Основи розрахунку потужності системи озвучування та оповіщення

Для проектування системи оповіщення важливо знати принципи розрахунку необхідної кількості гучномовців та розуміти технології їх розміщення з урахуванням вимог чинних нормативних документів.

При комплексній розробці систем оповіщення треба враховувати не лише площу приміщень та загальну площу будівлі, а й тип приміщень, їхню геометричну форму, пропорційність сторін. Під типом приміщень, у разі, розуміється його господарське призначення. Знаючи призначення, ми можемо оцінити рівень шуму у приміщенні, що стане основою розрахунку необхідного звукового тиску.

Потрібно також враховувати висоту стель. Геометрична форма дозволяє судити про акустичну складність зали, визначити рівень власної реверберації, оцінити розбірливість мови та музичних творів. Форма будівлі та приміщень, як правило, диктує місце розташування акустичних систем. Подібний підхід дозволяє уникнути мертвих зон і досягти рівномірного звукового тиску по всій площі.

Пропорції сторін впливають на кількість гучномовців, тому що витягнуті приміщення та будівлі таять у собі багато акустичних проблем, починаючи від високого рівня реверберації до повної гучності.

За рівнем шуму приміщення можна розділити на кілька різних типів:

• Нешумні (N1) (офісні приміщення).
• З маленьким рівнем шуму (N2) (дитсадки, торгові зали, коридори офісних приміщень, будівлі аеропортів та вокзалів).
• Шумні приміщення (N3) (великі зали, гіпермаркети, криті складські приміщення з електронавантажувачами).
• З підвищеним рівнем шуму (N4) (складські приміщення з карбюраторними навантажувачами, місця вантажно-розвантажувальних робіт, відкриті вантажні території).
• Дуже шумні приміщення (N5) (перони залізничних вокзалів).
• Критичні приміщення (N6) (злітно-посадкові лінії аеропорту, причали морських портів з високою силою вітру).

Для різних типів приміщення потрібний різний рівень звукового тиску.

Для спрощення розрахунку необхідної потужності вводять коефіцієнти необхідної потужності Р_пит. Одиниця вимірювання – Вт/10 м².

P=Р_питхSx0.1 (1)

Таким чином ми можемо розрахувати необхідну потужність P для заданої площі S, не проводячи розрахунок звукового тиску.

Коефіцієнт Р_пит залежить від типу приміщення, значення зведені до таблиці 1:

Тип приміщення	Визначення	Рпит, Вт/10 м2
Нешумні	N1	1
З маленьким рівнем шуму	N2	2
Шумні приміщення	N3	3
З підвищеним рівнем шуму	N4	4
Дуже шумні приміщення	N5	5
Критичні приміщення	N6	6

Не варто забувати про існування ще одного типу приміщення, де неможливо створити звуковий тиск системи оповіщення, що перевищує рівень шуму, без подолання больового порога. Прикладом такого приміщення є зал музичного клубу. Це завдання вирішується наступним способом: створюють систему, яка б зменшувала або прибирала рівень сигналу трансляції перед подачею тривожного повідомлення. Таке рішення також застосовується для залів кінотеатрів. А для концертних залів проектується комбінована система оповіщення, де тривожний сигнал подається не лише трансляційною системою, а й системою звукопідсилення залу.

Цікавий спосіб визначення потужності було запропоновано групою німецьких вчених. Просто було збудовано узагальнений графік залежності необхідної потужності залежно від віддалення джерела сигналу до слухача. За цією таблицею можна визначити, приблизно, необхідну потужність:

Метод дуже зручний при проектуванні систем трансляції та оповіщення, коли потрібно озвучити великі площі за допомогою малої кількості гучномовців. Але серйозна вада полягає в тому, що графік будувався для певної акустичної системи із заданим значенням звукового тиску в 105 дБ.

