- Зміст
- 1. Введення
- 2. Вхідні параметри для розрахунку
- 3. Розрахунок звукового тиску гучномовця
- 4. Розрахунок звукового тиску
- 5. Розрахунок ефективної дальності
- 6. Розрахунок площі, що озвучується одним гучномовцем
- 7. Розрахунок ефективної площі, що озвучується стельових гучномовцем
- 8. Розрахунок ефективної площі, що озвучується настінним гучномовцем
- 9. Розрахунок ефективної площі озвучується рупорним гучномовцем
- 10. Розрахунок кількості гучномовців необхідного для озвучування певній території
- 11. Електроакустичний калькулятор
- приклад програмування
- Додаток 1. Список і короткі характеристики гучномовців ROXTON
- Додаток 2. Вимоги пожежної безпеки до звукового і мовного оповіщення та управління евакуацією людей
Зміст
- Вступ
- Вхідні параметри для розрахунку
- Розрахунок звукового тиску гучномовця
- Розрахунок звукового тиску
- Розрахунок ефективної дальності
- Розрахунок площі, що озвучується одним гучномовцем
- Розрахунок ефективної площі, що озвучується стельових гучномовцем
- Розрахунок ефективної площі, що озвучується настінним гучномовцем
- Розрахунок ефективної площі, що озвучується рупорним гучномовцем
- Розрахунок кількості гучномовців, необхідного для озвучування певній території
- електроакустичний калькулятор
1. Введення
системи оповіщення є найважливішою складовою систем протипожежного захисту. В процесі проектування систем оповіщення виконується електроакустичний розрахунок. Підставою для електроакустичного розрахунку є звід правил, розроблений відповідно до статті 84 федерального закону ФЗ-123 СП 3.13130.2009 від 22 липня 2008 р Дана стаття спирається на наступні основні пункти зводу правил.
- 4.1. Звукові сигнали СОУЕ повинні забезпечувати загальний рівень звуку (рівень звуку постійного шуму разом з усіма сигналами, виробленими оповещателями) не менше 75 дБА на відстані 3 м від оповіщувача, але не більше 120 дБА в будь-якій точці приміщення, що підлягає
- 4.2. Звукові сигнали СОУЕ повинні забезпечувати рівень звуку не менше ніж на 15 дБА вище допустимого рівня звуку постійного шуму в приміщенні, що підлягає. Вимірювання рівня звуку повинно проводитися на відстані 1,5 м від рівня підлоги
- 4.7. Установка гучномовців і інших мовних сповіщувачів в приміщеннях, які захищаються повинна виключати концентрацію і нерівномірний розподіл відбитого звуку
- 4.8. Кількість звукових і мовних пожежних сповіщувачів, їх розстановка і потужність повинні забезпечувати рівень звуку в усіх місцях постійного або тимчасового перебування людей відповідно до норм цього зводу правил
Сенс електроакустичного розрахунку зводиться до визначення рівня звукового тиску в розрахункових точках - в місцях постійного або тимчасового (ймовірного) перебування людей і порівняно даного рівня з рекомендованими (нормативними) значеннями.
У озвучувати приміщенні присутній різного роду шум. Залежно від призначення і особливостей приміщення, а також часу доби, рівень шуму варіюється. Найбільш важливим параметром при розрахунку, є величина середньостатистичного шуму. Шум можна виміряти, але правильніше і зручніше взяти його з готових шум-таблиць:
Таблиця 1 Призначення приміщень N, дБ Медичні кабінети, палати 35 Навчальні заклади, класи, конференц-зали 40 Адміністративні будівлі, офіси, холи 50 Громадське харчування, кафе, ресторани, тиха вулиця 55 Будівля вокзалу, спортивні зали, вулиця 60 Автостоянки, автостанції 70 Залізнична станція 80 Метрополітен 85 Промислове підприємство 90
Для того щоб почути звукову або мовну інформацію, вона повинна бути голосніше шуму на 3дБ, тобто в 2 рази. Величину 2 називають запасом звукового тиску. В реальних умовах шум змінюється, тому для чіткого сприйняття корисної інформації на тлі шуму, запас тиску д.б не менше ніж в 4 рази - 6 дБ, за нормативами - 15дБ.
Задоволення умов викладених в пунктах 4.6, 4.7 зводу правил, досягається організаційними заходами - правильною розстановкою гучномовців, попереднім розрахунком:
- звукового тиску гучномовця,
- звукового тиску в розрахунковій точці,
- ефективної площі озвучується одним гучномовцем,
- загальної кількості гучномовців необхідного для озвучування певній території.
