Сирену изобрёл французский учёный Шарль Каньяр де ла Тур в 1819 году — как музыкальный инструмент для точного измерения частоты звука
В основе работы сирены лежит не вибрация, а быстрые импульсы давления воздуха, которые создаёт вращающийся ротор, открывая и закрывая щели
Американские сирены работают по стандарту SAE J1849 в диапазоне 500–1800 Гц, немецкие — по DIN 14610 с двумя тонами на интервал кварты: разные страны по-своему решали одну и ту же задачу
Современные электронные сирены, появившиеся в 1960-х, просто воспроизводят звуки своих механических предшественников — стандарты которых закрепились в регламентах и действуют до сих пор
Звук сирены невозможно спутать ни с чем — от полицейских машин до систем экстренного оповещения, редко удаётся провести день в городе, не услышав хотя бы одну. Но что это устройство представляет собой на самом деле и почему оно звучит именно так?
Ответ гораздо интереснее, чем «этот громкий звук, который слышно во время чрезвычайных ситуаций». Физика сирены не похожа ни на один другой музыкальный инструмент.
Полицейская машина Нью-Йорка в 1970-х. Источник изображения — popsci.com
У большинства акустических инструментов звук возникает из-за вибрации: неважно, дуете ли вы в тубу, перебираете струны гитары или ударяете по барабану — именно вибрация определяет высоту тона. С сиренами всё иначе. Эти устройства создают звук, проталкивая воздух через быстро открывающиеся и закрывающиеся отверстия — обычно за счёт вращающегося ротора. Быстрое переключение между открытыми и закрытыми щелями создаёт импульсы давления воздуха, и именно они формируют звук. Изменяя расстояние между щелями, можно менять и сам тон.
Звучит абстрактно, но старый клип из классического детского научного шоу Mr. Wizard объясняет принцип очень наглядно:
Идея кажется странной, и неудивительно: человечество открыло её лишь в начале XIX века.
Музыкальный инструмент и исследовательский прибор
В эссе для The Oxford Handbook of Mobile Music Studies Volume 2 профессор музыки Гарвардского университета Александр Рединг приписывает изобретение сирены французскому учёному Шарлю Каньяру де ла Туру, который создал устройство в 1819 году. Название отсылало к сиренам из «Одиссеи» Гомера, которых часто изображали в виде русалок: прибор де ла Тура мог издавать звук как под водой, так и на открытом воздухе.
Слева направо: демонстрационная сирена, перфорированная дисковая сирена, сирена де ла Тура. Источник изображения — popsci.com
Изначально прибор не предназначался для тревожной сигнализации. По словам Рединга, акустический инструмент, получивший название «сирена», задумывался прежде всего как устройство для генерации тона и точного измерения его частоты. Вплоть до появления цифрового синтеза — то есть больше 150 лет — сирена оставалась самым точным способом получить звук заданной частоты, что сделало её важным научным инструментом XIX века.
От научного прибора — к сигналу тревоги
Со временем выяснилось, что сирена отлично работает и в чрезвычайных ситуациях: чем больше воздуха прокачивается через неё, тем громче звук и тем дальше он распространяется.
Уже к 1867 году сирену начали экспериментально использовать вместо туманного горна. По данным United States Lighthouse Society, в 1868 году сирену установили на постоянной основе на маяке Sandy Hook East Beacon. К XX веку сирены превратились в полноценные системы предупреждения. Пожалуй, самый узнаваемый исторический пример — сирены воздушной тревоги, звучавшие по всей Великобритании во время Второй мировой войны и предупреждавшие гражданских о приближающихся немецких авианалётах. Некоторые из этих систем сохранились и используются до сих пор.
Такие сирены используют электромотор, вращающий ротор, который проталкивает воздух через отверстия определённой формы. Обратите внимание, как повышается высота тона по мере разгона вентилятора — именно так рождается тот самый культовый нарастающий звук, привлекающий внимание.
