книги из ГПНТБ / Прохоров, Е. С. Звуковая сигнализация судов на реках и водохранилищах учеб. пособие для студентов-судоводителей и плавсостава

чтобы амплитуда давления звука как можно меньше убывала при распространении звука вдоль рупора. Лучше всего этому требова­ нию отвечают рупоры, образующая которых имеет форму экспо­ ненты или катеноиды.

Среди существующих тифопов можно выделить три основные группы. К первой группе относятся тифоны типа Ду-15. Они уста­ новлены на большинстве судов типа «Большая Волга» п «Шестая пятилетка». Тифоны этого типа имеют большой разброс уровней силы звука как по общему уровню, так и в отдельных октавах.ч

ся. Часто вместо вышедшей из строя мембраны, устанавливается мембрана, изготовленная из полотна пилы или других подручных материалов. Это приводит к снижению уровня силы звука и ухуд­ шению тембра сигнала вследствие сильного возрастания интенсив­ ности высокочастотных составляющих в его спектре, что значи­ тельно снижает дальность действия тифона и увеличивает раздра- - жающее действие на людей, находящихся вблизи тифона. Сниже­ ние уровня силы звука тифоиов происходит также вследствие не­ исправности или засорения воздухопроводов. Часто происходят утечки воздуха в редукционных клапанах баллонов для хранения воздуха, в соединениях подводящих трубопроводов и в пусковых клапанах тифонов. Вследствие засорения и утечек давление воз­ духа в тифоне становится меньше нормы и звук получается сла­ бым. Разброс в уровнях силы звука наблюдается и у других ти­ пов тифонов, но в несколько меньшей степени.

Ко второй группе относятся тифоны типа 143/11, изготовленные в Венгрии. Они установлены йа судах венгерской постройки’: тол-" качах типа «Дунайский» и «ОТ-2001 >>, а также на пассажирских

9

«Олтеница» установлены на судах типа «Волго-Дон» румынской постройки.

Тифоиы этой группы наиболее мощные из находящихся в эксплуатации на речных судах в настоящее время. Сигналы этих тифонов достаточно хорошо слышны при различных погодных ус­ ловиях. Указанные тифоиы имеют небольшой разброс общих уров­ ней силы звука (125±3) дб, однако максимум энергии часто при­ надлежит разным октавам, что существенно сказывается на даль­ ности слышимости сигнала.

Следует отметить, что и у этих тифонов высокочастотные со­ ставляющие в спектре значительны и нередко основной топ (окта­ ва 125 Гц) слабее вышележащих гармоник. Вследствие этого на близких расстояниях тембр сигнала несколько резковат. Тифоиы завода «Олтеница» имеют более мелодичный тон. Спектры некото­ рых тифонов приведены в приложении 1.

Кроме указанных групп тифонов, в эксплуатации находятся также тифоны чехословацкого производства, установленные на су­ дах типа «Калининград» и «Октябрьская революция». Эти тифо­ ны слабее тифонов предыдущей группы на 4—6 дб. Встречаются тифоны и некоторых других типов.

В практике судовождения принято на более крупные суда уста­ навливать тифоны с более низкой частотой и большим уровнем силы звука. Чтобы понизить тон тифона необходимо резко увели­ чивать диаметр мембраны (от 100 до 300 мм). При этом для до­ стижения требуемой силы звука резко увеличивается расход воз-

,духа. Значительно меньше расходуется воздуха в тифонах новой конструкции, получивших название «супертифонов» (рис. 1). Супертифон имеет довольно массивный литой рупор и расходует в 3—4 раза меньше воздуха, чем обычные тифоны. Это достигается уменьшением диаметра мембраны за счет ее 'демпфирования и принципиально нового способа подвода воздуха не к центру мем­ браны, а по наружному кольцевому сечению. Попадая в кольце­ вую полость (/) корпуса головки, воздух прогибает мембрану (2). При этом часть воздуха из полости (3) выталкивается мембраной через винтовой канал (4) демпфера (5) в полость (6), в которой

в мембране сообщается с полостью ( ). Вследствие этого на мем­ брану начинает действовать усилие, противоположное начальному, возвращающее мембрану в исходное положение. При этом давле­

10

100 до 150 мм) супертифоны могут быть настроены на различные тональности от 200 до 85 Гц.