Критерієм правильності електроакустичного розрахунку, є виконання наступних умов:
- Звуковий тиск обраного гучномовця д.б.н. "Не менше 75 дБА на відстані 3 м від оповіщувача", що відповідає величині звукового тиску гучномовця не нижче 85дБ.
- Звуковий тиск в розрахунковій точці д.б.н. вище рівня середньостатистичного шуму в приміщенні на 15дБ.
- Для стельових гучномовців необхідно враховувати висоту їх установки (висоту стель).
Якщо все 3 умови виконані - електроакустичний розрахунок виконаний, якщо немає, то можливі наступні варіанти:
- вибрати гучномовець з більшою чутливістю (звуковим тиском, дБ),
- вибрати гучномовець з більшою потужністю (Вт),
- збільшити кількість гучномовців,
- змінити схему розстановки гучномовців.
2. Вхідні параметри для розрахунку
Вхідні параметри для розрахунків беруться з технічного завдання (ТЗ) (надається замовником) і технічних характеристик на проектоване обладнання. Список і кількість параметрів може варіюватися в залежності від ситуації. Зразкові вхідні дані наведені нижче.
Параметри гучномовців:
- SPL - чутливість гучномовця, дБ,
- Pгр - потужність гучномовця, Вт,
- ШДН - Ширина діаграми спрямованості, град.
Параметри приміщення:
- N - Рівень шуму в приміщенні, дБ,
- Н - Висота стель, м,
- a - Довжина приміщення, м,
- b - Ширина приміщення, м,
- Sп - Площа приміщення, м2.
Додаткові дані:
- ЗД - Запас звукового тиску, дБ
- r - Відстань від гучномовця до розрахункової точки.
Площа озвучується приміщення:
Sп = a * b
3. Розрахунок звукового тиску гучномовця
Знаючи номінальну потужність гучномовця (РВТ) і його чутливість SPL (SPL від англ. Sound Pressure Level - рівень звукового тиску гучномовця виміряного на потужності 1Вт, на відстані 1 м), можна розрахувати звуковий тиск гучномовця, що розвивається на відстані 1 м від випромінювача.
РДБ = SPL + 10lg (Pвт)
(1)
де:
- SPL - чутливість гучномовця, дБ,
- РВД - потужність гучномовця, Вт.
Другий доданок в (1) називається правилом "подвоєння потужності" або правилом "трьох децибел". Фізична інтерпретація даного правила - при кожному подвоєнні потужності джерела, рівень його звукового тиску збільшується на -3дБ. Дану залежність можна представити таблично і графічно (див. Рис.1).
Рис.1. Залежність звукового тиску від потужності
4. Розрахунок звукового тиску
Для розрахунку звукового тиску в критичній (розрахункової) точці, необхідно:
- Вибрати розрахункову точку
- Оцінити відстань від гучномовця до розрахункової точки
- Розрахувати рівень звукового тиску в розрахунковій точці
В якості розрахункової точки виберемо місце можливого (вірогідного) знаходження людей, найбільш критичне з точки зору положення або видалення. Відстань від гучномовця до розрахункової точки (r) можна розрахувати або виміряти приладом (далекоміром).
Розрахуємо залежність звукового тиску від відстані:
де:
- r - відстань від гучномовця до розрахункової точки, м;
- 1 - коефіцієнт враховує, що чутливість гучномовця вимірюється на 1м.
УВАГА: формула (2) справедлива при r> 1.
Залежність (2) називається правилом "зворотних квадратів" або правилом "шести децибел". Фізична інтерпретація даного правила - при кожному подвоєнні віддалення від джерела, рівень звуку зменшується на 6дБ. Дану залежність можна представити таблично і графічно, рис.2:
Рис.2. Залежність звукового тиску від відстані
Рівень звукового тиску в розрахунковій точці:
де:
- Pдб - звуковий тиск гучномовця, дБ,
- P20 - залежність звукового тиску від відстані, дБ.
Перевірка правильності розрахунку:
де:
- N - Рівень шуму в приміщенні, дБ (N від англ. Noise - шум),
- ЗД - Запас звукового тиску, дБ.
При ЗД = 15дБ:
Якщо звуковий тиск в розрахунковій точці вище рівня середньостатистичного шуму в приміщенні на 15дБ - розрахунок виконаний правильно.
5. Розрахунок ефективної дальності
Ефективна дальність звучання (L) - відстань від джерела звуку (гучномовця) до геометричного місця розташування розрахункових точок, що знаходяться в межах ШДН, звуковий тиск в яких залишається в межах (N + 15дБ). На технічному сленгу - "відстань, яке гучномовець пробиває".
В англомовній літературі ефективна дальність звучання (effective acoustical distance (EAD)) - відстань, при якому зберігається чіткість і розбірливість мови (1).
Розрахуємо різницю між звуковим тиском гучномовця, рівнем шуму і запасом тиску.
р = РДБ - (N + ЗД)
(6)
де:
- Pдб - звуковий тиск гучномовця, дБ,
- N - рівень шуму в приміщенні, дБ,
- ЗД - запас звукового тиску, дБ.
Ефективну дальність гучномовця можна отримати (вивести) з зворотній залежності (2), підставивши замість P20 величину p з формули (6):
де:
- p - різниця звукового тиску гучномовця, рівня шуму і запасу тиску, дБ.
- 1 - коефіцієнт враховує, що чутливість гучномовця вимірюється на 1м.
6. Розрахунок площі, що озвучується одним гучномовцем
Підставою для оцінки величини озвучується площі, є така установка:
Розрахунок будемо вести з таких припущень: Діаграму спрямованості (випромінювання) гучномовця, можна представити у вигляді конуса (звукового поля сконцентрованого в конусі) з тілесним кутом у вершині конуса, рівним ширині діаграми спрямованості.
Площа, що озвучується гучномовцем - проекція звукового поля, обмеженого кутом розкриву на площину, проведену паралельно підлозі на висоті 1,5 м. За аналогією з ефективною дальністю: Ефективна площа, що озвучується гучномовцем - площа звуковий тиск в межах якої не перевищує значення N + 15дБ (ф-ла 5).
ПРИМІТКА: Гучномовець випромінює в усіх напрямках, але ми будемо спиратися на вхідні дані - рівні звукового тиску в межах діаграми спрямованості. Правильність такого підходу підтверджується статистичною теорією.
Розіб'ємо гучномовці на 3 класу (типу):
- стельові,
- настінні,
- рупорні.
стельові - клас гучномовців, що характеризуються способом випромінювання, в якому випромінюється звукова енергія спрямована перпендикулярно підлозі.
настінні - клас гучномовців, що характеризуються способом випромінювання, в якому випромінюється звукова енергія спрямована паралельно підлозі.
рупорні - клас гучномовців, що характеризуються способом випромінювання, в якому випромінюється звукова енергія спрямована під деяким кутом у напрямку до підлоги.
Для кожної групи гучномовців ефективна озвучується площа, розраховується по різному. Для 1 групи вона залежить від висоти установки (стель), для груп 2 і 3 - від гучності, по суті від ефективної дальності (ф-ла 7).
Розрахунок проведемо окремо для кожної групи.
7. Розрахунок ефективної площі, що озвучується стельових гучномовцем
стельові гучномовці - клас гучномовців, що характеризуються способом випромінювання, в якому випромінюється звукова енергія спрямована перпендикулярно підлозі. Ефективна площа озвучується гучномовцем - коло, що є перетином конуса (звукового поля сконцентрованого в конусі), з площиною проведеної паралельно підлозі на висоті 1,5 м.
На рис.3 зображено елементарна геометрична інтерпретація даного подання.
Рис.3. Геометричне уявлення діаграми спрямованості стельового гучномовця
Площа, що озвучується стельових гучномовцем - площа кола:
де: R - радіус кола, м.
R = (H - 1,5) * tg (ШДН / 2)
(9)
де:
- H - висота стель, м,
- ЩДН - ширина діаграми спрямованості, град.
Для стельового гучномовця, додатковим критерієм правильності електроакустичного розрахунку, є перевірка умови:
де: С - гіпотенуза - утворює конуса, рис.2, м.
С = (Н - 1,5) / cos (ШДН / 2)(11)
Зміст даного умови: звук (звукове поле) поширюється вздовж гіпотенузи (уздовж твірної звукового конуса) повинен досягати до площини, проведеної паралельно підлозі на висоті 1,5 м.
Більш детально це питання висвітлено в (1) .
8. Розрахунок ефективної площі, що озвучується настінним гучномовцем
настінні гучномовці - клас гучномовців, що характеризуються способом випромінювання, в якому випромінюється звукова енергія спрямована паралельно підлозі. Ефективна площа озвучується настінним гучномовцем - сектор, який є перетином утворює і підстави конуса (звукового поля сконцентрованого в конусі), з площиною проведеної паралельно підлозі на висоті 1,5 м. (1).
На рис.4 зображена елементарна геометрична інтерпретація даного подання.
