Программа электроакустического расчета и специфика расстановки речевых оповещателей

Скачать программу электроакустического расчёта
Бесплатная программа для проектирования СОУЭ — расчёт расстановки громкоговорителей

Одной из основных задач, решаемых в процессе электроакустического расчета, выполняемого на начальной стадии проектирования систем оповещения о пожаре - СОУЭ является задача выбора и расстановки речевых оповещателей (далее громкоговорителей). Громкоговорители могут устанавливаться как на открытых площадках, так и 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.

Расстановка громкоговорителей определяется, прежде всего, конфигурацией озвучиваемого помещения. Расстояние между громкоговорителями, или шаг расстановки определяют, исходя из результирующих областей покрытия. При неправильной расстановке, например, превышении шага звуковое поле будет распределяться неравномерно, в некоторых областях будут наблюдаться провалы, ухудшающие восприятие. В случае применения громкоговорителей с большим звуковым давлением возрастает вероятность возникновения реверберационного фона. Чтобы компенсировать этот эффект, звукоотражающие поверхности помещения покрывают звукопоглощающими материалами. В помещениях с высокими потолками рекомендуется использовать подвесные или настенные громкоговорители, повышающие плотность расстановки и минимизирующие вероятность возникновения паразитного эха.

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 (ДН).

Приведем несколько простых рекомендаций.

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

• без учета отражений от стен:

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

• с учетом отражений от стен:

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

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

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

Основные требования

Приведем основное требование нормативной документации (НД):

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

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 .

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) [1], 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 [1] изложены следующие требования. Звуковые оповещатели должны обеспечивать уровень звукового давления такой, чтобы:

Действующая редакция свода правил (СП 3.13130.2026) нормирует общий уровень звука – уровень постоянного шума вместе со всеми сигналами оповещателей – сразу с двух сторон. На высоте 1,5 м в любой точке защищаемого помещения он должен быть не ниже 65 дБА (в помещениях квартир и апартаментов – не ниже 55 дБА) и одновременно не превышать 110 дБА (в иных доступных местах — 120 дБА; для зданий класса Ф1.1 — не более 95 дБА). Нижняя граница гарантирует слышимость сигнала, верхняя – защищает слух людей от травмирующе громкого звука.

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:

P_мин = 65 + 20 log(2) = 71 дБ

Максимальное звуковое давление

(P_дб − 20 log(r₁ − 1)) < 110 дБ    (1)

где P_дб – уровень звукового давления, развиваемый громкоговорителем на номинальной мощности, дБ; r₁ – расстояние от громкоговорителя до ближайшего слушателя.

Дадим определение расчетной точки [2]:

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 [1]:

Звуковые сигналы СОУЭ должны обеспечивать уровень звука не менее чем на 15 дБ выше допустимого уровня звука постоянного шума в защищаемом помещении (для жилых помещений – не менее чем на 10 дБ). Измерение проводится на высоте 1,5 м от уровня пола.

Ниже сведены воедино действующие требования к уровню звукового давления сигнала оповещения по разделу 6 СП 3.13130.2026 – допустимый диапазон, запас над шумом, отдельные значения для спальных мест и критерий разборчивости речи.

Требования к расстановке

Основное требование к расстановке громкоговорителей изложено в НД [1]:

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 [2], 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, как 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 P₀, 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, Р₂₀, 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- P₀, дБ, подводимую звуковую мощность P_вт, Вт, и расстояние до РТ, r, м, вычислим уровень звукового давления L₁, 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:

Продолжение: работа с шаблонами
Практическое применение формул — шаблоны расчёта для типовых помещений

Автор: Кочнов Олег Владимирович