Расчет количества и выбор мощности включения звуковых и речевых оповещателей

Основной трудностью при проектировании систем оповещения является правильный подбор количества, мощности включения и оптимальное расположение оповещателей в помещениях. Места установки должны выбираться не из расчета удобства монтажа или дизайнерских соображений, а из расчета достижения максимальной слышимости и разборчивости передаваемой информации. Наиболее воспринимаемый человеческим ухом частотный диапазон речи находится в пределах от 400 Гц до 4 кГц. Любое расширение этого диапазона, особенно в области низких частот, реально ухудшает разборчивость передаваемой информации.

Выбор количества и мощности включения оповещателей в конкретном помещении напрямую зависит от таких основных параметров как: уровень шума в помещении, размеры помещения и звуковое давление устанавливаемых приборов.

Первое с чего стоит начинать расчеты – это определение уровня звукового давления полезного аудио сигнала, который должен быть обеспечен оповещателями в защищаемом помещении. Для этого к допустимому уровню звука постоянного шума в защищаемом помещении необходимо прибавить 15 дБ (п.3.15, 3.16 НПБ 104-03)

где SPL(шум) – допустимый уровень звука постоянного шума в помещении.

Необходимо помнить, что допустимый уровень звука постоянного шума в помещениях различного назначения не одинаков. Он определяется либо путем замеров, либо исходя из санитарных норм.

Ниже приведены среднестатистические данные на уровни шумов.

Таблица 1

Рассмотрим конкретный пример:

Нам необходимо рассчитать какое количество речевых оповещателей потребуется установить в торговом зале, и на какую мощность их нужно включить для обеспечения четкой слышимости согласно НПБ 104-03.

Длинна помещения 30 м, ширина 20, высота потолка 4 м.

В зависимости от способа установки оповещателей существуют различия в подходах к расчетам оповещателей.

Попытаемся рассмотреть этот вопрос на примере речевых оповещателей, производимых американской компанией Wheelock Inc, с использованием рекомендаций компании по расчету и размещению оповещателей.

Таблица 2. Уровень звукового давления (дБ) на расстоянии 1 м

Потолочная установка

Шаг -1

Определение мощности включения оповещателей

Необходимый нам уровень звукового давления, который должен развивать оповещатель в точке проводимого измерения рассчитывается по формуле:

где SPL(сум) – см. (1) 
20 – постоянный коэффициент; 
L – расстояние от оповещателя до точки измерения.

Так как в нашем помещении высота потолка, на котором будут установлены оповещатели, равна 4 м, то L = 4м -1,5м = 2,5м (п.3.15 НПБ 104-03).

Теперь, исходя из данных, приведенных в таблице 1, найдем SPL(сум.)

SPL(сум) = SPL(шум) +15дБ

SPL(сум) = 85 дБ

Полученные значения подставим в формулу 2.

SPL(оп). = SPL(сум.)-20Log(1/L)

SPL(оп) = 85дБ – 20Log(1/2,5)

SPL(оп) = 91,85 дБ

Произведя данный расчет, выбираем из таблицы 2 необходимую нам мощность включения.

Для оповещателя Е90 — этим значением будет 0,5 Вт (93,8 дБ)

Шаг -2

Определение необходимого количества оповещателей и их расстановка

Данный расчет ведется исходя из диаграммы направленности (дисперсии) используемого оповещателя.

В этой статье мы не будем нагружать читателя специальными терминами, и вдаваться в сложные акустические расчеты. Чаще всего производителями оповещателей предоставляется методика такого расчета. Рассмотрим пример расчета по методике предоставленной компанией Wheelock Inc (Рис.1).

h – высота потолка, а 2h – расстояние между оповещателями 
Площадь озвучивания одним потолочным оповещателем — S(оп), примерно равна

Подставив известное нам значение высоты потолка, получим:

S(оп) = 4h² = 4х4²= 64 м²

Теперь мы можем рассчитать необходимое нам количество оповещателей (N). Для этого надо площадь помещения (Sпом.) разделить на Sоп.

N = S(пом) / S(оп) = 30м х 20м/64м²

N = 600 м²/ 64м²= 9шт

Для расстановки потолочных оповещателей можно руководствоваться рисунком 2.

Рисунок 2

Итоги произведенных расчетов:

Для обеспечения необходимой слышимости, равномерности и разборчивости сигналов оповещения нам необходимо (при потолочной установке) установить 9 оповещателей Е90 (Wheelock Inc) включенными на 0,5 Вт.

Настенная установка

При настенной установке, расчеты, связанные с определением необходимого количества оповещателей и мощности их включения несколько отличаются от предыдущего примера.

