Elektronische Sirene

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine elektronische Sirene mit einem Druckkammersystem, dem ein elektrisches Signal zugeführt wird, das 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 Sinusschwingung besteht, wobei der Signalpegel der zweiten Sinusschwingung um 3 bis 30 dB niedriger als der der ersten Sinusschwingung ist. Dadurch erreicht man bei vorgegebener Verlustleistung des Druckkammersystems eine maximale Lautstärke bei akustisch angenehmer Tonqualität.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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 Sinusschwingung besteht, wobei der Signalpegel der zweiten Sinusschwingung um 3 bis 30 dB niedriger als der der ersten Sinusschwingung ist.

[0005] 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.

[0006] Fig.1 zeigt eines der Ergebnisse dieser Untersuchungen. Erregt man ein Druckkammersystem einer elektronischen Sirene mit einer elektrischen Sinusschwingung unterschiedlicher 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.1 mit 0 dB angenommen) ergibt sich bei etwa 800 Hz.

[0007] Um die bei der elektrischen Erregung des Druck- kammersystems auftretende Verlustleistung (1². 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.

[0008] 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 Sinusschwingung 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.

[0009] 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 Sinusschwingung ist. Durch diese Verringerung des Signalpegels der weniger zur Lautstärke beitragenden zweiten Sinusschwingung 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 Sinusschwingung 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 Sinusschwingung erzeugte tiefere Schallschwingung bei ihrer Ausbreitung durch Luft und Feuchtigkeit (Nebel) wesentlich weniger gedämpft wird als die von der ersten Sinusschwingung 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.

[0010] Gemäß 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.

[0011] 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.

[0012] Das Signal der erfindungsgemäßen Sirene kann kontinuierlich oder intermittierend zugeführt werden. Zum Zwecke des Heulens werden ferner beide Sinusschwingungen unter Beibehaltung ihres Frequenz-und 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.

[0013] Eine weitere Optimierung der elektronischen Sirene unter Berücksichtigung des beschriebenen Signales ist durch eine geeignete Gestaltung ihres Schalltrichters möglich. Dabei finden zweckmäßig Exponentialtrichter (keine gefalteten Trichter) Verwendung.

[0014] Erfindungsgemäß besitzt nun ein solcher Schalltrichter eine untere Grenzfrequenz, die zwischen den Frequenzen der ersten und zweiten Sinusschwingung liegt.

[0015] Die untere Grenzfrequenz f_g eines Exponentialtrichters ist mit dem sog. Wuchsmaß § dieses Trichters und der Schallgeschwindigkeit c durch folgende Formel verknüpft:

[0016] Hierbei ergibt sich der Konturenverlauf des exponentiellen Teiles eines solchen - in Fig.2a schematisch dargestellten - Trichters aus der Gleichung

wobei dem exponentiellenTeil (mit Anfangsdurchmesser d_o) ein konischer und gerader Teil angeschlossen sein können und der exponentielle Teil sich mindestens über die Hälfte der Gesamtlänge erstreckt. Der Trichter wird also umso länger, je kleiner das Wuchsmaß ξ ist, d.h. je niedriger die Grenzfrequenz f₉ liegt. Die Grenzfrequenz f₉ soll andererseits grundsätzlich tiefer als die vom Schalltrichter abzustrahlenden Frequenzen liegen.

[0017] Erfindungsgemäß wird nun von diesem bisher üblichen Grundsatz dadurch abgewichen, daß die untere Grenzfrequenz des Schalltrichters nicht unterhalb der Frequenz der zweiten Sinusschwingung, 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 Kauf 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.

[0018] Eine weitere Optimierung dieses Schalltrichters läßt sich durch eine Anpassung des öffnungsquerschnittes an die Wellenlänge der ersten Sinusschwingung erzielen.

[0019] Bei einem Exponentialtrichter (vgl. Fig.2a) ist der Durchmesser d₄₅ des kreisförmigen öffnungsquerschnittes an der Stelle, an der die Konturentangente einen Winkel von 45° mit der Hauptachse des Trichters bildet, mit der Grenzfrequenz f und der Schallgeschwindigkeit c durch folgende Formel verknüpft:

[0020] Erfindungsgemäß wird nun jedoch der Schalltrichter über diese Länge, bei der sich ein öffnungsdurchmesser d₄₅ ergibt, unter Weiterführung der Exponentialfunktion verlängert bis zu einem öffnungsdurchmesser d, der mit der Wellenlänge λ₁ der ersten Sinusschwingung in folgender Beziehung steht:

[0021] 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.