Черноморский судостроительный завод освоил выпуск суперти­ фонов ТВ-100/165 (диаметр мембраны 100 мм, основная частота 165Гц, баритон, общий уровень 126 дб), ТВ -100/180 и ТВО-100/180

6) устройство

И

(тенора, общий уровень 124 до). Отечественные тифоны имеют технические характеристики, аналогичные характеристикам ино­ странных супертифоиов, однако иностранные фирмы, преследуя рекламные цели, часто приводят дальности слышимости (напри­ мер, 8—9 миль), наблюдаемые лишь при очень благоприятных условиях. Использование таких дальностей слышимости может лишь дезориентировать судоводителей. Технические характеристи­ ки супертифоиов приведены в приложении II.

Эл е к т р о т и ф о н ы

Впоследнее время на судах стали устанавливаться электриче­ ские тифоны (рис. 2). В них сжатие и разряжение воздуха соз­ дается поршнем, совершающим возвратно-поступательное движе­ ние в цилиндре, к которому подсоединен рупор. Поршень приво­ дится в движение с помощью электродвигателя через соответст­ вующую кинематическую цепь.

Черноморский судостроительный завод выпускает электротифо-

В настоящее время созданы электротифоны и с более высокой

контактирующее с цилиндром и выполненное из материала с ма­ лым коэффициентом трения. В связи с этим улучшается компо­ новка тифона и снижается вес. Несмотря на большую сложность изготовления электротифонов, в эксплуатации они оказываются в 15—20 раз экономичнее воздушных тифонов. Преимущество электротифонов перед воздушными тифонами заключается еще и в возможности автономной установки на судне (за счет отсутствия трубопроводов), значительно меньшем расходе энергии для полу­ чения одинаковой силы звука (в несколько д'ёсятков раз) и устой­ чивости частоты и уровня силы звука.

К недостаткам электротифонов следует отнести наличие у них быстродвижущихся деталей, большой вес, а также резкость темб­ ра, которая является следствием того, что. максимум энергии у этих тифонов принадлежит не основному топу, а высшим гармо­ никам. Работы по улучшению конструкции электротифонов про­ должаются, что создает благоприятные перспективы их использо­ вания на морских и речных судах. Технические характеристики электротифонов приведены в приложении III. '

12

Э л е к т р и ч е с к и е с и р е н ы

На речном флоте большое распространение получили сирены типа Э С С -І. Они используются на малых судах как основное зву­ косигнальное средство, а на более крупных—как дополнительное. Столь широкое распространение сирен обусловлено тем, что они питаются от аккумуляторов напряжением 24 В -при небольшой по­ требляемой мощности, просты и надежны в эксплуатации, имеют малые габариты и вес. Сирены имеют общий уровень силы звука от 88 до 100 дб (наиболее часто 93—95 дб). Максимум энергии в спектре принадлежит октавам 1—2 кГц, в то время как основной тон (октава 500 Гц) слаб. Следствием этого и является неприят­ ный тембр сирены и малая дальность слышимости. Особенно рез­ кий тембр наблюдается при завышенном напряжении питания си­ рен (больше 27 В), так как при этом увеличивается скорость вра­ щения ротора и частота излучаемого звука.

ВОСПРИЯТИЕ ЗВ УК О В Ы Х СИ ГН АЛ О В НА ФОНЕ ШУМА Шум в рубках и на мостиках судов

Восприятие звуковых сигналов существенным образом зависит от интенсивности и спектрального состава шума в месте приема. Обычно звуковые сигналы воспринимаются в рубке или на ходо­ вом мостике судна. Шум в этих местах создается главными и вспомогательными двигателями и вентиляционными устройства­ ми. Кроме того, шум в рубке создают также вспомогательные ме­ ханизмы, находящиеся не только в рубке, но и в смежных поме­ щениях.

Шум, создаваемый судовыми двигателями, имеет максимум энергии в области низких частот и обычно уменьшается с возра­ станием частоты. С увеличением числа оборотов двигателя уро­ вень шума в рубках и на мостиках судов, как правило, увеличи­ вается. В рубку шум двигателя проникает через конструкции судна и за счет шума выхлопа дизелей, если выхлопные тракты расположены вблизи рубки.