Звуковое оповещение

В качестве примера возьмем наиболее популярную модель звукового оповещателя AH-24WP (Wheelock Inc.)

Таблица 3. Уровень звукового давления (дБ) на расстоянии 1 м

Выбор необходимого SPL(оп)

Перед нами стоит задача – обеспечить в защищаемом помещении уровень SPL(сум) = 85 дБ

Шаг 1

Для вычисления площади озвучивания одним настенным оповещателем, с учетом п.3.21 НПБ 104-03, воспользуемся формулой (рекомендация Wheelock Inc.):

где L – расстояние от оповещателя до дальней точки измерения по оси оповещателя. 
(L/1,5) – ширина озвучивания по фронту оповещателя.

Находим значение L для каждого из SPL(оп) (Таблица 3):

используя (2) SPL(оп.)= SPL(сум.) — 20Log(1/L)

вычисляем

При SPL(оп.) – 111 дБ, L₁ = 20 м. 
При SPL(оп.) – 105 дБ, L₂ = 10 м. 
При SPL(оп.) – 100 дБ, L₃ = 5,6 м.

Теперь используя полученные результаты, находим S(оп.),

• при SPL(оп.) – 111 дБ, S(оп.)= L1 х L1/1,5= 267м² ,
• при SPL(оп.) – 105 дБ, S(оп.)= L2 х L2/1,5= 67м² ,
• при SPL(оп.) – 100 дБ, S(оп.)= L3 х L3/1,5= 21м² ,

Шаг 2

Определение необходимого количества оповещателей

Из полученных выше результатов видно, что чем больше SPL(оп.), тем большую площадь с необходимым уровнем SPL(сум.) оповещатель сможет озвучить. Соответственно нам потребуется меньшее количество оповещателей.

N = S(пом) / S(оп)

Но не стоит поддаваться искушению. Во-первых, так как разница между SPL(шум) и SPL(сум.) достаточно большая (15дБ), а разница между SPL(шум) и SPL(оп) еще больше и может составлять до 30-50 дБ, то можно себе представить, что почувствует человек находящийся в непосредственной близости от оповещателя при его внезапном включении. Во-вторых, в закрытом пространстве (помещение) очень сильны реверберационные процессы. Реверберационный сигнал, образующийся из множества отраженных сигналов с различными временными задержками и частотной окраской, накладывается на прямой полезный сигнал, размывает звук, делает его нечетким, неприятным и неразборчивым. Особенно это актуально для речевого оповещения. И третье, не пытайтесь использовать оповещатели на полную катушку, чтобы «пробить» стены, двери или стеклянные перегородки, при этом обеспечить там необходимый уровень звука подаваемой информации, у вас все равно ничего не получится.

Речевое оповещение

Так как разборчивость и равномерность подаваемой информации в речевом оповещении имеют решающее значение, то пытаться одним мощным оповещателем перекрыть всю необходимую площадь просто недопустимо. На больших площадях, для достижения хорошей разборчивости и равномерности, требуются распределенные системы озвучивания, состоящие из большого количества оповещателей.

Для расчета таких систем воспользуемся рекомендациями Wheelock Inc.

1.     Соотношение дальности действия оповещателя (L) к ширине области, покрываемой одним оповещателем (D), составляет 1,5 к 1.

2.     Для лучшей равномерности и разборчивости речи — L не должна превышать 9 -10 метров. Соответственно максимальная S(оп) примерно равна 60 м².

3.     При расчете мощности включения оповещателя и мощности включения использовать формулами (2) и (4).

4.     При расстановке оповещателей следовать следующим правилам:

o    расстояние между оповещателями расположенными на одной стене должно равняться D.

o    оповещатели установленные на противоположных стенах не должны находится на одной оси, а располагаться в шахматном порядке.

5.     При проведении расчетов в помещениях с перегородками (стеллажами и т.п.) должны учитываться эти особенности. Площади, разграниченные этими препятствиями должны рассматриваться как отдельные помещения. Так же должны рассчитываться и помещения со сложными архитектурными характеристиками (разноуровневые потолки, неправильные формы, изгибы в коридорах, объединенные залы и т.д.)

Примеры расстановки настенных оповещателей.

Рисунок 3

Приведенные выше расчеты помогут проектировщикам осуществлять «вручную» подбор оповещателей. Однако существуют программы автоматического расчета, и в их числе «Программа расчета количества и мощностей включения речевых оповещателей Wheelock», которая с успехом, на протяжении уже более 3 лет, используется многими проектными организациями. Опыт использования этого программного продукта показывает, что заложенный в программе алгоритм расчета полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к речевым системам оповещения.