ไซเรน (อุปกรณ์เตือนภัย)

ไซเรน () เป็นอุปกรณ์เตือนภัยอย่างหนึ่งซึ่งส่งสัญญาณเสียงเพื่อใช้ในการเตือนภัยแก่พลเมืองหรือประชาชน โดยติดตั้งในตำแหน่งที่แน่นอน นอกจากนี้ยังใช้ในรถฉุกเฉินหรือยานพาหนะฉุกเฉิน เช่น รถพยาบาล รถตำรวจ รถดับเพลิง โดยทั่วไปไซเรนแบ่งออกเป็นสองชนิดหลัก ๆ ได้แก่ ไซเรนแบบเครื่องกลและไซเรนแบบอิเล็กทรอนิกส์

สำหรับไซเรนเตือนอัคคีภัยจะทำหน้าที่ทั้งเรียกเจ้าหน้าที่ดับเพลิงและเตือนภัยแก่พลเมืองหรือชุมชน โดยติดตั้งบนหลังคาของสถานีดับเพลิงหรือเสารูดภายในสถานีดับเพลิง และยังติดตั้งบนอาคารรัฐบาลหรือใกล้กับอาคารรัฐบาล และบนสิ่งปลูกสร้างที่ค่อนข้างสูง เช่น หอเก็บน้ำ

หลักฟิสิกส์ที่ทำให้เกิดเสียง
ไซเรนแบบเครื่องกลทำงานโดยการเป่าลมผ่านจานหรือตัวหมุนที่มีช่องลม ซึ่งการหมุนของจานหรือตัวหมุนนี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความดันอากาศเป็นช่วง ๆ (คลื่นความดันอากาศ) ซึ่งก็คือเสียงที่เราได้ยินนั่นเอง ในไซเรนหลายชนิดมักจะรวมส่วนของเครื่องเป่าลมแบบหนีศูนย์กลางเข้ากับตัวหมุนให้เป็นชิ้นเดียวกัน แล้วใช้มอเตอร์ไฟฟ้าหมุนเพื่อสร้างเสียงดังออกมา

ไซเรนแบบอิเล็กทรอนิกส์ก็คือลำโพงประสิทธิภาพสูง ที่ทำงานร่วมกับเครื่องขยายเสียงและเครื่องกำเนิดโทนเสียง โดยทั่วไปไซเรนชนิดนี้จะถูกออกแบบให้สร้างเสียงเลียนแบบไซเรนแบบเครื่องกล เพื่อให้ผู้คนจดจำได้ว่าเป็นเสียงไซเรน

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของไซเรน เสียงที่ใช้มักจะเป็นเสียงที่มีความถี่ค่อนข้างต่ำ โดยทั่วไปอยู่ที่หลายร้อยเฮิรตซ์ เนื่องจากคลื่นเสียงที่มีความถี่ต่ำจะสามารถเลี้ยวผ่านมุมตึกหรือทะลุผ่านช่องเปิดได้ดีกว่าคลื่นเสียงที่มีความถี่สูง ทำให้เสียงไซเรนกระจายไปได้ไกลและครอบคลุมพื้นที่กว้างขึ้น

ไซเรนมักจะติดตั้งฮอร์น (horn) เพื่อช่วยกำหนดทิศทางของคลื่นความดันอากาศ ฮอร์นจะช่วยรวมพลังงานเสียงไปในทิศทางที่ต้องการ แทนที่จะปล่อยกระจายออกไปทุกทิศทาง ทำให้ใช้พลังงานของไซเรนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยในทางปฏิบัติ มักนิยมใช้ฮอร์นทรงเอกซ์โพเนนเชียล (exponential horn) เพราะให้ประสิทธิภาพการขยายเสียงใกล้เคียงกับฮอร์นขนาดใหญ่ แต่ใช้วัสดุน้อยกว่า

ความถี่ของเสียงหรือจำนวนรอบต่อวินาทีของเสียงในไซเรนแบบเครื่องกลถูกกำหนดโดยความเร็วการหมุนของตัวหมุนและจำนวนช่องลมบนตัวหมุน เมื่อตัวหมุนหมุนเร็วขึ้นหรือช้าลง ก็จะทำให้เกิดเสียงหวิวขึ้นลงของไซเรนแบบเครื่องกล ซึ่งเสียงหวิวนี้มักถูกใช้เพื่อเตือนภัยการโจมตีหรือเหตุฉุกเฉินเร่งด่วน เพราะคนฟังจะสังเกตได้ง่ายและรับรู้ถึงภัยอันตรายที่ใกล้เข้ามา

