Системы речевого оповещения о пожаре

Системы речевого оповещения о пожаре
Общеизвестно, что основной причиной гибели людей на пожарах является сопутствующая паника. Чуть
больше спокойствия, и люди бы неторопливо покинули опасную зону, при этом вполне успешно
эвакуировав и основные материальные ценности. Также известно, что эффективность тренировок
гражданской обороны, равно как и деятельности назначенных в допожарное время ответственных за
помещения - невысока. Особенно в общественных зданиях, где кроме постоянно работающего персонала
присутствует значительное количество публики "с улицы". Большинство нормальных людей услышав слово
"пожар" теряют способность рассуждать здраво. Единственное, что при этом может помочь - руководящие
указания со стороны профессионалов, сохранивших выдержку в экстренной ситуации. Техническая основа
для связи немногочисленных профессионалов с испуганной публикой - системы речевого оповещения.
Основополагающим документом при проектировании таких систем являются "Нормы пожарной
безопасности НПБ 104-95". В настоящее время готовится обновлённая редакция этого документа, но
главные положения давно проверены практикой и не подлежат сомнению.
В частности, системы речевого оповещения обязательны практически для всех общественных зданий
площадью свыше 1000м2 или этажностью выше 3.
К сожалению действующий ныне документ лишь в общих чертах затрагивает собственно требования к
системе. Так, требуется зональность (поочерёдность) оповещения в многоэтажных зданиях, а также
предварительное оповещение персонала здания. Имеется общая рекомендация применять предварительно
записанные сообщения, а не живой голос (недостаточно выдержанный диктор может наоборот разжечь
панику). Совершенно отсутствуют требования к качеству оповещения (разборчивости речи), а ведь в
экстремальных условиях внешний фоновый уровень шума значительно возрастает. На усмотрение
проектировщика оставлены вопросы самоконтроля системы.
Контроль работоспособности
Во многих случаях достаточно периодического опробования системы. Нередко это происходит само собой если система повседневно используется для трансляции фоновой музыки или рабочих объявлений. В таком
случае специальной регулярной проверке подлежат только специфически "пожарные" подсистемы.
Например, блок предварительно записанных сообщений.
В особых случаях, при наличии большого количества публики (потенциально повышенного количества
жертв), а также при использовании системы для обеспечения повседневного функционирования
предприятия (например, объявления в аэропорту), следует использовать автоматический контроль основных
узлов и автоматическое подключение горячего резерва.
Основным методом автоматизированного самоконтроля ныне
является добавка небольшого тестового пилот-сигнала 20 кГц,
постоянно присутствующего во всех каналах. Звук неслышимый,
тем более что большинство громкоговорителей специально
расчитаны так, чтобы плохо воспроизводить эту частоту.
рис.2
Контроль наличия и амплитуда пилотного сигнала на выходе
усилителя позволяет постоянно контролировать работу усилителя.
Дополнительные детекторы, расположенные у самого дальнего
громкоговорителя на каждом шлейфе, контролируют целостность шлейфа. Детекторы в цепи
громкоговорителя также контролируют сам громкоговорителя (ток через обмотку громкоговорителя).
Системы двойного назначения
Иметь широкую сеть громкоговорителей и ждать пожара чтобы их использовать - обидно. Поэтому,
особенно в общественных зданиях, система оповещения изначально проектируется с учетом повседневного
применения. В таком случае не следует забывать, что громкость "пожарных" объявлений должна
значительно превышать громкость рекламных или повседневных сообщений. Кроме того, усилители
нередко рассчитаны на относительно кратковременную (полчаса-час) работу на максимальной мощности.
Во избежание перегрева при длительном использовании их следует нагружать на 20-30% максимальной
мощности.
Если система используется для трансляции фоновой музыки, то могут применяться регуляторы громкости
(или селекторы программ) в отдельных помещениях. Действительно, фоновая музыка нужна, чтобы людям
было приятно, а не для того чтобы их раздражать. В таком случае не следует забывать реле
принудительного включения полной громкости для пожарного объявления.
