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.
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 1Для 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. | ||||
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
| (6) |
Функция, стоящая в левой части неравенства (6), на интересующем нас интервале φ°}