Акустический расчет системы оповещения. Расчет уровень звукового давления на расстоянии. Расчет ожидаемых уровней звукового давления в расчетной точке и требуемого снижения уровней шума. В качестве заключения

Здравствуйте, дорогие друзья! На связи с вами Владимир Раичев, я приготовил для вас еще одну достаточно интересную статью. Дело в том, что перед монтажом СОУЭ обязательно производится акустический расчет системы оповещения. А вы знали об этом? О том, что это такое и с чем это едят я и постараюсь вам рассказать.

При строительстве многих помещений здания крайне важно, как в них распространяется звук. Концертные залы, театры – яркий пример тому. Акустика этих помещений во многом определяет посещаемость, желание знаменитостей выступать там.

Акустический расчет таких культурно-развлекательных учреждений ведется на стадии проектирования, когда можно изменить достаточно много строительных параметров для улучшения звучания голоса, музыкальных инструментов.

Сложнее, если необходимо выполнить расчет акустики существующего, эксплуатируемого помещения или здания. Именно с этим чаще всего приходится сталкиваться тем, кто проектирует (СОУЭ) на случай непредвиденных, чрезвычайных ситуаций – пожаров, взрывов, техногенных катастроф.

Следует пояснить, что все СОУЭ можно условно поделить на 2 группы:

• Звукового оповещения – это 1 или 2 тип систем, где оконечными устройствами – сигналами тревоги являются сирены и другие источники резкого, громкого звука различной тональности.
• Речевого – это 3 (наиболее распространенный) или 4, 5 типы. Там применяются оповещатели – громкоговорители, акустические колонки, рупоры, используемые для большинства помещений; звуковые прожекторы для помещений большой протяженности; линейные массивы для трансляции сообщений, заранее записанных текстов в спортивных, культурно-развлекательных заведениях, аэропортах, железнодорожных вокзалах.

Обычно акустический расчет СО проводят при проектировании новых объектов строительства, оборудовании уже эксплуатируемых зданий системами 3–5 типов.

Обусловлено это тем, что 1, 2 типы применяются в небольших по площади, вместимости, числу мест, строительному объему, этажности помещениях или зданиях, где установленные звуковые сирены, тонированные сигналы позволяют обеспечить отличную слышимость за счет громкости, резкого отличия от уровня привычного фонового шума в любой точке помещений здания.

Уровень шума в помещениях, мощность акустических устройств

Следует отметить, что фоновый уровень шума в помещениях здания, на территории предприятия, организации – это одна из значительных характеристик, определяющих проведение акустического расчета системы оповещения, влияющая на ее эффективную работу.

По повседневному уровню шума помещения можно поделить на следующие типы:

• Малошумные – кабинеты административных, управляющих органов, офисы, лечебные учреждения.
• С небольшим уровнем шума – торговые павильоны, магазины, здания аэропортов и железнодорожных вокзалов.
• Шумные. Супер- и гипермаркеты, залы спортивных, культурно-развлекательных учреждений, складские комплексы с использованием электрических погрузчиков.
• С повышенным уровнем фонового шума. Склады с техникой, имеющей двигатели внутреннего сгорания, места проведения погрузочно-разгрузочных работ с использованием подъемной техники, производственные помещения.
• Очень шумные. Перроны железнодорожных вокзалов, музыкальные клубы.

Естественно, что звуковое давление устройств речевого оповещения, определяющее их громкость, должно значительно превышать уровень шума, сильно ослабляющего звук любого громкоговорителя, подобного ему устройства.

Не всегда такое решение возможно. В помещениях музыкальных клубов, киноконцертных залов, кинотеатров, где значения обычного для них уровня звука и так приближаются к критическим для органов слуха, необходимо уменьшать громкость или полностью отключать трансляцию музыкальной программы, озвучивания фильма перед подачей сообщения о тревоге либо блокировать СОУЭ с системой звукоусиления культурно-развлекательного учреждения.

Мощность, вид, способ монтажа (потолочные, настенные, подвесные), их количество, а также расстояние, угол, радиус, максимально возможная площадь озвучивания акустических устройств, места их оптимальной расстановки в помещениях здания – основные характеристики, используемые, определяемые при проведении акустического расчета.

Исходные данные

Прежде всего, это измеренный на месте или заранее рассчитанный, усредненный максимум уровня шума в помещении, где будут установлены устройства речевого оповещения. Вот примерные значения для различных объектов:

• Гостиницы, лечебные, образовательные, культурно-просветительские учреждения – 55–65 дБ.
• Административные, офисные помещения, торговые павильоны, магазины, склады – 65–70 дБ.
• Крупные торговые центры, рестораны, вокзалы, аэропорты – 70–75 дБ.
• Производственные цеха промышленных предприятий, концертные, спортивные комплексы – 75–80 дБ.

Кроме того, для акустического расчета потребуются следующие сведения:

• Геометрические размеры помещения.
• Уровень звукового давления, выбранных устройств оповещения.
• Чувствительность, мощность оповещателей.
• Ширина диаграммы направленности каждого устройства, определяющая зону полноценного оповещения.
• Площадь озвучивания оповещателя (на основании технического паспорта изделия) в зависимости от уровня шума.

