ќсновы электроакустического расчета

ќглавление

  1. ¬ведение
  2. ¬ходные параметры дл€ расчета
  3. –асчет звукового давлени€ громкоговорител€
  4. –асчет звукового давлени€
  5. –асчет эффективной дальности
  6. –асчет площади, озвучиваемой одним громкоговорителем
  7. –асчет эффективной площади, озвучиваемой потолочным громкоговорителем
  8. –асчет эффективной площади, озвучиваемой настенным громкоговорителем
  9. –асчет эффективной площади, озвучиваемой рупорным громкоговорителем
  10. –асчет количества громкоговорителей, необходимого дл€ озвучивани€ определенной территории
  11. Ёлектроакустический калькул€тор

1. ¬ведение

—истемы оповещени€ €вл€ютс€ наиважнейшей составл€ющей систем противопожарной защиты. ¬ процессе проектировани€ систем оповещени€ выполн€етс€ электроакустический расчет. ќснованием дл€ электроакустического расчета €вл€етс€ свод правил, разработанный в соответствии со статьей 84 федерального закона ‘«-123 —ѕ 3.13130.2009 от 22 июл€ 2008 г. ƒанна€ стать€ опираетс€ на следующие основные пункты свода правил.

—мысл электроакустического расчета сводитс€ к определению уровн€ звукового давлени€ в расчетных точках Ц в местах посто€нного или временного (веро€тного) пребывани€ людей и сравнению данного уровн€ с рекомендованными (нормативными) значени€ми.

¬ озвучиваемом помещении присутствует различного рода шум. ¬ зависимости от назначени€ и особенностей помещени€, а также времени суток, уровень шума варьируетс€. Ќаиболее важным параметром при расчете, €вл€етс€ величина среднестатистического шума. Ўум можно измерить, но правильней и удобней вз€ть его из готовых шум-таблиц:

“аблица 1
Ќазначение помещенийN, дЅ
ћедицинские кабинеты, палаты35
”чебные заведени€, классы, конференц-залы40
јдминистративные здани€, офисы, холлы50
ќбщепит, кафе, рестораны, тиха€ улица55
«дание вокзала, спортивные залы, улица60
јвтосто€нки, автостанции70
∆елезнодорожна€ станци€80
ћетрополитен85
ѕромышленное предпри€тие90

 

ƒл€ того чтобы услышать звуковую или речевую информацию, она должна быть громче шума на 3дЅ, т.е. в 2 раза. ¬еличину 2 называют запасом звукового давлени€. ¬ реальных услови€х шум мен€етс€, поэтому дл€ отчетливого воспри€ти€ полезной информации на фоне шума, запас давлени€ д.б не менее чем в 4 раза Ц 6 дЅ, по нормативам Ц 15дЅ.

”довлетворение условий изложенных в пунктах 4.6, 4.7 свода правил, достигаетс€ организационными меропри€ти€ми Ц правильной расстановкой громкоговорителей, предварительным расчетом:

 ритерием правильности электроакустического расчета, €вл€етс€ выполнение следующих условий:

  1. «вуковое давление выбранного громкоговорител€ д.б. "не менее 75 дЅј на рассто€нии 3 м от оповещател€", что соответствует величине звукового давлени€ громкоговорител€ не ниже 85дЅ.
  2. «вуковое давление в расчетной точке д.б. выше уровн€ среднестатистического шума в помещении на 15дЅ.
  3. ƒл€ потолочных громкоговорителей необходимо учитывать высоту их установки (высоту потолков).

≈сли все 3 услови€ выполнены Ц электроакустический расчет выполнен, если нет, то возможны следующие варианты:

 

2. ¬ходные параметры дл€ расчета

¬ходные параметры дл€ расчетов берутс€ из технического задани€ (“«) (предоставл€емого заказчиком) и технических характеристик на проектируемое оборудование. —писок и количество параметров может варьироватьс€ в зависимости от ситуации. ѕримерные входные данные приведены ниже.

ѕараметры громкоговорителей:

ѕараметры помещени€:

ƒополнительные данные:

ѕлощадь озвучиваемого помещени€:

Sп = a * b

 

3. –асчет звукового давлени€ громкоговорител€

«на€ номинальную мощность громкоговорител€ (–вт) и его чувствительность SPL (SPL от англ. Sound Pressure Level Ц уровень звукового давлени€ громкоговорител€ измеренного на мощности 1¬т, на рассто€нии 1м), можно рассчитать звуковое давление громкоговорител€, развиваемое на рассто€нии 1м от излучател€.

–дб = SPL + 10lg(Pвт)(1)

где:

¬торое слагаемое в (1) называетс€ правилом "удвоени€ мощности" или правилом "трех децибел". ‘изическа€ интерпретаци€ данного правила Ц при каждом удвоении мощности источника, уровень его звукового давлени€ увеличиваетс€ на 3дЅ. ƒанную зависимость можно представить таблично и графически (см. рис.1).

