausbreitung durch Luft und Feuchtigkeit (Nebel) wesentlich weniger gedämpft wird als die von der ersten Sinus schwingung erzeugte Schallschwingung höherer Frequenz. Dadurch ergibt auch die erfindungsgemäss mit niedrigerem Signalpegel zugeführte zweite Sinusschwingung noch in einem grösseren Abstand einen ausreichenden Beitrag zum Schalleindruck. GemäB einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Frequenz der ersten Sinusschwingung doppelt so gross wie die der zweiten Sinusschwingung. Vorzugsweise besitzt die erste Sinusschwingung eine Frequenz von 840 Hz und die zweite Sinusschwingung eine Frequenz von 420 Hz. Wie oben dargelegt, wird hierbei die Lautstärke im wesentlichen vom 840 Hz-Ton und die psychoakustisch empfundene Tonhöhe von der 420 Hz-Sinusschwingung bestimmt. Wegen der geringen zusätzlichen Dämpfung (durch Luft und Feuchtigkeit) und des nahezu gleichbleibenden Pegelabstandes ist der Sirenenton auch in grösserer Entfernung gleich gut hörbar. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich möglich, ausser den beiden erläuterten Sinusschwingungen noch weitere Sinusschwingungen in das elektrische Signal aufzunehmen. Um hierbei jedoch die Verlustleistung nicht zu vergrössern, ohne die Lautstärke zu verbessern, sollten etwaige weitere Schwingungen im Bereich zwischen 300 und 1600 Hz liegen. Das Signal der erfindungsgemässen Sirene kann kon tinuierl ich oder intermittierend zugeführt werden. Zum Zwecke des Heulens werden ferner beide Sinusschwingungen unter Beibehaltung ihres Frequenzund Amplitudenverhältnisses innerhalb des 0,7-bis 1,5-fachen Wertes ihrer Normalfrequenz geändert, vorzugsweise auf etwa den 0,7- bis 0,8-fachen Wert ihrer Normalfrequenz abgesenkt. Eine weitere Optimierung der elektronischen Sirene unter Berücksichtigung des beschriebenen Signales ist durch eine geeignete Gestaltung ihres Schalltrichters möglich. Dabei finden zweckmässig Ex ponentialtrichter (keine gefalteten Trichter) Verwendung. Erfindungsgemäss besitzt nun ein solcher Schalltrichter eine untere Grenzfrequenz, die zwischen den Frequenzen der ersten und zweiten Sinusschwingung liegt. Die untere Grenzfrequenz f eines Exponentialtrich ters ist mit dem sog. WuchsmaB F dieses Trichters und der Schallgeschwindigkeit c durch folgende Formel verknüpft: EMI6.1 Hierbei ergibt sich der Konturenverlauf des exponentiellen Teiles eines solchen - in Fig.2a schematisch darsestellten - Trichters aus der Gleichung EMI6.2 wobei dem exponentiellv Teil (mit Anfangsdurchmesser do) ein konischer und gerader Teil angeschlossen sein können und der exponentielle Teil sich min destens über die Hälfte der Gesamtlänge erstreckt. Der Trichter wird also umso länger, je kleiner das Wuchsmass g ist, d.h. je niedriger die Grenzfrequenz f liegt. Die Grenzfrequenz f soll andererseits g g grundsätzlich tiefer als die vom Schalltrichter ab zustrahlenden Frequenzen liegen. Erfindungsgemäss wird nun von diesem bisher üblichen Grundsatz dadurch abgewichen, dass die untere Grenzfrequenz des Schalltrichters nicht unterhalb der Frequenz der