- Выбор облицовочных материалов
- Распределение акустических систем
- Вывод результатов расчета
Правильное размещение аппа ратуры при любых акустических характеристиках зала позволяет получить хорошее качество восприятия различных звуков: речи, музыки, шумов. В пространстве расположения зрителей, участвующих в мероприятии, требуется обеспечить нужную громкость, разборчивость и звучание без искажений во всем диапазоне частот аудио сигнала. С этой целью предлагаем услугу проведения профессионального акустического расчета . Он позволяет выбрать облицовочный материал поверхностей, разборчивость речи и состав аудиосистемы.
Нашей компанией проводятся электро-акустические расчеты для различных объектов: стадионов , бассейнов , теннисных кортах , прочих спортивных объектов , концертных залов , ресторанов , открытых площадок , Храмов , залов для проведения концертов и конференций . Рассчитывая акустику, специалисты учитывают особенности архитектуры помещения и специфику проводимого в нем мероприятия. Требуемая оптимальная величина звукового давления различна в случаях трансляции объявлений диктора, фонового музыкального сопровождения, концерта звезды или классической музыки.
При расчете звуковой аппаратуры для конкретного зала, проводится анализ помещения. На его основании выбирают оптимальное распределение звукового поля и места размещения колонок. Используются план, разрезы помещения, описание отделочных материалов потолка, стен.
Чтобы заказать акустический расчет , следует предоставить исходные данные с указанием габаритных размеров площадки, высоту потолка, материалы, характер мероприятия. Предоставляют чертежи либо эскизы. При необходимости исполнителем проекта на месте проводятся замеры.
При расчете мощности акустической системы как один из параметров учитывается уровень шума. Он зависит от числа людей в зале и их действий. Большее звуковое давление требуется на танцплощадке. Имеет значение также удаленность слушателей от источников звукового сигнала. Их размещают таким образом, чтобы обеспечить равномерность звукового поля для всех зрительских мест. Если в помещении имеются балконы и бельэтаж, то для них добовляются линии задержки и расчеты проводятся для каждой зоны совокупно.
Воспользовавшись предложенной компанией услугой проведения расчета и подбора акустической системы, можно организовать качественную трансляцию звука в любом месте: в зале ресторана, клуба или на стадионе. По нашим расчетам, наши специалисты выполняют также установку аппаратуры и ее настройку.
Основой проектирование звуковой системы или системы озвучивания помещений является акустический расчет. С помощью акустического расчета можно понять какие акустические системы лучше всего выбрать для данного зала и как лучше всего их расположить для обеспечение равномерного распределения звука. С помощью расчета звука так же есть возможность согласовать с заказчиком в каких зонах нужно изменить уровень громкости звукового сигнала для обеспечения комфортности зрителей. Еще одна задача которую можно выполнить с помощью акустического расчета это расчет звукопоглощения, подбор облицовочных материалов зала или помещения, где будет установлена звуковая система, для обеспечении качественной разборчивости речи и хорошего восприятие музыки.
Вопрос акустической обработки различных помещений является очень актуальным в настоящее время. С появлением новых моделей звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры она стала обязательной.
Современная промышленность предлагает огромный выбор отделочных материалов с различными частотными свойствами, что позволяет при правильном их выборе получить необходимые частотные характеристики помещений кинозалов, студий звукозаписи, речевых студий, концертных залов, вокзалов, аэропортов, конференц-залов, ночных клубов и множества других.
Выбор материалов производился по различным критериям, в том числе экономическому. Таким образом, можно выбрать недорогие материалы, но при этом все требования к частотным характеристикам помещения выполняются. Правильность выбора материалов будет подтверждена расчетом частотных характеристик.
|
|
|
Для создания модели под акустический расчет необходимы все размеры зала. В специализированной программе EASE создается 3D-модель зала точная копия, со всеми размерами, в которой подбираются материалы по коэффициенту звукопоглощения для достижения рекомендуемого времени реверберации под определенный тип зала и его назначения.
На рисунке показаны графики для различных залов:
- 1 - залы для ораторий и органной музыки;
- 2 - залы для симфонической музыки;
- 3 - залы для камерной музыки, залы оперных театров;
- 4 - залы многоцелевого назначения, залы музыкально-драматических театров, спортивные залы;
- 5 - лекционные залы, залы заседаний, залы драматических театров, кинозалы, пассажирские залы.
