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

Министерство речного флота РСФСР

Горьковский институт инженеров водного транспорта

Кафедра физики

Е. С. Прохоров, И. И. Эпштейн

ЗВУКОВАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ СУДОВ НА РЕКАХ И ВОДОХРАНИЛИЩАХ

Учебное пособие для студентов-судоводителей и плавсостава

Горький

1 9 7 3

В В Е Д Е Н И Е

Из года в год возрастает интенсивность судоходства на внут­ ренних водных путях. Постоянно увеличивается число судов, на­ ходящихся в эксплуатации, а также их грузоподъемность, разме­ ры и скорости движения. Уменьшение времени погрузочно-разгру­ зочных операций в портах снижает время простоя судов и соот­ ветственно увеличивает время нахождения их в пути. В связи с этим первостепенное значение приобретают вопросы обеспечения безопасности плавания судов.

Введение УК В —радиосвязи, импульсных отмашек и радиоло­ каторов—существенно повысило безопасность плавания и в корне изменило труд судоводителей. Немалую роль в повышении безо­ пасности плавания сыграли улучшение маневренности судов и со­ ставов, а также улучшение судоходной обстановки.

Звуковая сигнализация в системе мер, обеспечивающих безо­ пасность плавания, остается одним из важнейших ее элементов. По-прежнему опа имеет большое значение в условиях плохой ви­ димости, а также в условиях извилистых берегов, особенно йа ма­ лых реках, где в последнее время появились быстроходные суда ти­ па «Заря», и «Зарница». Значительное увеличение числа маломер­ ных судов в личном пользовании цаселения приводит к тому, что' катера и лодки часто производят маневрирование па фарватере в непосредственной близости от идущих судов. Здесь звуковая сиг­ нализация является единственным средством предупреждения во­ дителей маломерных судов. Следует подчеркнуть также большое значение звуковой сигнализации в аварийных ситуациях.

Несмотря на то, что звуковая сигнализация используется в су­ довождении с давних времен, до сих пор в литературе почти нет систематизированных и обоснованных данных об эффективности ее действия в различных погодных условиях. Такое, положение объясняется тем, что на дальность действия звуковой сигнализа­ ции влияет множество факторов, трудно поддающихся учету.

В предлагаемом вниманию читателей пособии авторы постара­ лись восполнить этот пробел. Работа написана в основном по ито­ гам работ кафедры физики ГИИВТа. Кроме того, в ней обобщены опубликованные результаты по'изучению акустики приводного слоя атмосферы, полученные в других организациях как в нашей стране, так и за рубежом.

3

Количество энергии, переносимой звуковой волной за единицу времени через единицу площади поверхности; перпендикулярной направлению движения волны, называется интенсивностью или силой звука. Сила звука обозначается буквой / и в международ­ ной системе единиц имеет наименование Дж/(м2сек) —Вт/м2. Наименьшая интенсивность, которая вызывает еле заметное слу­ ховое ощущение в тишине, называется порогом слышимости, а интенсивность, создающая боль в ушах, называется болевым поро­ гом. Например, для звука с частотой 1 кГц порог слышимости со­ ответствует интенсивности ІО-12 Вт/м2, а болевой порог— 102Вт/м2. Таким образом, громкие звуки отличаются от самых слабых по интенсивности в ІО14 раз. Чтобы не производить вычислений с чис­ лами, отличающимися друг от друга в такое огромное число раз, а также учитывая особенности восприятия звука ухом, вводят уро­ вень интенсивности (силы) звука, определяемый формулой

ответствующее изменению интенсивности звука на 26%, является тем наименьшим изменением интенсивности, которое начинает раз­ личаться ухом.

Звуки, осциллограммой которых являются синусоиды (так на­ зываемые тоны), встречаются довольно редко. Их можно получить, например, с помощью камертона. Чаще встречаются сложные зву­ ки, например, шумы, представляющие собой совокупность колеба­ ний с произвольно изменяющимися частотами, амплитудами и на­ чальными фазами.