Рис.4. Геометричне уявлення діаграми спрямованості настінного гучномовця
Площа, що озвучується настінним гучномовцем - площа сектора:
S = ШДН * (3,14 L2) / 360(12)
де:
- ЩДН - ширина діаграми спрямованості, град,
- L - ефективна дальність, м.
Більш детально це питання висвітлено в (1) .
9. Розрахунок ефективної площі озвучується рупорним гучномовцем
рупорні гучномовці - клас гучномовців, що характеризуються способом випромінювання, в якому випромінюється звукова енергія спрямована під деяким кутом у напрямку до підлоги. Ефективна площа озвучується рупорним гучномовцем - еліпс є перетином конуса (звукового поля сконцентрованого в конусі), з площиною проведеної паралельно підлозі на висоті 1,5 м, що перетинає обидві утворюють конуса (1).
На рис.5 зображена елементарна геометрична інтерпретація даного подання.
Рис.5. Геометричне уявлення діаграми спрямованості рупорного гучномовця
Площа, що озвучується рупорним гучномовцем - площа еліпса:
де:
- А - велика піввісь еліпса, м;
- В - мала піввісь еліпса, м.
В = L / 2 * tg (ШДН / 2)
(14)
де:
- L - ефективна дальність, м,
- ЩДН - ширина діаграми спрямованості, град.
(15)
Більш детально це питання висвітлено в (1) .
10. Розрахунок кількості гучномовців необхідного для озвучування певній території
Розрахувавши ефективну площу, озвучувану одним гучномовцем, знаючи загальні розміри озвучується території, розрахуємо загальну кількість гучномовців:
К = int (Sп / Sгр)
(16)
де:
- Sп - озвучується площа, м2,
- Sгр - ефективна площа, що озвучується одним гучномовцем, м2,
- Int - результат округлення до цілого значення.
11. Електроакустичний калькулятор
Загальний отриманий результат у вигляді блок-схеми:
Рис.6. Блок-схема електроакустичного калькулятора
приклад програмування
В даному калькуляторі (написаному в програмі Microsoft Excel) реалізована елементарна коротка методика - алгоритм електроакустичного розрахунку, викладений вище. Дану програму можна завантажити з нашого сайту .
Рис.7. Електроакустичний калькулятор в програмі Microsoft Excel
На основі розробленого алгоритму розрахунку працює і ON-LINE електроакустичний калькулятор на нашому сайті .
Додаток 1. Список і короткі характеристики гучномовців ROXTON
Додаток 2. Вимоги пожежної безпеки до звукового і мовного оповіщення та управління евакуацією людей
4.1. Звукові сигнали СОУЕ повинні забезпечувати загальний рівень звуку (рівень звуку постійного шуму разом з усіма сигналами, виробленими оповещателями) не менше 75 дБА на відстані 3 м від оповіщувача, але не більше 120 дБА в будь-якій точці приміщення, що підлягає.
4.2. Звукові сигнали СОУЕ повинні забезпечувати рівень звуку не менше ніж на 15 дБА вище допустимого рівня звуку постійного шуму в приміщенні, що підлягає. Вимірювання рівня звуку повинно проводитися на відстані 1,5 м від рівня підлоги.
4.3. У спальних приміщеннях звукові сигнали СОУЕ повинні мати рівень звуку не менше ніж на 15 дБА вище рівня звуку постійного шуму в приміщенні, що підлягає, але не менше 70 дБА. Вимірювання повинні проводитися на рівні голови сплячої людини.
4.4. Настінні звукові та мовні оповіщувачі повинні розташовуватися таким чином, щоб їх верхня частина була на відстані не менше 2,3 м від рівня підлоги, але відстань від стелі до верхньої частини оповіщувача має бути не менше 150 мм.
4.5. У приміщеннях, які захищаються, де люди перебувають в шумозахисному спорядженні, а також в приміщеннях, які захищаються з рівнем звуку шуму більше 95 дБА, звукові сповіщувачі повинні комбінуватися зі світловими оповещателями. Допускається використання світлових миготливих оповіщувачів.
4.6. Мовні сповіщувачі повинні відтворювати нормально чутні частоти в діапазоні від 200 до 5000 Гц. Рівень звуку інформації від мовних сповіщувачів повинен відповідати нормам цього зводу правил стосовно звукових Пожежні сповіщувачі.
4.7. Установка гучномовців і інших мовних сповіщувачів в приміщеннях, які захищаються повинна виключати концентрацію і нерівномірний розподіл відбитого звуку.
4.8. Кількість звукових і мовних пожежних сповіщувачів, їх розстановка і потужність повинні забезпечувати рівень звуку в усіх місцях постійного або тимчасового перебування людей відповідно до норм цього зводу правил.