คุณลักษณะของสีเสียง (timbre) ในไซเรนแบบเครื่องกลเกิดจากลักษณะของคลื่นสามเหลี่ยมที่จะได้จากการวาดกราฟความดันอากาศตามเวลา ซึ่งจะเห็นว่าเมื่อช่องลมของตัวหมุนกว้างขึ้น ความดันอากาศก็จะเพิ่มขึ้น และเมื่อช่องลมปิดลง ความดันอากาศก็จะลดลง ดังนั้น เสียงไซเรนไม่ได้มีแค่ความถี่มูลฐานเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีฮาร์มอนิกที่เป็นจำนวนคี่ของความถี่มูลฐาน เช่น 1 เท่า 3 เท่า 5 เท่า ฯลฯ อยู่ในสเปกตรัมเสียงด้วย พลังงานของฮาร์มอนิกเหล่านี้จะลดลงตามสัดส่วนผกผันกำลังสองของความถี่ นอกจากนี้ เสียงไซเรนที่ได้ยินจากระยะไกลมักจะมีความรู้สึกนุ่มลง อบอุ่นขึ้น เพราะคลื่นความถี่สูงที่ฟังดูแสบหูจะถูกดูดซับไปโดยสิ่งกีดขวางรอบ ๆ เช่น อาคาร ต้นไม้ หรือแม้กระทั่งอากาศ

ไซเรนแบบสองโทนเสียงมักถูกออกแบบให้สร้างเสียงเป็นชั้นคู่ไมเนอร์เธิร์ด (minor third) ซึ่งในดนตรีถือว่าเป็นเสียงที่ให้ความรู้สึก "เศร้า" การทำงานคือไซเรนจะมีตัวหมุน 2 ตัวที่มีจำนวนช่องลมต่างกัน โดยเสียงสูง (upper tone) มาจากตัวหมุนที่มีจำนวนช่องลมเป็นผลคูณของ 6 และเสียงต่ำ (lower tone) มาจากโรเตอร์ที่มีจำนวนช่องเปิดเป็นผลคูณของ 5 ซึ่งทำให้เกิดความถี่สองชุดที่ห่างกันเป็นชั้นคู่ไมเนอร์เธิร์ดโดยธรรมชาติ ซึ่งต่างจากเครื่องดนตรีอย่างออร์แกน ที่โน้ตทุกตัวถูกจูนให้เข้ากับบันไดเสียงแบบ tempered scale ซึ่งไซเรนกลไกแทบจะไม่สามารถสร้างเสียงไมเนอร์เธิร์ดที่เข้ากับบันไดเสียงแบบ tempered ได้ง่าย ๆ เว้นแต่ว่าต้องใช้ตัวหมุนที่ขับด้วยมอเตอร์แยก หรือมีระบบเฟือง หรือใช้ตัวหมุนที่มีจำนวนช่องลมมาก ๆ เพื่อปรับละเอียดได้ แต่ในทางกลับกัน ไซเรนแบบอิเล็กทรอนิกส์สามารถสร้างเสียงไมเนอร์เธิร์ดที่ถูกต้องซึ่งเข้ากับบันไดเสียงแบบ tempered ได้ง่ายมาก

ไซเรนแบบเครื่องกลที่สามารถสลับโทนเสียงได้จะใช้โซเลนอยด์ควบคุมบานปิด–เปิดอากาศ (rotary shutters) โซเลนอยด์จะสลับตัดลมเข้าตัวหมุนทีละตัว ทำให้เสียงดังสลับกันไปมา เสียงแบบนี้มักใช้เพื่อระบุว่าเป็นสัญญาณอัคคีภัยหรือไฟไหม้

สำหรับการทดสอบไซเรน หากเป็นการทดสอบไซเรนจริง ๆ ไม่ควรทำให้เสียงน่ากลัวหรือน่าตกใจ ดังนั้นไซเรนแบบอิเล็กทรอนิกส์จึงมักใช้โทนเสียงดนตรีแทน เช่น เสียงระฆังเวสต์มินสเตอร์ควอเตอส์ (Westminster Quarters) ส่วนไซเรนแบบเครื่องกลบางครั้งจะทดสอบโดยการทำงานที่ความเร็วต่ำ เกิดเสียง "ครืด ๆ" หรือเสียงคำรามเบา ๆ เพื่อตรวจสอบการทำงานโดยไม่สร้างความตื่นตกใจ

หมวดหมู่:ไซเรน (อุปกรณ์เตือนภัย)