Разложение сложного звука на тона называется акустическим анализом звука, а совокупность гармонических функций, сумма которых дает сложный звук, называется спектром данного звука. Для акустического анализа используются приборы — акустические анализаторы. Они имеют специальное устройство (полосовой

4

фильтр), выделяющее из всего спектра определенную область (по­ лосу) частот,- Если наибольшая частота полосы пропускания пре­ вышает наименьшую частоту полосы в два раза, то анализатор называется октавным. На приборе обычно указываются среднегео­ метрические частоты полос. Когда говорят, что измерения сделаны в «октаве 125 Гц», «октаве 250 Гц» и т. и., то это означает, что приводятся данные по октавной полосе, среднегеометрическая ча­

чает, что приводится уровень шума, обусловленный всеми часто­ тами, входящими в указанную октаву. Суммирование величин, из­

Фронтом волны называется геометрическое место точек, до ко­ торых дошло колебание. Для сферической' волны фронтом являет­ ся сфера с центром в источнике, для плоской — плоскость, перпен­ дикулярная направлению распространения волны и т. п. Звуковым лучом называется линия, перпендикулярная фронту волны. При распространении звука в среде, где скорость звука во всех направ­ лениях одинакова (изотропная рреда), звуковые лучи представля­ ют собой прямые линии. Если скорость звука меняется, то при пе­ реходе из слоя в слой происходит преломление луча по закону

звука в слоях. Если скорость звука изменяется непрерывно, то звуковой луч будет представляться не ломаной линией, а плавной

кривой. Преломление звуковых лучей в среде с непрерывно изме­ няющейся скоростью звука называется рефракцией звука. При ре­ фракции звуковые лучи вогнутой стороной всегда обращены к слою с меньшей скоростью звука. Кривизна звукового луча возрастает с увеличением быстроты • изменения скорости звука. Главными причинами, которые вызывают изменение скорости звука в атмо­ сфере, являются изменение скорости ветра и температуры с высо­ той. Быстрота изменения этих величин характеризуется градиен­ тами скорости ветра и температуры, которые показывают, на­ сколько изменяются указанные величины на единицу длины.

5

жающее воздействие на экипаж и пассажиров судна, а также на жителей прибрежных населенных пунктов. 4. Возможность опо­ знания сигнала среди сигналов других судов. 5. Надежность и простота конструкции. 6. Экономичность. 7. Автономность уста­ новки.

Для выполнения ^первого требования необходимо, чтобы звуко­ сигнальные средства имели такой уровень силы звука на 10 м, ко­ торый может обеспечить восприятие сигнала на фоне шума в ме­ сте приема. При этом обеспечить слышимость сигналов в любых погодных условиях не всегда оказывается возможным, так как мо­ гут наблюдаться крайне неблагоприятные условия распростране­ ния звука (например, против сильного ветра), а также слишком большие уровни шума в месте приема сигнала. ,

Выполнение третьего и четвертого требований-возможно, преж­ де всего, при соответствующем подборе тембра сигнала. С точки зрения физиологии слуха наиболее подходящий тембр будет в том случае, если основной (самый низкий) тон сигнала имеет частоту не выше 500 Гц, и при каждом удвоении частоты уровень силы звука обертонов понижается на 10 дб. В этом случае тембр сигна­ ла оказывается приятным. Если же основной тон слаб,а интенсив­ ность более высоких гармоник значительна, то звук сигнала будет резким, неприятным.

Об этом же свидетельствует тот факт, что наибольшее количе­ ство жалоб населения на сигналы, подаваемые на железных доро­ гах локомотивами, поступало не на сигналы главных звукосиг­ нальных средств, а на сигналы, подаваемые вспомогательными

нее, чем звук тифона, имеющего максимум энергии в полосе частот

125—500 Гц (баритон) с уровнем 122— 126 дб.

Выбор частоты основного тона ниже 500 Гц целесообразен не только с точки зрения приятности тембра, но и вследствие того, что более четкую оценку расстояния до 'источника на слух можно получить с помощью звуков с частотой менее 500 Гц, а также изза более благоприятных условий, распространения в атмосфере зву­ ковых колебаний низкой частоты.

Снизить неблагоприятное воздействие сигнала на экипаж и пассажиров судна можно при размещении звукосигнальных устройств как можно дальше (и выше) от рубки и жилых поме­ щений.

Выполнение остальных требований зависит от принципа дейст­ вия и конструкции звукосигнальных средств.

7