Найбільш якісним методом визначення потужності системи оповіщення є розрахунковий метод. Він ґрунтується на фізичній залежності звукового тиску, створюваного оповіщувачем від електричної потужності, що підводиться, і відстані до об'єкта озвучування. Природно, при проектуванні системи оповіщення необхідно в першу чергу керуватися тим, що звукові сигнали системи оповіщення та управління евакуацією людей повинні забезпечувати рівень звуку не менше ніж на 15 дБ вище допустимого рівня звуку постійного шуму в приміщенні. Вимірювання рівня звуку має проводитися на відстані 1,5 м від рівня стелі.

Необхідні дані для розрахунку системи озвучування та оповіщення

Вихідними даними для розрахунків є:

• Розрахований або виміряний максимальний рівень шуму у приміщенні
• Геометричні розміри приміщення
• Чутливість встановлюваних оповіщувачів SPL (1Вт)
• Ширина діаграми спрямованості Q обраного оповіщувача

Тепер поговоримо коротко про кожний параметр для розрахунку.

Розрахований або виміряний максимальний рівень шуму у приміщенні

Статистичні дані для рівня шуму в приміщенні, залежно від його призначення, наведені у таблиці 2:

Призначення приміщення	Рівень шуму, дБ
Лікувальні заклади, готелі, навчальні заклади	55-65
Офіси, склади, адміністративні установи, магазини	65-70
Ресторани, вокзали та аеропорти, супермаркети	70-75
Виробничі приміщення, спортивні та концертні комплекси	75-80

Геометричні розміри приміщення

Довжина L,

Ширина D

Висота встановлення оповіщувача h

Чутливість встановлюваних оповіщувачів SPL (1Вт)

Чутливість гучномовця – рівень звукового тиску, створюваного оповіщувачем, на відстані 1 м по осі випромінювання під час подачі на нього акустичного сигналу частотою 1 кГц і потужністю 1 Вт.

Приклади чутливості та номінального звукового тиску для гучномовців (в даному випадку для динаміків від компанії Inter-M) наведено в таблиці 3:

Гучномовець	CS-710	CS-820	SWS-10	MS-05	CS-05W	APT-03A	CH-522	HS-20
SPL(1Вт), дБ	91	95	90	98	92	85	95	106
SPL(макс.), дБ	104	108	100	105	99	90	108	119

Ширина діаграми спрямованості Q обраного оповіщувача

Розглянемо основні правила розрахунку на прикладах для стельових та настінних гучномовців.

Приклад 1: Для приміщення супермаркету загальною площею 1800 м² (30мх60м) необхідно підібрати стельові оповіщувачі. Висота установки оповіщувачів 3,5 м.

SPL(шум) = 70 дБ - макс. виміряний рівень шуму в приміщенні на висоті 1,5 м

L = 60 м - довжина приміщення

D = 30 м - ширина приміщення

S = 1800 м² - загальна площа приміщення

SPL(1Вт) = 90 дБ - чутливість стельового оповіщувача CS-03 Inter-M

h = 3,5 м - висота встановлення оповіщувачів

SPL = SPL(шум) + 15 дБ = 85 дБ

SPL = 85 дБ = SPL(1Вт) + 10 lg P(оп) – 20 lg R, де:

SPL – рівень звукового тиску, створюваного оповіщувачем, на відстані R до осі випромінювання при подачі на нього електричного сигналу потужністю P(оп)

P(оп) – електрична потужність, що підводиться до оповіщувача

R – відстань від оповіщувача до точки виміру

R = 1,4 ( h – 1,5м ) = 2,8 м

Тоді 10 lg P(оп) = SPL - SPL(1Вт) + 20 lg R = 85 – 90 + 9 = 4 (дБ)

P(оп) = 10^0.4 = 2.51 Вт

Потужність оповіщувача CS-03 Inter-M складає 3 Вт.

На наступному етапі визначається кількість гучномовців, яка необхідна для озвучування об'єкта. Цей розрахунок ведеться з діаграми спрямованості оповіщувача.

У більшості випадків можна використовувати таку спрощену методику розрахунку:

S(оп) = 3.14*h² = 38.5 м²

де S(оп) – площа озвучування одного стельового оповіщувача.

Тоді N = S / S(оп) = 1800 / 38.5 = 46.8

N – кількість оповіщувачів.

Висновок: Для оповіщення даного супермаркету потрібно 47 оповіщувачів CS-03.

Розставляти стельові оповіщувачі потрібно рівномірно.

Приклад 2: Для неопалюваного складського приміщення загальною площею 1800 м² (30х60 м) необхідно підібрати настінні оповіщувачі.

SPL(шум) = 69 дБ - макс. виміряний рівень шуму у приміщенні на висоті 1,5 м

L = 60 м - довжина приміщення

D = 30 м - ширина приміщення

S = 1800 м² - загальна площа приміщення

SPL(1Вт) = 95 дБ - чутливість настінного оповіщувача CS-820 Inter-M

SPL = SPL(шум) + 15 дБ = 84 дБ

SPL = 84 дБ = SPL(1Вт) + 10 lg P(оп) – 20 lg R , де

SPL – рівень звукового тиску, створюваного оповіщувачем, на відстані R по осі випромінювання при подачі на нього електричного сигналу потужністю P(оп)

P(оп) – електрична потужність, що підводиться до оповіщувача

R – відстань від оповіщувача до точки виміру

Тоді 10 lg P(оп) = SPL - SPL(1Вт) + 20 lg R

Приймемо: R = D / 2 = 15 м

10 lg P(оп) = 84 – 95 + 23,5 = 12,5

P(оп) = 10^1.25 = 17,8 Вт

Потужність оповіщувача CS-820 Inter-M складає 20 Вт.

На наступному етапі визначається кількість гучномовців, яка необхідна для озвучування об'єкта. Цей розрахунок ведеться з діаграми спрямованості оповіщувача. У більшості випадків можна використовувати таку спрощену методику розрахунку: співвідношення дальності дії оповіщувача (R) до ширини області, що покривається одним оповіщувачем (W) становить 1,5 до 1.

Звідси: S(оп) = R² / 1,5 = 150 м²,

де S(оп) – площа озвучування одного стельового оповіщувача

Тоді N = S / S(оп) = 1800 / 150 = 12

N – кількість оповіщувачів

Висновок: Для оповіщення даного складського приміщення потрібно 12 оповіщувачів CS-820.

При розстановці оповіщувачів дотримуватись наступних правил:

• Відстань між оповіщувачами, розташованими на одній стіні, повинна дорівнювати W (10 м у нашому прикладі).
• Сповіщувачі, встановлені на протилежних стінах, не повинні перебувати на одній осі, а розташовуватись у шаховому порядку.

Важливо зауважити, що встановлення гучномовців та інших мовних оповіщувачів в приміщеннях, повинна виключати концентрацію і нерівномірний розподіл відбитого звуку. Для забезпечення розбірливості мови неприпустимо використовувати один потужний динамік для озвучування великих площ.

Результатом акустичного розрахунку є потужність системи оповіщення, яка визначає вибір типу та потужності використовуємих трансляційних підсилювачів потужності. Після вибору гучномовців, розрахунку підведеної електричної потужності та визначення їх кількості, необхідно динаміки правильно розставити по приміщенню.

По матеріалам компанії DarDali - https://dardali.com
Київ 2019

Також буде цікаво ознайомитись:

• Система звукопідсилення мови та музики для переговорних кімнат
• Засоби передачі звуку у лекційних аудиторіях
• Система озвучування для диспетчерських та ситуаційних пунктів
• Побудова бездротової мережі для офісу
• Вибираємо відеостіну, LED чи LCD
• Обладнання для конференц-залу
• Побудова системи озвучування на устаткуванні Yamaha

Технічна консультація та придбання