Особенно велико влияние выхлопа дизелей на судах типа «Волго-Дон», «Дунайский», «ОТ» и «СТ». Так, на теплоходах ти­

Спектральные уровни шума существенным образом зависят от типа судна. Шум имеет высокие уровни на судах, имеющих вы­

14

но-разъездные суда типа «Ярославец»,-«Костромич», суда вспомо­ гательного флота типа «РБТ» и «БТ», а также суда типа «Раке­ та», «Метеор» и «Заря». Например, в октавах от 125 до 1000 Гц в режиме полного хода шум на теплоходе «Ярославец» изменяет­ ся от 80 до 65 дб, на «Ракете»—от.85 до 75 дб и иа «Метеоре»— от 80 до 60 дб.

Существенно возрастает шум при прохождении судном мелко­ водных участков, на некоторых режимах маневрирования и в тех случаях, когда повреждены впиты или рулевые насадки или на­ рушена центровка валов.

На паровых судах шум, как правило, ниже чем на дизельных. Однако на трехдечных пассажирских судах-типа «Родина» и «Ок­ тябрьская революция» из-за большой удаленности рубки от ма­ шинного отделения уровень шума ниже, чем па целом ряде паро­ вых судов.

Усредненные уровни спектрального шума в рубках судов ос­ новных проектов в режиме малого и полного ходов приведены в приложении IV; Для отдельных судов уровни шума могут отли­ чаться от приведенных значений на ± 5 дб.

Значительный шум в рубках судов типа «Большая Волга» н «Шестая пятилетка» создают установленные на этих судах элек­ трические рулевые машины. При работе рулевых машин уровень помех па частотах, используемых •для звуковой сигнализации (125— 1000 Гц), возрастает на 10—20 дб по сравнению со спек­ тральным шумом в режиме полного хода и на 15—25 дб по срав­ нению с шумом в режиме малого хода. На рис. 3 приведены усредненные уровни шума для судов указанного типа.в режимах малого и полного хода,' а также при ' работе рулевых машин. Эксплуатация рулевых машин при наличии износившихся под-

в режиме малого хода. На оси абсцисс — частота

15

шипников дает значительное повышение уровней шума. В этих случаях в указанном диапазоне частот шум превышает усред­ ненные уровни примерно па 5— 10 дб.

В условиях ограниченной видимости многие суда продолжают движение с. использованием радиолокатора. Однако при его ра­ боте шум в рубке увеличивается. Источником шума является вен­ тилятор, находящийся в блоке «П» радиолокатора.' Звуковые по­ мехи в диапазоне 'Принимаемых звуковых сигналов при работе радиолокатора возрастают на 5— 15 дб над шумом в режиме ма­

стая пятилетка» приведены на рис. 3, а для судов других проек­ тов—в приложении IV.

к уменьшению спектральных уровней шума в этом режиме по сравнению с малым ходом.

Значительные звуковые помехи создаются при работе венти­ ляторов. Например, в рубках трехдечных судов шум от вентиля­ торов, расположенных в фальштрубе, на большинстве судов пере­ крывает спектральные уровни шума в режиме малого и полного хода на 5— 15 дб.

Источниками дополнительного шума в рубках судов являются также вентиляционные шахты, судовые радиостанции, стеклоочи­ стители, преобразователи напряжения, эхолоты и другая аппара­ тура. Усредненные спектральные уровни шума, создаваемого различной аппаратурой на судах основных проектов, приведены в приложении IV.