Акустическое проектирование
Непростая задача для концертных залов, иногда приводит к изменениям в проекте и даже вообще
конструкции здания. В обычных помещениях, как правило, качественное распределение звукового давления
достаточно легко достигается любым профессиональным акустиком без особо кровавых мер,
исключительно за счёт грамотного выбора и расстановки громкоговорителей. Кстати, существенно, чтобы
объявления делались спокойным женским голосом, его спектр более равномерный и хорошо согласуется с
наиболее важным диапазоном частот для восприятия речи.
Относительно небольшие помещения с невысокими (до 5 м) потолками вообще не представляют проблемы расчёт потолочных громкоговорителей для этих случаев может проводиться по упрощённым формулам.
Проблему в таком случае может представлять только заказчик, требующий сократить стоимость и поставить
громкоговорители "подешевле" и "пореже". К сожалению, при этом неизбежна повышенная
неравномерность распределения акустического давления. И, как следствие, существенно ухудшается
разборчивость речи в некоторых областях, ибо даже повышение общей мощности приводит не только к
повышению полезной громкости, но и к повышению уровня реверберационного фона (неразборчивое эхо
все равно окажется громче полезного сигнала). Снизить относительный уровень фона обычно очень дорого это требует расстелить ковры на полу и развесить гобелены на
стенах.
Хочу также напомнить, что помещения с высокими потолками
представляют ещё одну опасность, которая не учитывается широко
распространёнными упрощёнными формулами: близко
расположенные соседние громкоговорители являются источником
мощной помехи, а если раздвинуть громкоговорители, чтобы они
не мешали - нужны ковры и гобелены, как описано выше. Типичное
решение - опустить громкоговорители на шнурах (всё равно под
потолком их только воробьи слушают) - нередко встречает
возражения со стороны дизайнеров. Иные решения (узко
направленные громкоговорители) требуют очень точных и сложных
расчетов и более дорогого оборудования.
рис.1
Многозонные системы
Количество зон оповещения и количество источников сигнала (матрица переключения) обычно легко
определяются исходя из задач, стоящих перед системой. Реализация самого переключения бывает двух
видов: коммутация после усилителя (мощных сигналов) или коммутация до усилителя (что требует
отдельный усилитель на каждую зону). Выбор определяется размером матрицы. Если источников мало, а
зон оповещения много (характерно для пожарной системы), то лучше обойтись одним-двумя усилителями
(правда их суммарная мощность в любом случае должна быть достаточна для одновременной работы всех
зон оповещения). Если же много источников (как например в аэровокзале), то рентабельнее коммутировать
до усиления. На практике (90% систем) применяется модифицированный первый вариант - один усилитель,
несколько источников сигнала коммутируются на его вход в соответствии с их приоритетами, много зон
оповещения коммутируются на выход усилителя. При этом одновременная трансляция в разные зоны
разных сигналов невозможна.
Кроме того, раздельные усилители мощности для различных зон трансляции позволяют индивидуально
корректировать полосу частот под конкретное помещение, или даже использовать системы автоматического
управления тембром и громкостью сигнала в зависимости то внешней акустической обстановки в каждом
помещении.
Положение на рынке
Крупные европейские и японские корпорации (Philips, Panasonic, Siemens) имеют в своей программе
практически всё необходимое для любой системы. При этом для массового товара (вроде потолочных
громкоговорителей) обычно сочетается доступная цена с высоким качеством и удобством использования. В
категории больших систем цена заметно растёт, зато вполне возможно оснащение объектов любой
сложности - с сотнями зон оповещения, сотнями пультов операторов и тысячами предварительно
записанных сообщений.
При построении очень больших систем могут, например, понадобиться специфические устройства,
производимые, кроме грандов отрасли, только узкоспециализированными компаниями - линии задержки,
тонкорректоры, дополнительные устройства шумо- и эхоподавления.
Компании второго эшелона (TOA, RCF) обладают меньшими финансовыми возможностями и не обладают
знаменитыми торговыми марками, но также производят качественное оборудование, хотя и не столь
широкой номенклатуры. Цена на массовую продукцию у этих компаний отнюдь не ниже чем у компаний 1го эшелона (ибо меньше тиражи выпуска), а вот оборудование среднего диапазона может оказаться
подешевле.