Как только рекомендуемое расчетное время реверберации достигло нужного результата, в модели зала устанавливаются симуляторы акустических систем (громкоговорителей). Файлы-симуляторы громкоговорителей находятся в базе программы акустического расчета EASE и периодически пополняется. В 3D-модели зала (помещения) можно распределить симуляторы акустических систем как угодно, для этого специалисты пользуются определенным правилам которые необходимо соблюдать для озвучивания залов и других помещений. Как и в реальности акустические системы можно устанавливать на основание (например: на пол или на сцену), на высоте (подвесные громкоговорители) и встраивать в потолок или в стену.
При расчете программа будет выдавать несколько параметров, по которым можно сформировать благоприятную акустическую картинку.
Звуковое давление - расчет
Данный параметр описывает распределение звукового давления по площади зрительской зоны без учета отражений. Величина неравномерности: разница между максимальным и минимальным значением давления характеризует корректность применения акустических систем и мест их размещения.
Коэффициент потери согласных
Коэффициент потери согласных или ARTICULATION LOSS - графическое отображение потери артикуляции согласных в процентах. Это обратный критерий, 0% - идеальное значение параметра, описывающее отсутствие потери согласных; 100% - наихудшее значение параметра, описывающее полную потерю согласных.
- от 0% до 7% - наилучший результат;
- от 7% до 11% - хороший результат;
- от 11% до 15% - удовлетворительный результат;
- выше 15% - плохой результат.
В акустике термин "разборчивость" обозначает возможность слышать и правильно различать все фонемы, т.е. составные элементы языка. Разборчивость речи - самый важный параметр при оценке качества воспроизведения звука, и зависит, прежде всего, от правильного понимания согласных букв. Реверберация и высокий уровень фонового шума искажают разборчивость речи. Процент "потерянных" согласных букв дает оценку разборчивости сообщения и обозначается ALCons.
При акустическом сигнале, таком как речь, чрезвычайно изменчивом во времени и при всевозможном шуме окружающей среды, достаточно высокое соотношение сигнал/шум (хотя бы 10 дБ) способствует наилучшему восприятию сообщения. Разборчивость уменьшается при увеличении расстояния между источником и слушателем до предельного расстояния. Для больших расстояний разборчивость остается постоянной, каким бы ни было расстояние до слушателя, но зависит от времени реверберации.
Любое положение слушателя характеризуется определенным значением Alcons. Уменьшение этого значения довольно сложно, т. к. предполагает изменение геометрии помещения и/или имеющихся в нем материалов.
Разборчивость речи
Разборчивость речи оценивается с помощью коэффициента STI . Данный параметр является главным коэффициентом для оценки качества звучания музыкальной системы. Для различных видов помещений или задач существуют свои диапазоны, в предел которых необходимо, чтобы значение коэффициента STI уложилось.
Коэффициент STI зависит от всех параметров: размеры помещения, дальность излучателя звука, уровень шума, зрителей, облицовка помещения, время реверберации, уровень звукового давления.
- от 0,6 до 1 - наилучший результат;
- от 0,45 до 0,6 - хороший результат;
- от 0,3 до 0,45 - Удовлетворительный результат;
- от 0 до 0,3 - плохой результат.
Коэффициент музыкальной ясности.
Коэффициент музыкальной ясности С80.
- 0дБ -для органной, романтическая музыки;
- +2дБ -для классической муз., хора, церковного пения;
- +4дБ -для поп. Музыки;
- +6дБ -для рок-н-ролла.
Наша компания производит профессиональный акустический расчет любой сложности, специалисты прошедшие обучение специализированной программы EASE имеют сертификат, который выдается в центре обучения "AFMG" в г. Берлине, что подтверждает ниже предоставленный сертификат:
Акустический расчет помещения необходим для точной установки акустических систем в зале. Так же акустический расчет производится для оптимизации акустических свойств помещения.
Акустический расчет
Общие технические и организационные методы борьбы с шумом и вибрациями на производстве
Борьба с шумом и вибрациями на промышленном предприятии - это комплекс инженерно-технических мероприятий. Выявление источников и причин возникновения шума и вибраций должно быть совмещено с регистрацией и изучением их спектров. Только опираясь на исследования амплитудно-частотных характеристик, можно наметить и провести в жизнь технические мероприятия, направленные на устранение причин возникновения вибраций и шума. Расстановка оборудования в цехах должна производиться не только с учетом технологического процесса, удобства монтажа, ремонта, но и с учетом требований обеспечения здоровых условий труда.