[0022] 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

[0023] Setzt man die Gleichung 5) in Gleichung 4) ein, so ergibt sich für die Kantenlänge k eines der Wellenlänge λ₁ angepaßten Exponentialtrichters mit quadratischem öffnungsquerschnitt die Beziehung

[0024] Enthält die elektronische Sirene wenigstens zwei Sirenensysteme, deren Schalltrichter Hauptabstrahlungsrichtungen aufweisen, die um 180° 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 λ₁ der ersten Sinusschwingung ist. Eine solche Schalltrichteranordnung strahlt dann besonders gut auch die zweite Sinusschwingung ab, deren Wellenlänge doppelt so groß wie die der ersten Sinusschwingung ist.

[0025] Die Fig.3 und 4 zeigen noch einige konstruktive Einzelheiten der erfindungsgemäßen Sirene.

[0026] 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.

[0027] Zur Befestigung des Sirenensystems 2 dient eine Klemmeinrichtung 5, die aus zwei Schalen 5a, 5b besteht, die den Schalltrichter 3 zwischen sich festklemmen.

[0028] 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 Flanschverbindungen, 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.

[0029] Fig.4 zeigt schematisch eine Aufsicht auf die Sirene gemäß Fig.3, wobei vier jeweils um 90° gegeneinander versetzte und in unterschiedlicher Höhenlage angebrachte Sirenensysteme 2, 2a, 2b und 2c angedeutet sind.

[0030] 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.

[0031] 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).

[0032] Die Messung wird in einem reflexionsfreien Meßkanal in einer Meßentfernung von 2,5 m durchgeführt.

[0033] 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.

[0034] Bei der zweiten Messung, bei der das Druckkammersystem mit gleichem Strom beaufschlagt wird, finden zwei überlagerte Sinusschwingungen mit Frequenzen von 840 bzw. 420 Hz, einem Phasenwinkel von 0° und einem Amplitudenverhältnis von 0,316 (entsprechend - 10 dB) Verwendung.

[0035] Die gemessene Lautstärke (bewerteter Schalldruckpegel) ist im zweiten Fall (d.h. bei Verwendung des erfindungsgemäßen Signales) um 2,0 dB größer als im ersten Fall.

Ansprüche

1. 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,
dadurch gekennzeichnet,
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 Sinusschwingung besteht, wobei der Signalpegel der zweiten Sinusschwingung um 3 bis 30 dB niedriger als der der ersten Sinusschwingung ist.

2. Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich der ersten Sinusschwingung zwischen 700 und 1200 Hz liegt.

3. Sirene nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich der ersten Sinusschwingung zwischen 750 und 1000 Hz liegt.

4. Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich der zweiten Sinusschwingung zwischen 350 und 600 Hz liegt.

5. Sirene nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, 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 Sinusschwingung ist.

7. Sirene nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sinusschwingung eine Frequenz von 840 Hz und die zweite Sinusschwingung eine Frequenz von 420 Hz besitzt.

8. Sirene nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalpegel der zweiten Sinusschwingung um 5 bis 20 dB, vorzugsweise um 8 bis 12 dB, niedriger als der der ersten Sinusschwingung ist.

9. Sirene nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalltrichter eine untere untere Grenzfrequenz besitzt, die zwischen den Frequenzen der ersten und zweiten Sinusschwingung liegt.

10. Sirene nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des Schalltrichters zwischen der Frequenz der zweiten Sinusschwingung und dem 0,9-fachen Wert der Frequenz der ersten Sinusschwingung liegt.

11. Sirene nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, 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 Wellenlänge der ersten Sinusschwingung liegt.

12. Sirene nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, 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 Wellenlänge der ersten Sinusschwingung liegt.

13. Sirene nach Anspruch 1, enthaltend wenigstens zwei Sirenensysteme, deren Schalltrichter Hauptabstrahlungsrichtungen aufweisen, die um 180° gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen der beiden Schalltrichter einen Abstand voneinander aufweisen, der ein ganzzahliges Vielfaches, vorzugsweise der zweifache Wert, der Wellenlänge der ersten Sinusschwingung ist.

14. Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sinusschwingungen unter Beibehaltung 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 gekennzeichnet, 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 Druckkammersystem (4) abgewandten Seite der Halterung befindet.

16. Sirene nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der stationär angeordneten säulenartigen Halterung (1) übereinander mehrere Sirenensysteme mit gegeneinander versetzten Hauptabstrahlungsrichtungen vorgesehen sind.

17. Sirene nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der drehbar angeordneten säulenartigen Halterung wenigstens ein Sirenensystem vorgesehen ist.

18. Sirene nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die säulenartige Halterung (1) einzelne, jeweils zur Befestigung eines Sirenensystems (2) dienende Bausteine (5) enthält, die in wählbarer Winkellage miteinander und/oder mit Abstandselementen verbindbar sind.

Zeichnung