Фирмы Юго-Восточной Азии, в первую очередь Inter-M, - это агрессивно развивающиеся компании. Их
преимуществом является в первую очередь цена, а иногда и функциональные новшества в электронных
блоках. Качество и номенклатура громкоговорителей, однако, далеки от идеала. Видимо, в области
акустики, как в тонкой механике - необходим многолетний опыт и многолетние дорогостоящие
эксперименты.
Отечественные производители уверенно предлагают на рынке усилители и малые системы вполне на уровне
среднемировых стандартов. Порой разрабатываются и сложные системы управления для больших задач, но
это скорее единичные случаи, и их качественный уровень бывает приемлемым лишь когда применяется
индустриальное релейное оборудование и системы автоматизации общепромышленного назначения (АСУ
ТП) - однако в таком случае цена зашкаливает выше самых дорогих импортных аналогов.
Отечественные громкоговорители по дизайну, удобству и качеству акустического оформления, к
сожалению, с трудом конкурируют даже с продукцией ЮВА, хотя вполне надёжны.
Заключение
В настоящее время на рынке присутствуют оборудование и услуги для любой задачи и любого бюджета.
Выбор за покупателем. Не следует только забывать, что дешёвое оборудование как правило требует более
квалифицированные (дорогие) услуги по проектированию и установке системы.
Расчет системы оповещения
Программа для расчета количества громкоговорителей (8,2mb)
В соответствии с вступившими в силу в 2003г. новыми нормами пожарной безопасности, при
проектировании требуется обеспечивать заданные уровни звука. В документе имеется ссылка на
методику измерения уровня звука, но нет никаких ссылок на то, как правильно рассчитать необходимое
количество и мощность громкоговорителей.
Для того, чтобы правильно рассчитать систему можно воспользоваться приведенной ниже методикой
рассчета на основе материалов предоставленных компанией ТОА (Япония), признанным лидером в
производстве оборудования PUBLIC ADRESS.
Попробуем расписать порядок расчета оповещения по шагам.
1. Необходимо определить количество громкоговорителей для обеспечения равномерного распределения
звука.
С большой долей условности можно считать, что угол равномерного распеределения звука (на средней
частоте) у разных типов громкоговорителей составляет:
рупорный..............................................30-45 о
прожекторный.......................................30-45 о
настенный..............................................75-90 о
потолочный............................................80-90 о
Также, по опыту установки, можно считать, что расставлять потолочные громкоговорители допускается
через расстояние, равное высоте потолка (при этом равномерность звука получится довольно
посредственная, но нормам НПБ удволетворять будет. Если требуется равномерное озвучивание, то
устанавливать придется через "высота потолка - рост человека"). Настенные громкоговорители
устанавливаются через расстояние, равное ширине коридора (комнаты). А рупорные и прожекторные
расставляют так, чтобы места скопления людей попали в диаграмму направленности. При установке
настенных и рупорных громкоговорителей требуется придерживаться правила если требуется
установить несколько грмокоговорителей в на одной площади, лучше установить их в центре и
направить в разные стороны, чем ставить их на стенах и направлять к центру. Разборчивость и качество в
последнем случае будут значительно хуже.
2. Определить уровень шума в помещении. Для этого его можно измерить или воспользоваться таблицей
с примерными уровнями, для различных типов помещений.
Типовые уровни шумов. (Дб)
Театры, больницы
55
Тихие офисы, рестораны, отели (холлы)
63
Шумные офисы, магазины, рынки
76
Типографии, швейное производство
81
Механические цеха, автобазы, гаражи
90
3. Уровень трансляции должен превышать уровень шума на:
для фоновой музыки..................................на 5-6дБ
для аварийного оповещения .....................на 7-10дБ.
