Уровень звуковых сигналов

Уровни звуковых сигналов обычно задаются в децибелах, сокращенно - дБ. Связано это со спецификой восприятия уровня звуковых сигналов: уменьшение амплитуды звукового сигнала в 2 раза воспринимается как незначительное изменение громкости, а именно, всего лишь на 3 дБА. Значительное изменение громкости сигнала - это изменение уровня в 10, 100, 1000 раз, что соответствует 10, 20, 30 дБА. При расчетах намного удобнее пользоваться децибеллами, а не привычными для многих «разами». Так, например, вместо значений 80-100 дБА потребовалось бы оперировать с числами 108-1010. В качестве примера в табл. 1 приведены типовые уровни шума от различных источников. 

Таблица 1.

Для эффективной работы системы оповещения при пожаре требуется достаточно высокий, но не чрезмерный уровень звуковых сигналов. Для исключения отрицательных последствий воздействия на людей сигнал не должен значительно превышать требуемый уровень. По НПБ 104-03 в любой точке защищаемого помещения  уровень сигнала не должен превышать 120 дБА. Сертифицированные по НПБ 77-98 "Технические средства оповещения и управления эвакуацией" оповещатели должны обеспечивать  уровень звукового давления на расстоянии 1 м в диапазоне от 85 до 110 дБА. В звуковых оповещателях,   предназначенных для эксплуатации в условиях высокого уровня шума, предельно допустимый уровень звукового давления может быть увеличен до 120 дБА.

По НПБ 104-03 для обеспечения четкой слышимости звуковые сигналы должны обеспечивать уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума в защищаемом помещении (измерение проводится на расстоянии 1,5 м от уровня пола). В защищаемых помещениях, где люди находятся в шумозащитном снаряжении, или с уровнем звука шума более 95 дБА, звуковые оповещатели должны комбинироваться со световыми. Настенные звуковые оповещатели, как правило, должны крепиться на высоте не менее 2,3 м от уровня пола, но расстояние от потолка до оповещателя должно быть не менее 150 мм.

В условиях высокого уровня шума звуковое оповещение не эффективно и система должна строиться на базе стробоскопов и комбинированных свето-звуковых устройств. В НПБ 104-03 указано, что в защищаемых помещениях, где люди находятся в шумозащитном снаряжении, или с уровнем шума более 95 дБА звуковые оповещатели должны комбинироваться со световыми. По NFPA72 в помещениях с работающим механическим оборудованием должен быть обеспечен уровень сигнала оповещения не менее 85 дБА, в отличие от уровня 75 дБА для других помещений.

Понятие акустического фона окружающей среды

При выполнении оценки уровней фоновых шумов с целью установления повышенного уровня звукового сигнала, при котором устройства оповещения будут функционировать должным образом, определение средних значений уровней звукового сигнала для различных источников должно проводиться в течение продолжительного отрезка времени. Приборы для измерения уровня шумов (шумометры) средней ценовой категории (по американским понятиям) оснащены необходимой функцией, обычно обозначаемой как “LEQ” - эквивалентный шумовой уровень. Например, LEQ для человеческой речи в условиях тихого помещения приведет к плавному повышению значения, регистрируемого на приборе, с плавным понижением пикового значения через достаточно продолжительное время после того, как человек закончит свою речь. Полученные значения для LEQ могут быть использованы неверно в ситуациях, для которых характерно существенное колебание уровня шумов фонового окружения в течение 24-часового периода времени. В этой связи, определение значения LEQ должно выполняться в течение периода, равного полному периоду занятости или использования данного помещения.

Таблица 2

Обеспечение требуемого уровня сигнала в помещении

При проектировании системы оповещения необходимо выбрать тип оповещателей, их количество и места установки исходя из требуемого минимального уровня сигнала. Для обеспечения заданного уровня сигнала оповещения во всем помещении сигнал оповещателя должен превышать это значение на величину затухания при его распространении в наиболее удаленную часть помещения. В технических характеристиках на оповещатели приводится уровень звукового сигнала на расстоянии 1 м. Определение уровня сигнала на произвольном расстоянии производится сложением паспортного значения сигнала оповещателя (на 1 метре) с величиной ослабления сигнала (со знаком минус)  для данного расстояния.

Рис. 6. Зависимость снижения уровня сигнала от расстояния до оповещателя

Зависимость уровня сигнала от расстояния до оповещателя приведена на рис. 6, а численные значения приведены в таблице 3. Например, если оповещатель на расстоянии 1 метр обеспечивает уровень сигнала 100 дБА, то на 10 метрах ослабление равно –20 дБА и уровень сигнала составит 80 дБА. Зависимость уровня сигнала от расстояния обратно квадратичная, т.е. при увеличении расстояния в 2 раза сигнал падает в 4 раза, что и составляет при переводе в децибелы - 6 дБА, при увеличении расстояния в 10 раз сигнал падает в 100 раз, т.е. на 20 дБ. Причем увеличение расстояния в 2 раза с 10 м до 20 м также приведет к снижению сигнала на 6 дБА: с -20 дБА до  26 дБА. Это свойство логарифмической зависимости. Таким образом, используя несколько значений, приведенных в таблице 3, легко оценить ослабление сигнала практически на любых расстояниях. Например, если на 10 метрах ослабление 20,0 дБА, то на 20 метрах  26,0 дБА, на 40 метрах 32 дБА, на 80 метрах 38 дБА, или на 30 метрах 29,5 дБА, на 90 метрах -39,0 дБА и т.д.

Таблица 3

В общем случае снижение уровня сигнала в дБА на расстоянии L в метрах, относительно его величины на расстоянии 1 м от оповещателя,  можно вычислить по известной формуле:

r = 10Lg(1/L²)         

При использовании нескольких оповещателей в одном помещении необходимо учитывать, что синфазное сложение двух равных сигналов увеличивает их величину в два раза, т.е. всего лишь на 3 дБА. Таким образом, применяя оповещатели, сертифицированные по НПБ 77-98, с сигналом до 110 дБА получить превышение уровня 120 дБА практически невозможно. Даже установив в помещении шириной 2 метра, напротив друг друга, два  оповещателя с уровнем сигнала по 110 дБА, получим уровень сигнала не превышающий 113 дБА (без учета отражений от стен).