В XX веке сирены закрепились и на машинах экстренных служб — обычно с той же роторной конструкцией. К 1960-м годам им на смену стали приходить электронные сирены, имитирующие звук механических предшественников. Цель у них та же, что и у сирен воздушной тревоги: звук, который невозможно проигнорировать.
Мужчина проверяет новую сирену воздушной тревоги на крыше — в поле видимости куполов лондонского Сити. В конце 1938 года, когда война с Германией стала казаться неизбежной, сто таких сирен установили и протестировали на крышах полицейских участков по всему Лондону. Источник изображения — popsci.com
Почему сирены звучат по-разному в разных странах
Любой, кто путешествовал или хотя бы регулярно смотрит фильмы, знает: полицейские сирены звучат по-разному в разных странах мира. Это короткое видео хорошо демонстрирует разброс вариантов.
Слушая разные сирены, легко заметить: страны по-своему решают одну и ту же задачу — создать звук, который пробьётся сквозь шум городского трафика, гул мотора или громкую магнитолу.
Многие сирены, включая североамериканские, звучат похоже на сирену воздушной тревоги: тон медленно поднимается, а затем опускается по кругу — этот режим официально называется «завыванием» (wail). Американские сирены следуют стандарту SAE J1849, который предписывает работать в диапазоне от 500 до 1800 Гц — именно к этим частотам человеческое ухо наиболее чувствительно. «Завывание» — базовый режим, но американские сирены обычно умеют переключаться между несколькими звуками. Вот демонстрация от полицейского, который переключает варианты с помощью пульта:
Здесь можно услышать «визг» (yelp) — ускоренную версию того же паттерна подъёма и спада, а также режим «хай-ло» (hi-lo), который чередует два фиксированных тона.
Похожий паттерн «хай-ло» — стандартный звук сирены во многих европейских странах, и именно его многие в СНГ узнают по звукам «ни-нау» из французских и немецких машин: два фиксированных тона чередуются вместо плавного скольжения вверх-вниз. Такая же логика — фиксированные чередующиеся тона, а не плавный вой — используется и в большинстве постсоветских стран, где сирены скорой помощи и полиции звучат заметно ближе к европейской, а не американской модели. В Германии стандарт DIN 14610 задаёт точные частоты: высокий и низкий тон отстоят друг от друга на музыкальную кварту и укладываются в диапазон от 360 до 630 Гц. Смена тонов здесь особенно заметна — и в этом весь смысл: звук должен обращать на себя внимание.
В сети немало споров о том, какие полицейские сирены эффективнее, но серьёзных научных исследований на эту тему на удивление мало. Судя по всему, происхождение разных звуков объясняется скорее историей, чем акустикой. В США, например, одной из самых успешных механических сирен для пожарных машин стала Federal Q, которую можно купить и сегодня. Этот звук наверняка знаком по фильмам, даже если вживую вы его не слышали:
Изначально одна компания продавала этот продукт пожарным департаментам, но со временем он стал фактическим отраслевым стандартом — а затем и вовсе был закреплён в регламентах. Поэтому сегодня даже электрические пожарные сирены в США издают тот же самый звук.
В Германии история пошла другим путём: предшественник звука современной полицейской машины технически вообще не был сиреной — это был набор горнов наподобие труб, через которые продувался воздух. Устройство называлось Martinshorn и производилось компанией Max B. Martin, которая ещё в 1930-х годах напрямую работала с немецким правительством над определением стандартного звука.
Спустя почти столетие даже электронные системы имитируют тот же звук: механический горн превратился в условность, которая до сих пор определяет звучание немецких экстренных служб.
Список можно продолжать долго. У сирены в каждой стране своя история, поэтому и звучат экстренные службы везде по-разному. Это наследие того, как разные люди в разное время решали одну и ту же задачу — пробиться сквозь шум цивилизации в момент чрезвычайной ситуации — и находили разные, но одинаково рабочие решения.