для качественной музыки...........................на 15-20дБ
4. Для учета ослабления уровня звука от расстояния (в пределах диаграммы направленности) можно
воспользоваться таблицей:
Ослабление звука в зависимости от расстояния (SPL ослабления)
Расстояние (м)
2
5
10
15
20
30
40
60
80
100
Ослабление (дБ)
6
14
20
23.5
26
29.5
32
35.6
38.1
40
5. Для учета увеличения уровня звука в зависимости от подводимой мощности можно воспользоваться
таблицей:
Увеличение уровня в зависимости от подводимой мощности (SPL увеличения)
Мощность(Вт)
1
1.5
3
5
6
10
15
20
30
50
Усиление(дБ)
0
2.6
4.8
7
7.8
10
11.8
13
14.8
17
6. Для рассчета уровня звукового давления на требуемом расстоянии можно воспользоваться
упрощенной формулой:
SPL (Дб) =SPL паспортное - SPL ослабления + SPL увеличения
Где:
SPL(Дб) - уровень на требуемом расстоянии в диаграмме направленности
SPL паспортное-уровень звукового давления по паспорту на расстоянии в 1м (дБ/Вт/м)
SPL ослабления - уровень ослабления в зависимости от расстояния (см. таблицу)
SPL увеличения - - уровень увеличения в зависимости от подводимой мощности (см. таблицу)
Из приведенной выше формулы легко можно вычислить требуемую мощность для отдельно взятого
громкоговорителя. Просуммировав мощности громкоговорителей можно вычислить суммарную
мощность усилителя. Мощность усилителя рекомендуется выбирать с 20% запасом по мощности. При
эксплуатации системы Вы сможете убедится в этом.
Например: есть торговое помещение размерами 20х30м с высотой потолков 3м. Требуется его озвучить
фоновой музыкой, но с учетом возможности аварийного оповещения.
Для равномерного озвучивания потребуется 20:3-1 = 5 рядов по 30:3-1=9 шт. итого 45 шт.
Уровень звука на расстоянии 1, 5 м от громкоговорителя (высота потолка - рост самого низкого
человека) должен быть не менее 63+7=70 дБ. Следовательно, если воспользоваться громкоговорителями
АРТ-01 (Inter-M) мощностью 1 Вт, (по паспорту уровень звукового давления на расстоянии 1 м у них
составляет 90 дБ.), формула приобретет вид:
SPL (Уровень звукового давления) = 90-3+0 =87 дБ. Что больше чем 70. Так, что данные
громкоговорители подходят для озвучивания данного помещения. И в принципе, если необходимо
только аварийное оповещение, то количество может быть еще меньше.(можно пересчитать
самостоятельно).
Если-же Вам совсем не хочется утруждать себя "сложными" математическими расчетами, то всегда
можно воспользоваться какой-либо программой для расчета количества громкоговорителей например от
компании ТОА. При использовании оборудования других производителей необходимо учитывать
отличие их звукового давления от выбранного типа. Программу расчета систем оповещения Вы сможете
скачать тут (8,2mb)
Сверчков А.П.
© 2005 Группа Компаний "НЭЛТ", тел. (495) 796-92-10
Расчет количества громкоговорителей
Если необходимо качественное озвучивание помещения, (трансляция фоновой музыки в супермаркетах,
тренажерных залах, ресторанах и т. д.) количество и мощность громкоговорителей необходимо выбирать
исходя из геометрических размеров помещения, учитывая при этом только полезную площадь, т.е. ту, где
находятся слушатели. Также следует помнить, что наилучшее качество озвучивания получается при
использовании потолочных громкоговорителей, так как это позволяет добиться более равномерного звука
Для правильного расчета требуется учитывать, что "пятно" (Р) от одного потолочного динамика имеет
радиус (R), равный разности между высотой помещения (а) и высотой от пола до ушей слушателя (Ь) (см.
рис. 1).
Рис. 1. Расчет количества и мощности громкоговорителей
Таким образом, для равномерного озвучивания помещения требуется рассчитать и установить
громкоговорители так, чтобы "пятна" от них располагались с некоторым перекрытием. Для того чтобы
упростить расчет необходимого количества громкоговорителей исходя из площади помещения и высоты
потолков, ниже приводится таблица 1.
Таблица 1. Расчет количества громкоговорителей
Суммарную мощность громкоговорителей для помещения можно выбрать по номограмме (см. рис. 2).