zweiten Sinus schwingung, sondern zwischen der Frequenz der zweiten Sinusschwingung und der Frequenz der ersten Sinusschwingung, vorzugsweise zwischen der Frequenz der zweiten Sinusschwingung und dem 0,9-fachen Wert der Frequenz der ersten Sinusschwingung liegt. Dadurch wird zwar die von der zweiten Sinusschwingung erzeugte Schallfrequenz etwas verschlechtert abgestrahlt. Dieser Nachteil kann jedoch in Xauf genommen werden, da erfindungsgemäss die zweite Sinusschwingung mit niedrigerem Signalpegel ohnehin nur einen kleinen Beitrag zur Gesamtlautstärke liefert. Der wesentliche Vorteil, der durch die erfindungsgemässe Wahl der unteren Frenzfrequenz zwischen den Frequenzen der beiden Sinusschwingungen erreicht wird, liegt in der ganz erheblichen Verkürzung der Baulänge des nicht gefalteten Schalltrichters. Eine weitere Optimierung dieses Schalltrichters lässt sich durch eine Anpassung des öffnungsquerschnittes an die Wellenlänge der ersten Sinusschwingung erzielen. Bei einem Exponentialtrichter (vgl. Fig.2a) ist der Durchmesser d45 des kreisförmigen Offnungs- querschnittes an der Stelle, an der die Konturentangente einen Winkel von 450 mit der Hauptachse des Trichters bildet, mit der Grenzfrequenz g und der Schallgeschwindigkeit c durch folgende Formel verknüpft: EMI8.1 Erfindungsgemäss wird nun jedoch der Schalltrichter über diese Länge, bei der sich ein öffnungsdurchmesser d45 ergibt, unter Weiterführung der Exponentialfunktion verlängert bis zu einem Offnungs- durchmesser d, der mit der Wellenlänge 1 der ersten Sinusschwingung in folgender Beziehung steht: : EMI8.2 im Ein solcher öffnungsquerschnitt auf die Wellenlänge der ersten Sinusschwingung abgestimmter Exponentialtrichter strahlt die für die Lautstärke besonders wesentliche erste Sinusschwingung mit besonders gutem Wirkungsgrad und guter Richtcharakteristik ab. Aus fertigungstechnischen Gründen bzw. zur Raumersparnis bei Anordnung mehrerer Trichter ist es oft erwünscht, Exponentialtrichter mit quadratischem Querschnitt zu verwenden. In diesem Falle steht der Durchmesser d eines Trichters von kreisförmigem Querschnitt (Fig.2b) mit der Kantenlänge k des Querschnittes eines Exponentialtrichters von quadratischem Querschnitt (Fig.2c) in der Beziehung 5) k = 0,886 d Setzt man die Gleichung 5) in Gleichung 4) ein, so ergibt sich für die Kantenlänge k eines der Wellen länge t 1 angepassten Exponentialtrichters mit quadratischem Offnungsquerschnitt die Beziehung 6) 0,8* k 4 1,2^41 Enthält die elektronische Sirene wenigstens zwei Sirenensysteme, deren Schalltrichter Hauptabstrahlungsrichtungen aufweisen, die um 1800 gegeneinander versetzt sind, so lässt sich erfindungsgemäss eine weitere Optimierung dadurch erreichen, dass die Öffnungen der beiden Schalltrichter einen Abstand voneinander aufweisen, der ein ganzzahliges Vielfaches, vorzugsweise der zweifache Wert, der Wellenlänge 1 der ersten Sinusschwingung ist. Eine solche Schalltrichteranordnung strahlt dann besonders gut auch die zweite Sinus schwingung ab, deren Wellenlänge doppelt so gross wie die der ersten