–ис.1. «ависимость звукового давлени€ от мощности

 

4. –асчет звукового давлени€

ƒл€ расчета звукового давлени€ в критической (расчетной) точке, необходимо:

  1. ¬ыбрать расчетную точку
  2. ќценить рассто€ние от громкоговорител€ до расчетной точки
  3. –ассчитать уровень звукового давлени€ в расчетной точке

¬ качестве расчетной точки выберем место возможного (веро€тного) нахождени€ людей, наиболее критичное с точки зрени€ положени€ или удалени€. –ассто€ние от громкоговорител€ до расчетной точки (r) можно рассчитать или измерить прибором (дальномером).

–ассчитаем зависимость звукового давлени€ от рассто€ни€:

–20 = 20lg(r-1)(2)

где:

¬Ќ»ћјЌ»≈: формула (2) справедлива при r > 1.

«ависимость (2) называетс€ правилом "обратных квадратовФ или правилом Ушести децибелФ. ‘изическа€ интерпретаци€ данного правила Ц при каждом удвоении удалени€ от источника, уровень звука уменьшаетс€ на 6дЅ. ƒанную зависимость можно представить таблично и графически, рис.2:

–ис.2. «ависимость звукового давлени€ от рассто€ни€

”ровень звукового давлени€ в расчетной точке:

– = –дб Ц –20(3)

где:

ѕроверка правильности расчета:

– > N + «ƒ(4)

где:

ѕри «ƒ=15дЅ:

– > N + 15(5)

≈сли звуковое давление в расчетной точке выше уровн€ среднестатистического шума в помещении на 15дЅ Ц расчет выполнен правильно.

 

5. –асчет эффективной дальности

Ёффективна€ дальность звучани€ (L) Ц рассто€ние от источника звука (громкоговорител€) до геометрического места расположени€ расчетных точек, наход€щихс€ в пределах ЎƒЌ, звуковое давление в которых остаетс€ в пределах (N+15дЅ). Ќа техническом сленге - Урассто€ние, которое громкоговоритель пробиваетФ.

¬ англо€зычной литературе эффективна€ дальность звучани€ (effective acoustical distance (EAD)) Ц рассто€ние, при котором сохран€етс€ четкость и разборчивость речи (1).

–ассчитаем разность между звуковым давлением громкоговорител€, уровнем шума и запасом давлени€.

р = –дб Ц (N + «ƒ)(6)

где:

Ёффективную дальность громкоговорител€ можно получить (вывести) из обратной зависимости (2), подставив вместо P20 величину p из формулы (6):

L = 10 p/20 + 1(7)

где:

 

6. –асчет площади, озвучиваемой одним громкоговорителем

ќснованием дл€ оценки величины озвучиваемой площади, €вл€етс€ следующа€ установка:

–асчет будем вести из следующих допущений: ƒиаграмму направленности (излучени€) громкоговорител€, можно представить в виде конуса (звукового пол€ сконцентрированного в конусе) с телесным углом в вершине конуса, равным ширине диаграммы направленности.

ѕлощадь, озвучиваема€ громкоговорителем Ц проекци€ звукового пол€, ограниченного углом раскрыва на плоскость, проведенную параллельно полу на высоте 1,5м. ѕо аналогии с эффективной дальностью: Ёффективна€ площадь, озвучиваема€ громкоговорителем Ц площадь звуковое давление в пределах которой не превышает значение N+15дЅ (ф-ла 5).

ѕ–»ћ≈„јЌ»≈: √ромкоговоритель излучает во всех направлени€х, но мы будем опиратьс€ на входные данные Ц уровни звукового давлени€ в пределах диаграммы направленности. ѕравильность данного подхода подтверждаетс€ статистической теорией.

–азобьем громкоговорители на 3 класса (типа):

  1. потолочные,
  2. настенные,
  3. рупорные.

ѕотолочные Ц класс громкоговорителей, характеризующихс€ способом излучени€, в котором излучаема€ звукова€ энерги€ направлена перпендикул€рно полу.

Ќастенные Ц класс громкоговорителей, характеризующихс€ способом излучени€, в котором излучаема€ звукова€ энерги€ направлена параллельно полу.

–упорные Ц класс громкоговорителей, характеризующихс€ способом излучени€, в котором излучаема€ звукова€ энерги€ направлена под некоторым углом по направлению к полу.

ƒл€ каждой группы громкоговорителей эффективна€ озвучиваема€ площадь, рассчитываетс€ по разному. ƒл€ 1 группы она зависит от высоты установки (потолков), дл€ групп 2 и 3 Ц от громкости, по сути от эффективной дальности (ф-ла 7).