Рис. 2. Номограмма расчета суммарной мощности громкоговорителей
Примечание. При расчете следует учитывать, что если в помещении имеются открытые окна, двери и
т.п., то мощность громкоговорителей выбирается на 1 Вт больше на каждую дверь.
Приведем пример. Требуется рассчитать количество и мощность громкоговорителей для магазина
площадью 150 м2 и высотой потолков 4,5 м.
Для определения количества громкоговорителей воспользуемся таблицей. Становится понятно, что
требуется 5 громкоговорителей.
Для определения суммарной мощности громкоговорителей воспользуемся номограммой: при уровне звука
порядка 95,5 Дб суммарная мощность составит 13,5 Вт. Поэтому выберем 5 громкоговорителей по 3 Вт
(их суммарная мощность составит 15 Вт).
Необходимо заметить, что человеческое ухо ощущает именно звуковое давление, которое зависит как от
мощности громкоговорителя, так и от его коэффициента полезного действия. Разница по звуковому
давлению в 3 Дб означает разницу в 2 раза, а в 9 Дб - в 8 раз.
Для того чтобы понять примерную мощность громкоговорителей, приведем некоторые уровни звукового
давления: крик на ухо - 90 - 95 Дб, шум пылесоса - 80 Дб, звук на концерте и при раскатах грома - 120 Дб,
шум на заводе - 100 Дб, разговор - 70 Дб, общий шум в супермаркете - 65 Дб, а в больнице -30 Дб,
Чтобы Ваши сообщения было слышно на уровне шума, их громкость должна превышать его уровень
необходимо на З-10 Дб
Если невозможно установить потолочные громкоговорители, можно установить настенные. Они
устанавливаются следующим образом:
желательно устанавливать громкоговорители на высоте 1,5 м для сидящих и 2 - 2,2 м для
стоящих слушателей;
если ширина помещения менее 5 м, то колонки устанавливаются по длине, с шагом 4 - 6 м,
избегая углов;
если ширина помещения больше 5 м, то колонки располагаются на противоположных стенах в
шахматном порядке, с шагом 8 - 12 м.
В коридорах, галереях и других протяженных помещениях лучше устанавливать направленные
громкоговорители. При этом располагать их в середине коридора, направляя в противоположные стороны.
Дальность оповещения такого громкоговорителя составляет порядка 20 -30 м.
В рупорных громкоговорителях звуковая энергия собирается в мощный поток, и в них усиливаются
наиболее слышимые ухом частоты. В связи с этим рупорные громкоговорители обладают лучшим
соотношением "звуковое давление / стоимость", и дальность оповещения таких громкоговорителей
составляет порядка 50 - 100 м (по направлению). Немаловажным достоинством является также то, что
рупорные громкоговорители могут работать в широком температурном диапазоне и они не боятся
повышенной влажности. Поэтому с помощью рупорных громкоговорителей озвучиваются большие
площади: стадионы, рынки, парки, пляжи и т. д. (рис. 3, 4, 5.)
Рис. 3. Рынок
Рис. 4. Стадион
Рис. 5. Пляж
При расчете количества рупорных громкоговорителей нужно учитывать, что телесный угол диаграммы
направленности у них составляет порядка 30 градусов.
Мощность усилителя для системы оповещения должна быть не меньше суммарной мощности
громкоговорителей.
Необходимо заметить, что если протяженность линий системы оповещения более 50-ти метров, то
необходимо использовать 100-вольтовый выход усилителя и, соответственно, громкоговорители должны
быть рассчитаны на напряжение 100 -120 В. При этом громкоговорители включаются параллельно, а
диаметр и сопротивление проводов не имеют большого значения при неизменном качестве озвучивания Но,
тем не менее, изоляция провода должна выдерживать напряжение 100 - 120 В и иметь необходимую
механическую прочность во избежание короткого замыкания на линии и, как следствие, выхода из строя
дорогостоящего оборудования. Мы рекомендуем использовать для прокладки систем оповещения кабель
ПРППМ сечением 0,9 -1,2 мм.
Скрытая камера, № 13(20), 2003
При подготовке статьи были использованы материалы сайта компании "ТЕЛСИ-Сервис