Все эти данные служат основой для проведения акустического расчета.

Методики и программы расчета

Существуют методики, указания по самостоятельному проведению расчета, где расписана четкая последовательность выбора факторов, а также предоставлены формулы, таблицы, графики, диаграммы, необходимые для установления основных параметров СОУЭ для каждого вида помещений, зданий.

Кроме того, чтобы ускорить, упростить процесс, разработаны компьютерные программы для акустического расчета системы оповещения.

Существуют как платные сервисы, предоставляемые независимыми компаниями-разработчиками; организациями, занимающимися проектированием СОУЭ, так и бесплатные программы расчета от производителей изделий-компонентов систем оповещения, звукового оборудования, которые можно загрузить с их официальных сайтов.

Основные параметры, последовательно определяемые акустическим расчетом:

• Максимальное расстояние озвучивания, выбранного оповещателя в условиях предстоящей эксплуатации.
• Максимальный радиус озвучивания.
• Реальный угол диаграммы направленности.
• Максимально возможная площадь озвучивания оповещателя.

Затем с учетом последней характеристики на плане-схеме помещения, подлежащего оборудованию системой оповещения, выполняется расстановка всех оповещателей – громкоговорителей, звуковых колонок, других акустических систем, используемых в составе СОУЭ, так, чтобы в любой точке помещения можно было услышать тревожное сообщение о чрезвычайной ситуации, действиях для безопасной эвакуации из здания.

Необходимое количество звуковых устройств речевого оповещения, в свою очередь, служит основой для расчета суммарной мощности системы, выбора трансляционных усилителей, коммутационных устройств, источников резервного питания на случай отключений электроснабжения здания, построения схемы СОУЭ в целом.

Нюансы акустического расчета

Недостаточно определить единичную, суммарную мощность необходимых устройств оповещения для данного помещения или здания. Существует много тонкостей, мелочей, известных специалистам проектных, монтажных организаций, установленных как теоретически, так и из опыта эксплуатации систем речевого оповещения, влияющих на ее работу:

• Расстояние между соседними оповещателями не должно превышать удвоенного максимального радиуса озвучивания для данной модели изделия.
• Все выбранные для использования в системе оповещения акустические устройства не должны иметь внешних регуляторов звука, выдаваемой мощности.
• Кроме громкости в речевом оповещении, крайне важна четкая слышимость, разборчивость и равномерность подачи информации. Поэтому не следует пытаться установить один или несколько очень мощных звуковых колонок, громкоговорителей, чтобы перекрыть всю площадь помещения.
• В залах, других помещениях большой площади необходимы распределенные системы оповещения, состоящие из большого количества равномерно рассредоточенных оповещателей, площадь озвучивания которых перекрывает друг друга. Это позволит исключить как излишнюю концентрацию, так и неправильное распределение отраженного звука.
• В то же время в коридорах, узких и длинных помещениях рекомендуется использовать звуковые прожекторы с регулируемой специалистами мощностью звукового давления для выбора оптимального восприятия в каждой точке. Это позволит в зданиях коридорного типа значительно сократить количество оповещателей, необходимую мощность усилителей для трансляции сообщений, и в результате уменьшит стоимость системы.

Почему доверить акустический расчет необходимо профессионалам

Но это только «вершина айсберга». Не сомневаясь в знаниях, компетенции технических специалистов предприятий, организаций, следует предостеречь их от самостоятельного проведения акустического расчета, если он будет служить основой для монтажа системы речевого оповещения. Этому есть несколько причин:

• Для монтажа СОУЭ, неотъемлемой составной частью которой является звуковая, речевая система оповещения, в существующих, эксплуатируемых зданиях в обязательном порядке необходима лицензия МЧС на данный вид работ.
• В то же время, парадоксально, но проектировать СОУЭ в таких зданиях можно без каких-либо разрешительных документов. Однако на практике, рабочий проект СОУЭ обычно разрабатывается организацией, в дальнейшем выполняющей монтаж и наладку, подписывающей акт выполненных работ, в том числе в территориальном органе МЧС (насколько мне не изменяет память, этот процесс добровольный), и соответственно, несущей полную ответственность в соответствии с законодательством.
• Для новостроящихся объектов на проектирование и монтаж СОУЭ требуются допуски СРО для юридического лица.

К тому же достаточно непросто согласовать рассчитанные акустические величины с техническими, электрическими параметрами, характеристиками трансляционных усилителей мощности, коммутационных устройств, источников бесперебойного, резервного питания, без специальных методик, чтобы работа системы была устойчивой, а речевые сообщения, музыкальная трансляция были четко слышны в любом помещении защищаемого СОУЭ здания.

Поэтому для проектирования, проведения монтажно-наладочных работ лучше, целесообразней привлекать специалистов предприятий, организаций, имеющих соответствующие разрешительные документы, продолжительный опыт работы в области ПБ.

Полезно будет узнать об объектах, где ими проектировалась, монтировалась система речевого оповещения, чтобы самостоятельно убедиться в ее эффективности. Отзывы собственников здания, арендаторов помещений также будут нелишними.

