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:

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

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

(Шаг расстановки, м) = (Половина ширины помещения, м) х 2

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:

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:

1. 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.
2. Звуковое давление в расчетной точке д.б. выше уровня среднестатистического шума в помещении на 15дБ.
3. 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:

1. Выбрать расчетную точку
2. Оценить расстояние от громкоговорителя до расчетной точки
3. 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):

1. потолочные,
2. настенные,
3. 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.

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

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°}