Sinusscwingung ist. Die Fig.3 und 4 zeigen noch einige konstruktive Einzelheiten der erfindungsgemässen Sirene. An einer vertikalen säulenartigen Halterung 1 ist wenigstens ein Sirenensystem 2 angeordnet, das einen Schalltrichter 3 und ein Druckkammersystem 4 enthält. Dabei befindet sich der weite Teil des Schalltrichters 3 auf der dem Druckkammersystem 4 abgewandten Seite der zentralen Halterung 1. Zur Befestigung des Sirenensystems 2 dient eine Klemmeinrichtung 5, die aus zwei Schalen 5a, 5b besteht, die den Schalltrichter 3 zwischen sich festklemmen. Wird die elektronische Sirene mit mehreren derartigen Sirenensystemen bestückt, so werden diese an der säulenartigen Halterung 1 in wählbarer Winkellage übereinander angeordnet. Die als Bausteine ausgebildeten Klemmeinrichtungen 5, 5' usw. lassen sich dabei über Flanschverbinaungen, die unterschiedliche Winkellagen gestatten, miteinander verschrauben. Dadurch können die einzelnen Sirenensysteme übereinander so versetzt angeordnet werden, dass sich einerseits eine optimale Beschallung der Umgebung ergibt und andererseits ein gedrängter räumlicher Aufbau erreicht wird. In Fig.3 sind zur Vereinfachung der Darstellung nur die Sirenensysteme der ersten und dritten Etage dargestellt. Fig.4 zeigt schematisch eine Aufsicht auf die Sirene gemäss Fig.3, wobei vier jeweils um 90" gegeneinander versetzte und in unterschiedlicher Höhen lage angebrachte Sirenensysteme 2, 2a, 2b und 2c angedeutet sind. Das Ausführungsbeispiel der Fig.3 und 4 zeigt eine stationär angeordnete säulenartige Halterung 1 mit mehreren übereinander angeordneten Sirenensystemen mit gegeneinander versetzten Hauptabstrahlungsrichtungen. Statt dessen ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, eine drehbar angeordnete säulenartige Halterung vorzusehen, die wenigstens ein Sirenensystem trägt. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und des hiermit erzielten technischen Fortschritts diene folgendes Beispiel: Verwendet wird ein handelsübliches Druckkammersystem (100 W) mit einem Exponentialtrichter gemäss Fig.4 (untere Grenzfrequenz 500 Hz). Die Messung wird in einem reflexionsfreien Messkanal in einer Messentfernung von 2,5 m durchgeführt. Das Druckkammersystem wird zunächst mit einem üblichen Rechtecksignal gespeist, das eine Periodendauer von 2,38 ms aufweist und aus zwei Rechteckimpulsen besteht, von denen der erste Impuls eine Dauer von 0,71 ms und der zweite Impuls eine Dauer von 0,48 ms aufweist. Zwischen dem ersten und zweiten Impuls besteht eine Pause von 0,71 ms, zwischen dem zweiten und dem folgenden ersten Impuls eine Pause von 0,48 ms. Bei der zweiten Messung, bei der das Druckkammersystem mit gleichem Strom beaufschlagt wird, finden zwe: überlagerte Sinusschwingungen mit Frequenzen vor. 840 bzw. 420 Hz, einem Phasenwinkel von 0 und einem Amplitudenverhältnis von 0,316 (entsprechend - 10 dB) Verwendung. Die gemessene Lautstärke (bewerteter Schalldruckpegel) ist im zweiten Fall (d.h. bei Verwendung des er=-ndungsgemässen Signales) um 2,0 dB grösser als im ersten Fall.