Шумное оборудование следует группировать отдельно и устанавливать или в изолированном помещении, или в отдельной части цеха со звукоизолирующими или экранирующими перегородками.
При разработке технологических процессов, а также при проектировании участков, цехов, оборудования выполняется расчет ожидаемых шумовых полей в местах длительного пребывания людей.
Для этого необходимо выполнить акустический расчет, который включает:
выявление источников шума и определение их шумовых характеристик;
выбор расчетных точек в помещении, для которых производится расчет допустимых уровней звукового давления для этих точек;
определение ожидаемых уровней звукового давления в расчетных точках до осуществления мероприятий по снижению шума с учетом снижения уровней звуковой мощности по пути распространения шума;
определение требуемого снижения уровня звукового давления в расчетных точках;
выбор мероприятий для обеспечения требуемого снижения уровней звукового давления в расчетных точках;
расчет и проектирование шумоглушащих, звукопоглощающих и звукоизолирующих конструкций (глушителей, экранов, звукопоглощающих облицовок, звукоизолирующих кожухов и т. п.).
В начале расчета необходимо выявить все источники шума в производственных помещениях, обратив особое внимание на особо мощные источники. Шумовые характеристики оборудования и установок указываются заводом - изготовителем в прилагаемой технической документации.
Расчетные точки внутри помещения выбирают по ГОСТ 12.1.050-86. ССБТ «Методы измерения шума на рабочих местах».
В зоне постоянного пребывания людей выбирают не менее двух расчетных точек на высоте 1,5 м от уровня пола или рабочей площадки. При одном источнике шума в помещении первая расчетная точка берется на рабочем месте, при нескольких однотипных источниках - на рабочем месте в средней части помещения. Вторая расчетная точка берется в зоне постоянного пребывания людей, не связанных с работой оборудования. Если имеется несколько различных источников, отличающихся друг от друга по октавным уровням звуковой мощности более чем на 15 дБ хотя бы в одной октавной полосе, то на рабочих местах берутся две расчетные точки: у источников с максимальным и минимальным уровнями шума. Для цехов с групповым размещением однотипного оборудования расчетные точки берутся в центре каждой группы. Допустимые уровни звукового давления принимаются на основании ГОСТ 12.1.003-86, ССБТ «Шум. Общие требования безопасности».
Определение ожидаемых уровней звукового давления в расчетных точках .
При проведении расчетов ожидаемых уровней звукового давления в производственных помещениях наиболее часто расчетная точка находится в том же помещении, где установлен источник шума или в соседнем помещении.
А. Расчетная точка находится в помещении с одним источником шума.
L = L P +101g(Ф/4r 2 +4/B) (2.27)
где L - уровень звукового давления, дБ;
L p - уровень звуковой мощности источника шума, дБ;
Ф - фактор направленности источника для направления в точку наблюдения;
r-расстояние от геометрического центра источника до расчетной точки,м;
В - постоянная помещения (определяется по графику зависимости от объема помещения), м 2 ;
Б. Расчетная точка находится в помещении с несколькими источниками шума.
L=10lg(
іФ/4
г 2
+4/В
і)
(2.28)
где
i
= 10 0,1
Lp і
- сумма уровней звуковой мощности для
i
- того источника шума;
Lpi -уровень звуковой мощности i - того источника, дБ;
m i - число источников, находящихся в зоне прямой видимости из расчетной точки;
п - общее число источников в помещении с учетом среднего коэффициента одновременности работы оборудования.
В . Расчетная точка расположена в изолируемом от источников шума помещении.
Если источники (или один источник) шума расположены в смежном с изолируемым помещении, а шум проникает в изолируемое помещение через ограждающие конструкции, то ожидаемые уровни в расчетной точке определяются по формуле:
L = Lр.сум - 10 lg Ви + 10 lg Sorp - R - 10 lg Вш + 6, дБ (2.29)
Lp
cyм=101g
Lpi
(2.30)
Lp сум - суммарный уровень звуковой мощности, излучаемый всеми источниками, находящимися в рассматриваемом шумном помещении, дБ;
m - общее количество источников шума; (если источник шума один, m = 1, Lp сум = