Расчет количества настенных звуковых оповещателей. Учет типа и конструктивных особенностей громкоговорителей. Принятые расчетные допущения

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.

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.
Выбираем динамик и, исходя из его чувствительности, считаем, какое звуковое давление он может создать на высоте 1, 5м от пола при мощности 1 Вт
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.

В соответствии с вступившими в силу в 2003г. новыми нормами пожарной безопасности, при проектировании требуется обеспечивать заданные уровни звука. В документе имеется ссылка на методику измерения уровня звука, но нет никаких ссылок на то, как правильно рассчитать необходимое количество и мощность громкоговорителей .

Попробуем расписать порядок расчета оповещения по шагам.

1. Необходимо определить количество громкоговорителей для обеспечения равномерного распределения звука.

рупорный..............................................30-45 о
прожекторный.......................................30-45 о
настенный..............................................75-90 о
потолочный............................................80-90 о

Также, по опыту установки, можно считать, что расставлять потолочные громкоговорители допускается через расстояние, равное высоте потолка (при этом равномерность звука получится довольно посредственная, но нормам НПБ удволетворять будет. Если требуется равномерное озвучивание, то устанавливать придется через "высота потолка - рост человека"). Настенные громкоговорители устанавливаются через расстояние, равное ширине коридора (комнаты). А рупорные и прожекторные расставляют так, чтобы места скопления людей попали в диаграмму направленности. При установке настенных и рупорных громкоговорителей требуется придерживаться правила если требуется установить несколько грмокоговорителей в на одной площади, лучше установить их в центре и направить в разные стороны, чем ставить их на стенах и направлять к центру. Разборчивость и качество в последнем случае будут значительно хуже.

2. Определить уровень шума в помещении. Для этого его можно измерить или воспользоваться таблицей с примерными уровнями, для различных типов помещений.

3. Уровень трансляции должен превышать уровень шума на:

для фоновой музыки..................................на 5-6дБ
для аварийного оповещения.....................на 7-10дБ.
для качественной музыки...........................на 15-20дБ

4. Для учета ослабления уровня звука от расстояния (в пределах диаграммы направленности) можно воспользоваться таблицей:

5. Для учета увеличения уровня звука в зависимости от подводимой мощности можно воспользоваться таблицей:

6. Для рассчета уровня звукового давления на требуемом расстоянии можно воспользоваться упрощенной формулой:

SPL (Дб) =SPL паспортное - SPL ослабления + SPL увеличения

SPL (Дб) - уровень на требуемом расстоянии в диаграмме направленности

SPL паспортное - уровень звукового давления по паспорту на расстоянии в 1м (дБ/Вт/м)

SPL ослабления - уровень ослабления в зависимости от расстояния (см. таблицу)

SPL увеличения - - уровень увеличения в зависимости от подводимой мощности (см. таблицу)

Из приведенной выше формулы легко можно вычислить требуемую мощность для отдельно взятого громкоговорителя. Просуммировав мощности громкоговорителей можно вычислить суммарную мощность усилителя. Мощность усилителя рекомендуется выбирать с 20% запасом по мощности. При эксплуатации системы Вы сможете убедится в этом.

Например: есть торговое помещение размерами 20х30м с высотой потолков 3м. Требуется его озвучить фоновой музыкой, но с учетом возможности аварийного оповещения.

Для равномерного озвучивания потребуется 20:3-1 = 5 рядов по 30:3-1=9 шт. итого 45 шт.

Уровень звука на расстоянии 1, 5 м от громкоговорителя (высота потолка - рост самого низкого человека) должен быть не менее 63+7=70 дБ. Следовательно, если воспользоваться громкоговорителями АРТ-01 (Inter-M) мощностью 1 Вт, (по паспорту уровень звукового давления на расстоянии 1 м у них составляет 90 дБ.), формула приобретет вид:

SPL (Уровень звукового давления) = 90-3+0 =87 дБ. Что больше чем 70. Так, что данные громкоговорители подходят для озвучивания данного помещения. И в принципе, если необходимо только аварийное оповещение, то количество может быть еще меньше.(можно пересчитать самостоятельно).

Если-же Вам совсем не хочется утруждать себя "сложными" математическими расчетами, то всегда можно воспользоваться какой-либо программой для расчета количества громкоговорителей например от компании ТОА. При использовании оборудования других производителей необходимо учитывать отличие их звукового давления от выбранного типа. Программу расчета систем оповещения Вы сможете скачать (8,2mb)

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

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.

Являются наиважнейшей составляющей систем противопожарной защиты. В процессе проектирования систем оповещения выполняется электроакустический расчет. Основанием для электроакустического расчета является свод правил, разработанный в соответствии со статьей 84 федерального закона ФЗ-123 СП 3.13130.2009 от 22 июля 2008 г. Данная статья опирается на следующие основные пункты свода правил.

4.1. Звуковые сигналы СОУЭ должны обеспечивать 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
4.2. 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
4.7. Установка громкоговорителей и других речевых оповещателей в защищаемых помещениях должна исключать концентрацию и неравномерное распределение отраженного звука
4.8. Количество звуковых и речевых 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

Смысл электроакустического расчета сводится к определению уровня звукового давления в расчетных точках – в местах постоянного или временного (вероятного) пребывания людей и сравнению данного уровня с рекомендованными (нормативными) значениями.

В озвучиваемом помещении присутствует различного рода шум. В зависимости от назначения и особенностей помещения, а также времени суток, уровень шума варьируется. Наиболее важным параметром при расчете, является величина среднестатистического шума. Шум можно измерить, но правильней и удобней взять его из готовых шум-таблиц:

Таблица 1

Для того чтобы услышать звуковую или речевую информацию, она должна быть громче шума на 3дБ, т.е. в 2 раза. Величину 2 называют запасом звукового давления. В реальных условиях шум меняется, поэтому для отчетливого восприятия полезной информации на фоне шума, запас давления д.б не менее чем в 4 раза – 6 дБ, по нормативам – 15дБ.

Удовлетворение условий изложенных в пунктах 4.6, 4.7 свода правил, достигается организационными мероприятиями – правильной расстановкой громкоговорителей, предварительным расчетом:

звукового давления громкоговорителя,
звукового давления в расчетной точке,
эффективной площади озвучиваемой одним громкоговорителем,
общего количества громкоговорителей необходимого для озвучивания определенной территории.

Критерием правильности электроакустического расчета, является выполнение следующих условий:

Звуковое давление выбранного громкоговорителя д.б. "не менее 75 дБА на расстоянии 3 м от оповещателя", что соответствует величине звукового давления громкоговорителя не ниже 85дБ.
Звуковое давление в расчетной точке д.б. выше уровня среднестатистического шума в помещении на 15дБ.
Для потолочных громкоговорителей необходимо учитывать высоту их установки (высоту потолков).

Если все 3 условия выполнены – электроакустический расчет выполнен, если нет, то возможны следующие варианты:

выбрать громкоговоритель с большей чувствительностью (звуковым давлением, дБ),
выбрать громкоговоритель с большей мощностью (Вт),
увеличить количество громкоговорителей,
изменить схему расстановки громкоговорителей.

2. Входные параметры для расчета

Входные параметры для расчетов берутся из технического задания (ТЗ) (предоставляемого заказчиком) и технических характеристик на проектируемое оборудование. Список и количество параметров может варьироваться в зависимости от ситуации. Примерные входные данные приведены ниже.

Параметры громкоговорителей:

SPL
Pгр – мощность громкоговорителя, Вт,
ШДН – Ширина диаграммы направленности, град.

Параметры помещения:

N – Уровень шума в помещении, дБ,
Н – Высота потолков, м,
a – Длина помещения, м,
b – Ширина помещения, м,
Sп – Площадь помещения, м2.

Дополнительные данные:

ЗД – Запас звукового давления, дБ
r – Расстояние от громкоговорителя до расчетной точки.

Площадь озвучиваемого помещения:

Sп = a * b

3. Расчет звукового давления громкоговорителя

Зная номинальную мощность громкоговорителя (Рвт) и его чувствительность SPL (SPL от англ. Sound Pressure Level – уровень звукового давления громкоговорителя измеренного на мощности 1Вт, на расстоянии 1м), можно рассчитать звуковое давление громкоговорителя, развиваемое на расстоянии 1м от излучателя.

Рдб = SPL + 10lg(Pвт)

(1)

SPL – чувствительность громкоговорителя, дБ,
Рвт – мощность громкоговорителя, Вт.

Второе слагаемое в (1) называется правилом "удвоения мощности" или правилом "трех децибел". Физическая интерпретация данного правила – при каждом удвоении мощности источника, уровень его звукового давления увеличивается на 3дБ. Данную зависимость можно представить таблично и графически (см. рис.1).

Рис.1. Зависимость звукового давления от мощности

4. Расчет звукового давления

Для расчета звукового давления в критической (расчетной) точке, необходимо:

Выбрать расчетную точку
Оценить расстояние от громкоговорителя до расчетной точки
Рассчитать уровень звукового давления в расчетной точке

В качестве расчетной точки выберем место возможного (вероятного) нахождения людей, наиболее критичное с точки зрения положения или удаления. Расстояние от громкоговорителя до расчетной точки (r) можно рассчитать или измерить прибором (дальномером).

Рассчитаем зависимость звукового давления от расстояния:

Р20 = 20lg(r-1)

(2)

r – расстояние от громкоговорителя до расчетной точки, м;
1

ВНИМАНИЕ: формула (2) справедлива при r > 1 .

Зависимость (2) называется правилом "обратных квадратов” или правилом “шести децибел”. Физическая интерпретация данного правила – при каждом удвоении удаления от источника, уровень звука уменьшается на 6дБ. Данную зависимость можно представить таблично и графически, рис.2:

Рис.2. Зависимость звукового давления от расстояния

Уровень звукового давления в расчетной точке:

N – Уровень шума в помещении, дБ (N от англ. Noise – шум),
ЗД – Запас звукового давления, дБ.

При ЗД=15дБ:

Р > N + 15

(5)

Если звуковое давление в расчетной точке выше уровня среднестатистического шума в помещении на 15дБ – расчет выполнен правильно.

5. Расчет эффективной дальности

Эффективная дальность звучания (L) – расстояние от источника звука (громкоговорителя) до геометрического места расположения расчетных точек, находящихся в пределах ШДН, звуковое давление в которых остается в пределах (N+15дБ). На техническом сленге - “расстояние, которое громкоговоритель пробивает”.

В англоязычной литературе эффективная дальность звучания (effective acoustical distance (EAD)) – расстояние, при котором сохраняется четкость и разборчивость речи (1).

Рассчитаем разность между звуковым давлением громкоговорителя, уровнем шума и запасом давления.

p – разность звукового давления громкоговорителя, уровня шума и запаса давления, дБ.
1 – коэффициент учитывающий, что чувствительность громкоговорителя измеряется на 1м.

6. Расчет площади, озвучиваемой одним громкоговорителем

Основанием для оценки величины озвучиваемой площади, является следующая установка:

Расчет будем вести из следующих допущений: Диаграмму направленности (излучения) громкоговорителя, можно представить в виде конуса (звукового поля сконцентрированного в конусе) с телесным углом в вершине конуса, равным ширине диаграммы направленности.

Площадь, озвучиваемая громкоговорителем – проекция звукового поля, ограниченного углом раскрыва на плоскость, проведенную параллельно полу на высоте 1,5м. По аналогии с эффективной дальностью: Эффективная площадь, озвучиваемая громкоговорителем – площадь звуковое давление в пределах которой не превышает значение N+15дБ (ф-ла 5).

ПРИМЕЧАНИЕ: Громкоговоритель излучает во всех направлениях, но мы будем опираться на входные данные – уровни звукового давления в пределах диаграммы направленности. Правильность данного подхода подтверждается статистической теорией.

Разобьем громкоговорители на 3 класса (типа):

потолочные,
настенные,
рупорные.

8. Расчет эффективной площади, озвучиваемой настенным громкоговорителем

9. Расчет эффективной площади озвучиваемой рупорным громкоговорителем

10. Расчет количества громкоговорителей необходимого для озвучивания определенной территории

Рассчитав эффективную площадь, озвучиваемую одним громкоговорителем, зная общие размеры озвучиваемой территории, рассчитаем общее количество громкоговорителей:

К = int(Sп / Sгр)

(16)

Sп – озвучиваемая площадь, м2,
Sгр – эффективная площадь, озвучиваемая одним громкоговорителем, м2,
Int – результат округления до целого значения.

11. Электроакустический калькулятор

Общий полученный результат в виде блок-схемы:

Рис.6. Блок-схема электроакустического калькулятора

Пример программирования

В данном калькуляторе (написанном в программе Microsoft Excel) реализована элементарная краткая методика – алгоритм электроакустического расчета, изложенный выше. Данную программу можно скачать с нашего сайта .

Рис.7. Электроакустический калькулятор в программе Microsoft Excel

На основе разработанного алгоритма расчета работает и ON-LINE электроакустический калькулятор на нашем сайте .

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Список и краткие характеристики громкоговорителей ROXTON

Громкоговоритель ROXTON	SPL, дБ	Р вт, Вт	ШДН, гр.	Р дб, дБ
Потолочные громкоговорители
PA-03T - Потолочный громкоговоритель	88	3	90	93
PC-06T - Потолочный громкоговоритель	90	6	90	100
PA-610T - Потолочный громкоговоритель	88	6	90	96
PA-620T - Потолочный громкоговоритель	90	6	90	96
PA-20T - Потолочный громкоговоритель	92	20	90	101
WP-10T - Потолочный громкоговоритель	92	10	90	98
PA-30T - Потолочный двухполосный громкоговоритель	90	30	90	104
T-200 - Подвесной громкоговоритель	92	10	90	102
SP-20T - Подвесной громкоговоритель	92	10	90	104
Настенные громкоговорители
WP-03T - Настенный громкоговоритель	86	2	90	91
WP-06T - Настенный громкоговоритель	90	6	90	96
4.2. 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. 4.3. В спальных помещениях звуковые сигналы СОУЭ должны иметь уровень звука не менее чем на 15 дБА выше уровня звука постоянного шума в защищаемом помещении, но не менее 70 дБА. Измерения должны проводиться на уровне головы спящего человека. 4.4. Настенные звуковые и речевые оповещатели должны располагаться таким образом, чтобы их верхняя часть была на расстоянии не менее 2,3 м от уровня пола, но расстояние от потолка до верхней части оповещателя должно быть не менее 150 мм. 4.5. В защищаемых помещениях, где люди находятся в шумозащитном снаряжении, а также в защищаемых помещениях с уровнем звука шума более 95 дБА, звуковые оповещатели должны комбинироваться со световыми оповещателями. Допускается использование световых мигающих оповещателей. 4.6. Речевые оповещатели должны воспроизводить нормально слышимые частоты в диапазоне от 200 до 5000 Гц. Уровень звука информации от речевых оповещателей должен соответствовать нормам настоящего свода правил применительно к звуковым пожарным оповещателям. 4.7. Установка громкоговорителей и других речевых оповещателей в защищаемых помещениях должна исключать концентрацию и неравномерное распределение отраженного звука. 4.8. Количество звуковых и речевых 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.