Claims: Patentansprüche: 1. Elektronische Sirene mit wenigstens einem Sirenensystem, enthaltend einen Signalgenera tor zur Erzeugung eines elektrischen Signales, ein mit dem elektrischen Signal gespeistes, zur Schallerzeugung dienendes Druckkammersystem so wie einen an das Druckkammersystem angeschlosse nen Schalltrichter, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal aus wenigstens einer im Frequenzbereich zwischen 600 und 1600 Hz lie genden ersten Sinusschwingung und wenigstens einer im Frequenzbereich zwischen 300 und 800 Hz liegenden zweiten Sinusschwingung besteht, wobei der Signalpegel der zweiten Sinusschwingung um 3 bis 30 dB niedriger als der der ersten Sinus schwingung ist. 2. Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich der ersten Sinusschwin gung zwischen 700 und 1200 Hz liegt. 3. Sirene nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich der er sten Sinusschwingung zwischen 750 und 1000 Hz liegt. 4. Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich der zweiten Sinusschwin gung zwischen 350 und 600 Hz liegt. 5. Sirene nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der Frequenzbereich der zweiten Sinusschwingung zwischen 375 und 500 Hz liegt. 6. Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der ersten Sinusschwingung doppelt so gross wie die der zweiten Sinusschwin gung ist. 7. Sirene nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste Sinusschwingung eine Frequenz von 840 Hz und die zweite Sinusschwin gung eine Frequenz von 420 Hz besitzt. 8. Sirene nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, dass der Signalpegel aer zweiten Sinusschwingung um 5 bis 20 dB, vorzugs weise um 8 bis 12 dB, niedriger als der der ersten Sinusschwingung ist. 9. Sirene nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, dass der Schalltrichter eine untere Grenzfrequenz besitzt, die zwischen den Frequenzen der ersten und zweiten Sinusschwingung liegt. 10. Sirene nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, dass die Grenzfrequenz des Schalltrichters zwischen der Frequenz der zweiten Sinusschwin gung und dem 0,9-fachen Wert der Frequenz der ersten Sinusschwingung liegt. 11. Sirene nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, dass der Schalltrichter wenigstens in seinem äusseren Bereich ein Exponentialtrichter ist, dessen quadratischer Öffnungsquerschnitt eine Kantenlänge besitzt, die zwischen dem 0,8-fachen und dem 1,2-fachen Wert der Wellen länge der ersten Sinusschwingung liegt. 12. Sirene nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, dass der Schalltrichter wenigstens in seinem äusseren Bereich ein Exponentialtrichter ist, dessen kreisförmiger Öffnungsquerschnitt einen Durchmesser besitzt, der zwischen dem 0,9-fachen und dem 1,35-fachen Wert der Wellen länge der ersten Sinusschwingung liegt. 13. Sirene nach Anspruch 1, enthaltend wenigstens zwei Sirenensysteme, deren Schalltrichter Haupt abstrahlungsrichtungen aufweisen, die um 1800 gegeneinander versetzt sind, dadurch gekenn zeichnet, dass die Öffnungen der beiden Schall trichter einen Abstand voneinander aufweisen, der ein ganzzahliges Vielfaches, vorzugsweise der zweifache Wert, der Wellenlänge der ersten Sinus schwingung ist. 14. Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sinusschwingungen unter Beibehal tung ihres Frequenz- und Amplitudenverhältnisses zum Zwecke des Heulens innerhalb des 0,7- bis 1,5-fachen Wertes ihrer Normalfrequenz änderbar, vorzugsweise auf den 0,7- bis 0,8-fachen Wert ihrer Normalfrequenz absenkbar sind. 15. Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass an einer vertikalen säulenartigen Halterung (1) wenigstens ein Sirenensystem (2) so angeordnet ist, dass sich der weite Teil des Schalltrichters (3) auf der dem Druckkammer system (4) abgewandten Seite der Halterung be findet. 16. Sirene nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der stationär angeordneten säulenartigen Halterung (1) übereinander mehrere Sirenensyste me mit gegeneinander versetzten Hauptabstrahlungs richtungen vorgesehen sind. 17. Sirene nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der drehbar angeordneten säulenartigen Halterung wenigstens ein Sirenensystem vorge sehen ist. 18. Sirene nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die säulenartige Halterung (1) einzelne, je weils zur Befestigung eines Sirenensystems (2) dienende Bausteine (5) enthält, die in wähl barer Winkel lage miteinander und/oder mit Ab standselementen verbindbar sind.

Inventors: KOLAR HANS WERNER DIPL-ING, KOLAR, HANS WERNER, DIPL.-ING.
Applicants: HOERMANN GMBH
Application year: 1982
Main classification: G10K9
IPC codes: G10K9, G08B3