–асчет проведем отдельно дл€ каждой группы.

 

7. –асчет эффективной площади, озвучиваемой потолочным громкоговорителем

ѕотолочные громкоговорители Ц класс громкоговорителей, характеризующихс€ способом излучени€, в котором излучаема€ звукова€ энерги€ направлена перпендикул€рно полу. Ёффективна€ площадь озвучиваема€ громкоговорителем Ц круг, €вл€ющийс€ пересечением конуса (звукового пол€ сконцентрированного в конусе), с плоскостью проведенной параллельно полу на высоте 1,5м.

Ќа рис.3 изображена элементарна€ геометрическа€ интерпретаци€ данного представлени€.

–ис.3. √еометрическое представление диаграммы направленности потолочного громкоговорител€

ѕлощадь, озвучиваема€ потолочным громкоговорителем Ц площадь круга:

S = 3,14 R 2(8)

где: R Ц радиус круга, м.

R = (H Ц 1,5) * tg (ЎƒЌ / 2)(9)

где:

ƒл€ потолочного громкоговорител€, дополнительным критерием правильности электроакустического расчета, €вл€етс€ проверка услови€:

L > C(10)

где: Ц гипотенуза Ц образующа€ конуса, рис.2, м.

— = (Ќ - 1,5) / cos (ЎƒЌ/2)(11)

—мысл данного услови€: звук (звуковое поле) распростран€ющийс€ вдоль гипотенузы (вдоль образующей звукового конуса) должен достигать до плоскости, проведенной параллельно полу на высоте 1,5 м.

Ѕолее подробно данный вопрос освещен в (1).

 

8. –асчет эффективной площади, озвучиваемой настенным громкоговорителем

Ќастенные громкоговорители Ц класс громкоговорителей, характеризующихс€ способом излучени€, в котором излучаема€ звукова€ энерги€ направлена параллельно полу. Ёффективна€ площадь озвучиваема€ настенным громкоговорителем Ц сектор, €вл€ющийс€ пересечением образующей и основани€ конуса (звукового пол€ сконцентрированного в конусе), с плоскостью проведенной параллельно полу на высоте 1,5м. (1).

Ќа рис.4 изображена элементарна€ геометрическа€ интерпретаци€ данного представлени€.

–ис.4. √еометрическое представление диаграммы направленности настенного громкоговорител€

ѕлощадь, озвучиваема€ настенным громкоговорителем Ц площадь сектора:

S = ЎƒЌ * (3,14 L2) / 360(12)

где:

Ѕолее подробно данный вопрос освещен в (1).

 

9. –асчет эффективной площади озвучиваемой рупорным громкоговорителем

–упорные громкоговорители Ц класс громкоговорителей, характеризующихс€ способом излучени€, в котором излучаема€ звукова€ энерги€ направлена под некоторым углом по направлению к полу. Ёффективна€ площадь озвучиваема€ рупорным громкоговорителем Ц эллипс €вл€ющийс€ пересечением конуса (звукового пол€ сконцентрированного в конусе), с плоскостью проведенной параллельно полу на высоте 1,5м, пересекающей обе образующие конуса (1).

Ќа рис.5 изображена элементарна€ геометрическа€ интерпретаци€ данного представлени€.

–ис.5. √еометрическое представление диаграммы направленности рупорного громкоговорител€

ѕлощадь, озвучиваема€ рупорным громкоговорителем Ц площадь эллипса:

S = 3,14 ј * ¬(13)

где:

A = L / 2
¬ = L / 2 * tg (ЎƒЌ / 2)
(14)

где:

S = 3,14 tg (ЎƒЌ / 2) * (L / 2 )2(15)

Ѕолее подробно данный вопрос освещен в (1).

 

10. –асчет количества громкоговорителей необходимого дл€ озвучивани€ определенной территории

–ассчитав эффективную площадь, озвучиваемую одним громкоговорителем, зна€ общие размеры озвучиваемой территории, рассчитаем общее количество громкоговорителей:

  = int(Sп / Sгр)(16)

где:

 

11. Ёлектроакустический калькул€тор

ќбщий полученный результат в виде блок-схемы:

–ис.6. Ѕлок-схема электроакустического калькул€тора

ѕример программировани€

¬ данном калькул€торе (написанном в программе Microsoft Excel) реализована элементарна€ кратка€ методика Ц алгоритм электроакустического расчета, изложенный выше. ƒанную программу можно скачать с нашего сайта.

–ис.7. Ёлектроакустический калькул€тор в программе Microsoft Excel

Ќа основе разработанного алгоритма расчета работает и ON-LINE электроакустический калькул€тор на нашем сайте.