Одной из основных задач, решаемых в процессе электроакустического расчета, выполняемого на начальной стадии проектирования систем оповещения о пожаре - СОУЭ является задача выбора и расстановка речевых оповещателей (далее громкоговорителей). Громкоговорители могут устанавливаться как на открытых площадках, так в закрытых (защищаемых) помещениях. Цель данной статьи - предложить и обосновать варианты оптимальной расстановки речевых оповещателей (далее громкоговорителей) в закрытых (защищаемых) помещениях.

В закрытых помещениях рекомендуется устанавливать громкоговорители внутреннего исполнения, как наиболее оптимальные по параметрам и качеству. В зависимости от конфигурации помещения это могут быть потолочные или настенные типы. Грамотная расстановка громкоговорителей позволяет обеспечить равномерное распределение звука в помещении, следовательно, добиться хорошей разборчивости. Если говорить о качестве звучания, то оно будет определяться преимущественно качеством выбранных громкоговорителей. Так, например, при использовании потолочных громкоговорителей необходимо учитывать, что звуковая волна от громкоговорителя распространяется перпендикулярно полу, следовательно, озвучиваемая площадь на высоте ушей слушателей представляет собой круг, радиус которого принимается равным разности высоты установки (крепления) громкоговорителя и расстояния до отметки 1,5 м от пола (согласно нормативной документации). В большинстве задач для расчетов потолочной акустики, звуковые волны отождествляются с геометрическими лучами, при этом диаграмма направленности (ДН) громкоговорителя определяет параметры (углы) прямоугольного треугольника, следовательно, для расчета радиуса круга (катета треугольника) достаточно теоремы Пифагора. Для равномерного озвучивания помещения громкоговорители следует устанавливать так, чтобы результирующие площади соприкасались или слегка перекрывали друг друга. В самом простом случае необходимое количество громкоговорителей получается из отношения величин озвучиваемой площади к площади, озвучиваемой одним громкоговорителем.

Одним из основных параметров, который необходимо определить в расчетах, является Шаг расстановки цепочки громкоговорителей. Он будет определяться размерами помещения, высотой установки громкоговорителей и их диаграммой направленности (ШДН).

При расстановке настенных громкоговорителей в коридорах вдоль одной стены рекомендуемый шаг расстановки:

без учета отражений от стен:

(Шаг расстановки, м) = (Ширина коридора, м) х 2

• с учетом отражений от стен:

  (Шаг расстановки, м) = (Ширина коридора, м) х 4

При расстановке настенных громкоговорителей в прямоугольных помещениях по двум стенам в шахматном порядке шаг расстановки:

При встречной расстановке настенных громкоговорителей в прямоугольных помещениях по двум стенам шаг расстановки:

Основные требования

Приведем основное требование нормативной документации (НД):

Количество звуковых и речевых (громкоговорителей) пожарных оповещателей, их расстановка и мощность должны обеспечивать уровень звука во всех местах постоянного или временного пребывания людей в соответствии с нормами настоящего свода правил.

Проектирование систем оповещения сопровождается выполнением электроакустического расчета (ЭАР). Следствием грамотного ЭАР является оптимизация - минимизация технических средств, повышение качества восприятия. Качество восприятия, в свою очередь, характеризуется комфортностью звучания для музыкального фона и разборчивостью для речевых сообщений. Критерием правильности ЭАР являются требования нормативной документации (НД) , которые условно можно разделить на:

• требования к речевому оповещателю (громкоговорителю);

  требования к уровням звуковых сигналов;

  требования к расстановке речевых оповещателей (громкоговорителей).

Следует заметить, что в НД изложены лишь необходимые (минимальные) требования в то время, как достаточные (максимальные) требования обеспечиваются наличием грамотных методик, а при их отсутствии - грамотностью и ответственностью проектировщика.

Требования к громкоговорителю

В изложены следующие требования. Звуковые оповещатели должны обеспечивать уровень звукового давления такой, чтобы:

Звуковые сигналы СОУЭ обеспечили общий уровень звука (уровень звука постоянного шума вместе со всеми сигналами, производимыми оповещателями) не менее 75 дБА на расстоянии 3 м от оповещателя, но не более 120 дБА в любой точке защищаемого помещения.

В данном пункте содержатся два требования - требование к минимальному и максимальному звуковому давлению.

Минимальное звуковое давление

Громкоговоритель должен обеспечивать (минимальный) уровень звукового сигнала на расстоянии 1м от геометрического центра:

Максимальное звуковое давление

Дадим определение расчетной точки :

Расчетная точка (РТ) - место возможного (вероятного) нахождения людей наиболее критичное с точки зрения положения и удаления от звукового источника (громкоговорителя). РТ выбирается на расчетной плоскости - (мнимой) плоскости, проведенной параллельно полу на высоте 1,5м.

Требование к уровням звуковых сигналов

Основное требование к (необходимому) уровню звукового сигнала изложено в НД :

Звуковые сигналы СОУЭ должны обеспечивать уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума в защищаемом помещении. Измерение уровня звука должно проводиться на расстоянии 1,5 м от уровня пола.

Требования к расстановке

Основное требование к расстановке громкоговорителей изложено в НД :

Установка громкоговорителей и других речевых оповещателей (громкоговорителей) в защищаемых помещениях должна исключать концентрацию и неравномерное распределение отраженного звука.

Речевые оповещатели (громкоговорители) должны быть расположены таким образом, чтобы в любой точке защищаемого объекта, где требуется оповещение людей о пожаре, обеспечивалась разборчивость передаваемой речевой информации.

Учет основных характеристик громкоговорителей

Согласно , расстановка громкоговорителей является частью организационных мероприятий, выполняемых при проектировании СОУЭ и называемых электроакустическим расчетом. Наиболее актуальной является не просто расстановка, а оптимальная расстановка громкоговорителей, позволяющая минимизировать количество расчетных ресурсов (времени) и материальных средств.

Способы расстановки громкоговорителей тесно связаны с их конструктивными особенностями. Наиболее обобщенной является следующая классификация:

по исполнению;

по конструктивным особенностям;

по характеристикам;

по способу согласования с усилителем.

Учет типа и конструктивных особенностей громкоговорителей

По исполнению громкоговорители можно разделить на внутренние и внешние. Характерным признаком внутреннего исполнения является класс защиты IP. Для громкоговорителей внутреннего исполнения достаточно IP-41, для внешнего - не ниже IP-54. Для помещений, прежде всего в целях экономии, используются громкоговорители внутреннего исполнения.

В зависимости от решаемых задач могут использоваться громкоговорители различного конструктивного исполнения. Так, например, в зависимости от конфигурации помещения могут применяться громкоговорители потолочного или настенного исполнения. Для озвучивания открытых площадок используются рупорные громкоговорители, благодаря таким их характеристикам, класс защиты, высокая степень направленности звука, высокий КПД.

Специфика учета основных параметров громкоговорителей

Для осуществления грамотной расстановки громкоговорителей нам понадобятся следующие характеристики (основные параметры) громкоговорителя:

Расчет звукового давления громкоговорителя

Громкость громкоговорителя нельзя измерить непосредственно, поэтому на практике ее выражают через уровни звукового давления, измеряемые в децибелах, дБ.

Звуковое давление громкоговорителя определяется как его чувствительностью, так и электрической мощностью, подведенной к его входу:

Чувствительность громкоговорителя P 0 , дБ (чувствительность громкоговорителя иногда называют SPL от англ. SPL - Sound Pressure Level) - уровень звукового давления, измеренного на рабочей оси громкоговорителя, на расстоянии 1м от рабочего центра на частоте 1кГц при мощности 1Вт.

Мощность громкоговорителя

Существует несколько основных видов мощностей:

Номинальная мощность громкоговорителя - электрическая мощность, при которой нелинейные искажения громкоговорителя не превышают требуемых значений.

Паспортная мощность громкоговорителя - определяется как наибольшая электрическая мощность, при которой громкоговоритель может длительное время удовлетворительно работать на реальном звуковом сигнале без тепловых и механических повреждений.

Синусоидальная мощность - максимальная синусоидальная мощность, при которой громкоговоритель должен проработать в течение 1 часа с реальным музыкальным сигналом без получения физических повреждений (ср. максимальная синусоидальная мощность).

В общем случае в качестве параметра мощности необходимо использовать значение, указанное производителем громкоговорителя.

Звуковое давление громкоговорителя рекомендуется рассчитывать в зависимости от мощности включения громкоговорителя.

Основные расчеты

Уменьшение звукового давления в зависимости от расстояния

Для расчета уровня звукового давления в расчетной точке остается определить еще один важный параметр - величину уменьшения звукового давления в зависимости от расстояния - дивергенции, Р 20 , дБ. В зависимости от того, где устанавливается громкоговоритель - во внутренних помещениях или на открытых площадках, используются различные формулы (подходы).

Расчет уровня звукового давления в РТ

Зная параметры громкоговорителя - его чувствительность- P 0 , дБ, подводимую звуковую мощность P вт, Вт, и расстояние до РТ, r, м, вычислим уровень звукового давления L 1 , дБ, развиваемого им в РТ:

Звуковое давление в РТ при одновременной работе n громкоговорителей:

Расчет эффективной дальности

Эффективная дальность звучания громкоговорителя - расстояние от громкоговорителя до точки, в которой звуковое давление, не превышает значения (УШ+15) дБ:

Эффективную дальность звучания (громкоговорителя) D, м, можно рассчитать:

О пределение необходимой мощности и уровня звукового давления акустических устройств в системах оповещения всегда представляло значительную проблему для проектировщиков. Некоторые производители систем оповещения, стараясь облегчить их труд, приводят всевозможные графики, таблицы или программы для расчета этих параметров. Чаще всего попытка практического применения подобных рекомендаций или программ порождает больше вопросов, чем ответов, или ставит в тупик абсурдностью полученных решений.

Для самостоятельного изучения проблем акустики у большинства проектировщиков просто нет времени, поэтому имеет смысл изложить здесь базовые принципы акустических расчетов и выбора звуковоспроизводящих устройств.