При отсутствии судового шума существенные помехи создает ветер. Шум ветра, так же как и шум двигателя, имеет интенсивные низкочастотные составляющие и уменьшается с увеличением ча­ стоты. Так, при скорости ветра 7— 10 м/сек уровень помех в ок- т,ав&?125 Гц составляет 50—67 дб, а в октаве 1000 Гц—35—50 дб. При йальіх скоростях воздушного потока шум ветра обусловлен вихреобразованием вблизи препятствий, с увеличением скорости добавляется шум, обусловленный взаимодействием вихрей в воз-

16

Маскировка звуковых сигналов шумом

При одновременном воздействии на ухо двух или нескольких звуковых колебаний происходит заглушение слабого звука более сильным. Это явление получило название маскировки звука. На практике приходится иметь дело ие столько с маскирующим дей­ ствием тонов, сколько с маскировкой тонов шумом. Именно так обстоит дело при приеме звуковых сигналов, которыми обмени­ ваются суда. Тон, звучащий одновременно с шумом, маскируется в основном близкими по частоте составляющими этого шума. Со­ вокупность частот, оказывающих маскирующее .действие на тон, образует так называемую «критическую» полосу. Спектральные составляющие шума, не входящие в критическую полосу, не ока­ зывают маскирующего действия на тон, находящийся в ее центре.

Установлено, что звуковой сигнал может быть услышан с ве­ роятностью 90%, если уровень силы звука сигнала совпадает с уровнем шуШГІГкритической полосе. При этом восприятие сигна­ ла »ухом оказывается возможным потому, что уровень силы звука сигнала оказывается значительно выше (приблизительно на 20 дб) уровня шума в узкой полосе частот, непосредственно примыка­ ющей к сигналу и обладающей наибольшим маскирующим дейст­

Так как уровень силы звука принимаемого сигнала также из­ меряется в октавных полосах, то заранее нельзя сказать, какой частоте, входящей в октаву (средней или крайней), соответствует сигнал. Если частота сигнала приближается к нижней границе октавы, то уровень шума в критической полосе для этого тона может быть близок к уровню шума в данной октаве. Это обуслов-

леио тем, что уровень шума в октаве определяется в основном са­ мыми низкими частотами, так как с возрастанием частоты уро­ вень шума на судах обычно . снижается. Следовательно, для на­ дежного восприятия сигнала, необходимо учитывать, что могут быть такие неблагоприятные случаи, и считать, что сигнал хоро­ шо слышен, если его уровень силы звука совпадает с уровнем шума в соответствующей октавной полосе.

Спектры звуковых сигналов судов часто имеют несколько мак­ симумов примерно равной интенсивности. Так как вероятность восприятия группы топов больше, чем вероятность восприятия от­ дельного тона, то надежность восприятия сигнала в этом случае повышается.

Шум, существующий в рубке, не только мешает восприятию звуковых сигналов, но и приводит к возникновению нарушений в состоянии центральной нервной системы. Это проявляется преж­ де всего в повышенной утомляемости, раздражительности, за­ медлении быстроты реакций, снижении внимательности н остро­ ты зрения. Для судовых условий характерно воздействие на орга­ низм не только шума, но и вибраций. Совместное воздействие шу­ ма и вибраций вызывает значительно большее утомление орга­ низма, чем действие одного шума.

Так как в рубке должны восприниматься звуковые сигналы н осуществляться разборчивая речевая связь и связь по УКВ-ра- диостанции, то целесообразно нормировать уровни шума по пре­ дельной кривой № 55 Санитарных правил. Эта кривая предусмат­ ривает в октавах 125, 250, 500 и 1000 Гц допустимые уровни шу­ ма 70, 63, 58 и 55 дб соответственно.

Определение направления на источник звука

В условиях плохой видимости звуковые сигналы позволяют определять направление на их источник. Способность определять на слух направление па источник звука обусловлена слушанием двумя ушами (бинауральный эффект). Для звуков высокой ча­ стоты (более 1000 Гц) определение направления связано с раз­ личием интенсивности звука, поступающего в оба. уха, из-за экра­ нирующего действия головы. Для звуков низкой частоты разли­ чие в интенсивности звука практически отсутствует вследствие огибания головы звуковыми волнами. В этом случае' определение направления связано с разностью фаз звука в обоих ушах. Когда интенсивности или фазы звуковой волны в обоих ушах оказыва­ ются одинаковыми, источник звука кажется находящимся перед слушателем.

Если звук имеет широкий спектр, то определение направления на источник основывается на обоих способах. Экспериментально установлено, что в тишине ошибки в определении направления по звукам низкой частоты (до 500 Гц) составляют в среднем около

18