 

ѕ–»Ћќ∆≈Ќ»≈ 1. —писок и краткие характеристики громкоговорителей ROXTON

√ромкоговоритель ROXTON SPL, дЅ –гр, ¬т ЎƒЌ, гр. –дб, дЅ
ѕотолочные громкоговорители
PA-03T - ѕотолочный громкоговоритель 91 3 90 93
PC-06T - ѕотолочный громкоговоритель 92 6 90 100
PA-610T - ѕотолочный громкоговоритель 91 6 90 96
PA-620T - ѕотолочный громкоговоритель 91 6 90 96
PA-20T - ѕотолочный громкоговоритель 91 20 90 101
WP-10T - ѕотолочный громкоговоритель 91 10 90 98
T-200 - ѕодвесной громкоговоритель 92 10 90 102
SP-20T - ѕодвесной громкоговоритель 94 10 90 104
Ќастенные громкоговорители
WP-03T - Ќастенный громкоговоритель 91 2 90 91
WP-06T - Ќастенный громкоговоритель 91 6 90 96
WS-06T - Ќастенный громкоговоритель 92 6 90 100
SW-20T - «вуковой прожектор 92 20 40 105
CN-10T - «вукова€ колонна 92 10 90 102
CN-20T - «вукова€ колонна 95 20 90 108
CN-30T - «вукова€ колонна 96 30 90 111
CCN-40T - «вукова€ колонна 98 40 90 114
CS-810T - «вукова€ колонна 92 10 90 102
CS-820T - «вукова€ колонна 95 20 90 108
CS-830T - «вукова€ колонна 96 30 90 111
CS-840T - «вукова€ колонна 98 40 90 114
MS-40T - јкустическа€ система 91 40 90 104
S-80T - јкустическа€ система 91 80 90 107
LA-200 - Ћинейный массив 96 200 120 119
–упорные громкоговорители
HP-01T - –упорный громкоговоритель 99 10 40 109
HP-10T - –упорный громкоговоритель 112 100 40 132
HP-15T - –упорный громкоговоритель 102 15 40 114
HP-30T - –упорный громкоговоритель 105 30 40 120
HS-30T - –упорный громкоговоритель 105 30 40 120
HS-50T - –упорный громкоговоритель 107 50 40 124
MP-30T - –упорный громкоговоритель 90 30 60 105
MP-50T - –упорный громкоговоритель 104 50 60 121

 

ѕ–»Ћќ∆≈Ќ»≈ 2. “ребовани€ пожарной безопасности к звуковому и речевому оповещению и управлению эвакуацией людей

4.1. «вуковые сигналы —ќ”Ё должны обеспечивать общий уровень звука (уровень звука посто€нного шума вместе со всеми сигналами, производимыми оповещател€ми) не менее 75 дЅј на рассто€нии 3 м от оповещател€, но не более 120 дЅј в любой точке защищаемого помещени€.

4.2. «вуковые сигналы —ќ”Ё должны обеспечивать уровень звука не менее чем на 15 дЅј выше допустимого уровн€ звука посто€нного шума в защищаемом помещении. »змерение уровн€ звука должно проводитьс€ на рассто€нии 1,5 м от уровн€ пола.

4.3. ¬ спальных помещени€х звуковые сигналы —ќ”Ё должны иметь уровень звука не менее чем на 15 дЅј выше уровн€ звука посто€нного шума в защищаемом помещении, но не менее 70 дЅј. »змерени€ должны проводитьс€ на уровне головы сп€щего человека.

4.4. Ќастенные звуковые и речевые оповещатели должны располагатьс€ таким образом, чтобы их верхн€€ часть была на рассто€нии не менее 2,3 м от уровн€ пола, но рассто€ние от потолка до верхней части оповещател€ должно быть не менее 150 мм.

4.5. ¬ защищаемых помещени€х, где люди наход€тс€ в шумозащитном снар€жении, а также в защищаемых помещени€х с уровнем звука шума более 95 дЅј, звуковые оповещатели должны комбинироватьс€ со световыми оповещател€ми. ƒопускаетс€ использование световых мигающих оповещателей.

4.6. –ечевые оповещатели должны воспроизводить нормально слышимые частоты в диапазоне от 200 до 5000 √ц. ”ровень звука информации от речевых оповещателей должен соответствовать нормам насто€щего свода правил применительно к звуковым пожарным оповещател€м.

4.7. ”становка громкоговорителей и других речевых оповещателей в защищаемых помещени€х должна исключать концентрацию и неравномерное распределение отраженного звука.

4.8.  оличество звуковых и речевых пожарных оповещателей, их расстановка и мощность должны обеспечивать уровень звука во всех местах посто€нного или временного пребывани€ людей в соответствии с нормами насто€щего свода правил.

 


© 2013, ќ.  очнов