Расчет акустических параметров звуковоспроизводящих устройств предполагает выбор необходимых громкоговорителей в зависимости от действующего уровня фонового шума и выбранной схемы озвучивания. Действующий уровень фонового шума зависит от назначения помещения. Полагается, что для качественного восприятия речи (диспетчерских передач) уровень звукового давления громкоговорителя должен на 10-15 дБ превышать уровень фонового шума в наиболее удаленной точке помещения.

При относительно низких фоновых шумах (менее 75 дБ) необходимо обеспечить избыточный уровень полезного сигнала 15 дБ, при высоких (более 75 дБ) — достаточно 10 дБ. То есть требуемый уровень звукового давления составляет: Lmax=La+15, дБ — для помещения с относительно низким уровнем фоновых шумов; Lmax=La+10, дБ — для помещения с высоким уровнем фоновых шумов, где Lа — действующий уровень фонового шума в помещении.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ

К основным характеристикам громкоговорителей относятся их направленность, диапазон частот и уровень звукового давления,

развиваемого на расстоянии 1 м от излучателя.

Ненаправленными громкоговорителями являются динамики, потолочные громкоговорители, а также всевозможные звуковые колонки (хотя необходимо отметить, что колонки занимают промежуточное положение между направленными и ненаправленными системами). Область распространения звука ненаправленных громкоговорителей (диаграмма направленности) достаточно широка (около 60°), а уровень звукового давления относительно невелик.

К направленным громкоговорителям в первую очередь относятся рупорные излучатели, так называемые «колокольчики». В рупорных громкоговорителях происходит концентрация акустической энергии за счет особенностей конструкции самого рупора, они отличаются узкой диаграммой направленности (около 30°) и высоким уровнем звукового давления. Работают рупорные громкоговорители в узкой полосе частот и потому плохо подходят для качественного воспроизведения музыкальных программ, хотя за счет высокого уровня звукового давления хорошо подходят для озвучивания больших площадей, в том числе открытых пространств.

Выбор громкоговорителей по диапазону частот зависит от назначения системы. Для диспетчерских передач и создания музыкального фона вполне достаточным является диапазон 200 Гц — 5 кГц, который обеспечивается практически любыми акустическими устройствами (рупорные излучатели имеют несколько меньший диапазон, но для речевых передач его вполне хватает). Для высококачественного озвучивания следует использовать громкоговорители, имеющие диапазон частот не менее 100 Гц — 10 кГц.

Необходимый уровень звукового давления является единственной характеристикой громкоговорителя, которая определяется по результатам расчетов. Сданной характеристикой возникает наибольшее количество проблем, которые чаще всего связаны с путаницей между электрической мощностью и звуковым давлением. Между этими величинами существует косвенная зависимость, поскольку громкость звучания определяется звуковым давлением, а мощность обеспечивает работу громкоговорителя. Из подводимой мощности только часть преобразуется в звук и величина этой части зависит от коэффициента полезного действия конкретного громкоговорителя. Большинство производителей акустических систем указывает в технической документации звуковое давление в Паскалях или уровень звукового давления в децибелах на расстоянии 1 м от излучателя. Если указано звуковое давление в Паскалях, в то время как необходимо получить уровень звукового давления в децибелах, перевод одной величины в другую осуществляется по следующей формуле:

Для типичного ненаправленного громкоговорителя можно принять, что 1 Вт электрической мощности соответствует уровню звукового давления примерно 95 дБ. Каждое увеличение (уменьшение) мощности вдвое приводит к увеличению (уменьшению) уровня звукового давления на 3 дБ. То есть 2 Вт — 98 дБ, 4 Вт — 101 дБ, 0,5 Вт — 92 дБ, 0,25 Вт — 89 дБ и т.д. Существуют громкоговорители, имеющие звуковое давление на 1 Вт мощности менее 95 дБ, и громкоговорители, обеспечивающие на 1 Вт 97 и даже 100 дБ, при этом громкоговоритель мощностью 1 Вт с уровнем звукового давления

100 дБ заменяет громкоговоритель мощностью 4 Вт с уровнем 95 дБ/Вт (95 дБ — 1 Вт, 98 дБ — 2 Вт, 101 дБ — 4 Вт), очевидно, что применение такого громкоговорителя более экономично. Можно добавить, что при одной и той же электрической мощности уровень звукового давления потолочных громкоговорителей на 2-3 дБ ниже, чем настенных. Это связано с тем, что настенный громкоговоритель расположен либо в отдельном корпусе, либо у хорошо отражающей задней поверхности, поэтому звук, излучаемый назад, практически полностью отражается вперед. Потолочные громкоговорители, как правило, крепятся на фальшпотолках или подвесах, поэтому звук, излучаемый назад, не отражается и не влияет на повышение фронтального звукового давления. Рупорные громкоговорители при мощности 10-30 Вт обеспечивают звуковое давление 12-16 Па (115-118 дБ) и более, имея, тем самым, наиболее высокое соотношение децибел к ваттам.

В заключение следует отметить, что при расчетах громкоговорителей необходимо обращать внимание на развиваемое ими звуковое давление, а не на электрическую мощность, и только при отсутствии этой характеристики в описании руководствоваться типовой зависимостью — 95 дБ/Вт.

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ СИСТЕМ

Расчет мощности громкоговорителей для сосредоточенных систем осуществляется в следующем порядке:

1) определяется необходимый уровень звука в удаленной точке озвучиваемого помещения:

где La — действующий уровень фонового шума в помещении, 10 — превышение требуемого уровня звукового давления над фоном;

где L — расстояние от громкоговорителя до крайней точки.

Если в сосредоточенной системе используется несколько громкоговорителей, то:

где n — число громкоговорителей в сосредоточенной системе;

величина 2 х 10-5, стоящая в знаменателе, соответствует уровню абсолютной тишины в Паскалях;

5) по значению Lгp или р 1 выбирается необходимый громкоговоритель или находится его необходимая типовая мощность.

При выборе типовой мощности используется соотношение 95 дБ/Вт.

Пример 1:

Необходимо рассчитать мощность громкоговорителя в сосредоточенной системе с двумя громкоговорителями.
Исходные данные:
Расстояние от громкоговорителя до удаленной точки L -15 м, уровень фонового шума в помещении — La — 75 дБ.
Требуемый уровень звука в удаленной точке —
Требуемое звуковое давление в удаленной точке:
Необходимое звуковое давление на расстоянии 1 м от громкоговорителя:

Типовой громкоговоритель мощностью 1 Вт обеспечивает уровень звукового давления примерно 95 дБ, мощностью 2 Вт —
97 дБ, 4 Вт — 101 дБ, 8 Вт — 104 дБ. Следовательно, каждый из двух громкоговорителей должен иметь мощность около 8 Вт.

Пример 2:

Рассчитать мощность громкоговорителя в сосредоточенной системе с направленным громкоговорителем.
Исходные данные:
расстояние от громкоговорителя до удаленной точки L — 80 м,
уровень фонового шума — La — 70 дБ.

Требуемый уровень звука в удаленной точке –

Требуемое звуковое давление в удаленной точке:

Необходимое звуковое давление на расстоянии 1 м от громкоговорителя:

Уровень звукового давления, которое должен развивать громкоговоритель на расстоянии 1 м:

Громкоговоритель типа 50ГРД-3 мощностью 50 Вт имеет уровень звукового давления 118 дБ, т.е. достаточный для озвучивания участка на заданном расстоянии.

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ

Расчет мощности громкоговорителей для одинарной и двойной настенной цепочки:

где La — действующий уровень фонового шума в помещении

2) рассчитывается звуковое давление, которое должен развивать громкоговоритель в удаленной точке:

3) определяется

— для одиночной цепочки или цепочки, расположенной в шахматном порядке:

— для двойной цепочки:

где b — ширина помещения, D — расстояние между громкоговорителями в цепочке.

Вместо D можно подставить выражение:

где L — длина помещения, N — количество громкоговорителей вдоль одной стены;

4) определяется уровень звукового давления, которое должен обеспечивать каждый громкоговоритель:

5) по значению L2p выбирается необходимый громкоговоритель или находится его необходимая типовая мощность. При выборе по типовой мощности используется соотношение — 95 дБ/Вт.

Пример 3.

Операционный зал банка:
Длина помещения — 18 м, ширина — 7,5 м, высота — 4,5 м.
Рекомендуется использовать два громкоговорителя — по одному на каждую сторону.
Шаг громкоговорителей: D = 6 м.
По назначению помещения ожидаемый уровень фонового шума — 60-63 дБ;

звуковое давление, которое должен развивать громкоговоритель на расстоянии 1 м:

уровень звукового давления громкоговорителя:

Такой уровень звукового давления соответствует типовым громкоговорителям с мощностью, намного меньшей 0,5 Вт.

Торговый зал магазина:
длина помещения: L-25 м, ширина: b — 18 м, высота: h — 5 м, люди преимущественно стоят — добавочная высота: hd — 1,5 м. Рекомендуется двойная настенная цепочка, по три громкоговорителя на каждую сторону, шаг цепочки D — 8 м.
По назначению и площади объекта ориентировочный уровень фонового шума следует ожидать в диапазоне 65-70 дБ;
необходимый уровень звука в помещении:

звуковое давление, которое должны развивать громкоговорители:

звуковое давление, которое должен развивать громкоговоритель на расстоянии 1 м:

уровень звукового давления громкоговорителя:

Такой уровень звукового давления соответствует типовому громкоговорителю мощностью немного меньше 1 Вт,

следовательно, можно использовать громкоговорители по 1 Вт каждый.

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ ОДИНОЧНОЙ И ДВОЙНОЙ ПОТОЛОЧНОЙ ЦЕПОЧКИ И ПОТОЛОЧНОЙ РЕШЕТКИ:

1) определяется необходимый уровень звука в помещении:

где Lа — действующий уровень фонового шума в помещении (при уровне фонового шума более 75 дБ — Lmax = La + 7, дБ);

2) рассчитывается звуковое давление, которое должен развивать громкоговоритель в удаленной точке:

3) определяется звуковое давление, которое должен развивать громкоговоритель на расстоянии 1 м:

— для одиночной цепочки, расположенной по средней линии помещения:

— для двойной цепочки:

— для потолочной решетки:

где b — ширина помещения, D — расстояние между громкоговорителями в цепочке;

4) определяется уровень звукового давления, которое должен обеспечивать каждый громкоговоритель:

5) по значению выбирается необходимый громкоговоритель или находится его необходимая типовая мощность. При выборе по типовой мощности используется соотношение 95 дБ/Вт.

Несмотря на кажущуюся сложность, приведенные формулы не представляют значительного труда при расчетах и не требуют специальной математической подготовки. Более того, после нескольких расчетов проектировщик будет определять необходимые характеристики акустических устройств без дополнительных вычислений, интуитивно.

В заключение можно указать причину большинства решений, противоречащих практическому опыту, получаемых в результате специализированных программ по акустике или при использовании вышеприведенных формул. Как правило, она кроется в некорректном задании действующего уровня фонового шума. В ряде справочных и технических изданий приводятся примерные уровни фоновых шумов для помещений различного функционального назначения. Относиться к этим данным следует крайне осторожно, поскольку в разных источниках для одних и тех же помещений они могут отличаться на 5-10 дБ (что дает очень существенный разброс по звуковому давлению), кроме того, необходимо учитывать, что при пожаре из-за возникшей паники или обрушения конструкций требуемый уровень фоновых шумов следует принимать большим, чем для обычных диспетчерских передач.

А. Пинаев к.т.н.,
М. Альшевский с.н.с. НИИ ПБ и ЧС МЧС РБ

Доброго времени суток.

Мы уже говорили, что требования к СОУЭ (системам оповещения и управления эвакуацией) регламентируются томом СП 3.13130.2009. «Свод правил. Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности».

Основное требование к звуковым системам — они должны обеспечивать минимальный уровень звукового давления на уровне 1,5 м от пола (т.е. на высоте ушей среднестатистического человека) на 15 дБ выше среднего уровня шума в помещении, но не не менее 75 дБ. При этом максимальный уровень звукового давления, создаваемый СОУЭ, не должен превышать 120 дБ: это болевой порог, дальше всё равно бесполезно — только вред можно нанести. Поэтому, если уровень шума на объекте, скажем, 110 дБ, то ваша СОУЭ должна верещать не тише и не громче 120 дБ, а повышение эффективности должно достигаться за счёт всяких световых эффектов — стробоскопов например. В спальных помещениях, гостиницах, больничных палатах и т.д. уровень звука меряется на высоте головы спящего человека.

Вариантов размещения источников звука много. Можно присобачить в углу зала рупорный громкоговоритель типа «колокол» кошмарной мощности и пусть оно орёт «на весь лес». В результате в дальнем конце помещения звук будет удовлетворять требованиям, а возле источника звука люди будут глохнуть. Так вот я забыл добавить: «Свод правил» требует ещё и равномерного распределения звука (п. 4.7. Установка громкоговорителей и других речевых оповещателей в защищаемых помещениях должна исключать концентрацию и неравномерное распределение отраженного звука.).

Поэтому в больших помещениях широко применяются потолочные динамики — они позволяют создать как раз то самое равномерное распределение звукового давления. Существует множество конструкций для монтажа в подвесные потолки, есть подвесные динамики, внешне похожие на люстры.

В коридорах и небольших помещениях вполне пригодны настенные динамики, их размещение жёстко регламентировано: не ниже 2,3 м от пола, но не менее 15 см от потолка. Есть, кстати, двунаправленные громкоговорители: в середине коридора на стенку присобачил, он туда и сюда говорит.

Надо добавить, что, во избежание больших потерь мощности на проводах, усилители выдают высоковольтный сигнал, 100-120 В. Динамики снабжены понижающими трансформаторами.

О расчёте СОУЭ с потолочными динамиками:

Количество потолочных динамиков для озвучивания помещения рассчитывается без учёта мощности — чистая геометрия. Считаем, что диаграмма направленности динамика равна 90 градусам, необходимо, чтобы они равномерно, без перекрытия озвучивали помещения на высоте 1,5 м от пола. Желающие могут порисовать, мне лень, поэтому без всяких подробностей:

берём высоту помещения минус 1, 5м, гордо называем полученное число «h» . Динамики вешаем друг от друга на расстоянии 2h, от стены — h.

Площадь, которую озвучивает один потолочный динамик примерно:

Теперь берём площадь помещения и делим на эту самую S(оп), получаем число динамиков. Например, имеем здоровенный склад 7000 кв.м, высота 6м. В таком случае h=6м-1,5м=4,5м. S(оп) получается примерно 2х4,5х2х4,5 = 81 кв. м. Количество динамиков:

N = 7000:81 = 86

Теперь о мощности. Всякий нормальный динамик (громкоговоритель) в числе технических характеристик имеет такой интересный параметр, как чувствительность, измеряемую в Вт/м. Правда потом, для удобства расчётов, это переводится в дБ, желающие могут сами поискать как переводить ватты в децибелы, это уже теория, не хочется заглубляться в подробности. Короче, чувствительность — это звуковое давление, которое создаёт динамик на расстоянии 1 м при рассеиваемой на нём мощности 1 Вт.

Мы должны создать звуковое давление большее на 15 дБ, чем уровень шума в помещении. Чтобы не бегать с шумомером, воспользуемся табличкой типовых уровней шумов в помещениях:

Поскольку у нас склад, берем уровень шума 70 дБ. Возьмём динамик LPA-6 от фирмы Луис-Плюс, он имеет чувствительность 94 дБ, т.е. при мощности 1 Вт на расстоянии 1 м от него он создаёт звуковое давление =94 дБ. Нам нужно на расстоянии 4,5 м (наше расстояние «h») получить звуковое давление

70дБ+15дБ = 85дБ

Воспользуемся графиком затуханий звукового давления с в зависимости от удаления от динамика, предоставленным той же фирмой Луис-Плюс:

На расстоянии 1 м затухание = 0, а на нужных нам 4,5 м оно составляет около 13 дБ. Т.е. из исходных 94 дБ (чувствительность динамика или звуковое давление на расстоянии 1 м) нам надо вычесть 13 дБ. Получаем, что при мощности 1 Вт наш динамик раскачает нам на уровне 1,5 м от пола давление 81 дБ. А надо 85 дБ.

Давайте глянем характеристики нашего динамика:

Смотрите, в графе «Мощность включения» Стоит 3 варианта подключения:6 Вт, 3 Вт и 1,5 Вт. Т.е. на его согласующем трансформаторе несколько отводов, позволяющих, при напряжении на трансформаторе 100 В, развивать мощность 6 Вт, 3 Вт или 1,5 Вт.

И, для полного счастия, ещё одна табличка — усиление в дБ в зависимости от рассеиваемой на динамике мощности:

Нам надо раскачать 85 дБ на расстоянии «h» от динамика. Мы получили расчётное 81 дБ, т.е. надо добавить 4 дБ. Смотрим — при мощности 3 Вт усиление звукового давления будет 4,8 дБ, ну значит и подключаем динамик на мощности 3 Вт, будем иметь 85дБ с некоторым запасом.

Множим мощность динамика на их количество и получаем минимально достаточную мощность усилителя. В нашем случае это 3Вт х 86 = 258 Вт.

В общем, довольно путано сначала, но давайте вкратце повторим.

1. Не привязываясь ни к каким мощностям, тупо исходя из геометрии, считаем площадь, которую должен озвучить один динамик при заданной высоте помещения. Затем, исходя из площади помещения, считаем число динамиков.
2. Выбираем динамик и, исходя из его чувствительности, считаем, какое звуковое давление он может создать на высоте 1, 5м от пола при мощности 1 Вт
3. Ну и, наконец, считаем, какую мощность надо развить на динамике, чтобы получить нужное нам звуковое давление на той самой волшебной высоте 1,5 м. Естественно, если мощность эта будет выше предельной мощности динамика, придётся подобрать другую модель.

Ну вот, в общем-то и все ужасы. Со второго подхода уже не так страшно.

А вот самую первую формулу:

рекомендую запомнить наизусть, благо несложная. Представьте, вы осматриваете объект, заказчик спрашивает, сколько будет стоить оповещение. С этой формулой вы можете на пальцах посчитать число потолочных динамиков и плюс-минус лапоть, добавив к ним стоимость усилителей и кабелей, обозначить хотя бы масштаб цен. Заказчику такая оперативность нравится.

Вопросы — в «каменты» или на почту [email protected], форма подписки на новости — внизу.

Отсутствие общепринятых методик расчёта звукового давления при проектировании систем оповещения часто приводит к ошибкам проектирования (недостаточный уровень звукового давления), т.к. количество и места установки оповещателей определяются проектировщиком «на глазок». Соответственно, в случае недостаточного уровня звукового сигнала, приходится переделывать уже смонтированную систему.

Мы попробовали упростить задачу проектировщикам и монтажникам — разработали ПО для расчёта необходимого количества звуковых оповещателей в помещении, которое доступно для скачивания . Программа автоматически расчитывает минимально необходимое количество оповещателей и места их установки для настенного и потолочного вариантов крепления.

Кроме отсутствия методик, сложность при расчётах представляет отсутствие технических параметров — амплитудно-частотной харрактеристики и диаграммы направленности у подавляющего большинства звуковых и речевых оповещателей. Поэтому данное ПО предназначено только для звуковых извещателей, поскольку у большинсва из них уровень звукового давления при отклонении от оси оповещателя 90° известен и составляет -5 ÷ -10 дБ (можно изменить в программе).

Методика расчёта

Зная звуковое давление источника звука в заданном направлении Р 0 , можно определить звуковое давление в этом направлении в расчетной точке Р 1 , находящейся на расстоянии L>1 м от этого источника по формуле:

Звуковые сигналы СОУЭ должны обеспечивать уровень звука не менее чем на 15 дБ выше допустимого уровня звука постоянного шума (N ) в защищаемом помещении. Измерение уровня звука должно проводиться на расстоянии 1,5 м от уровня пола.

где Р 0 и Р 90 - звуковое давление оповещателя на расстоянии 1 м в 0° и 90° соответственно.
В соответствии с (1) и (2) получаем неравенство:

Рассмотрим эквивалентное неравенство

Функция, стоящая в левой части неравенства (6), на интересующем нас интервале φ°}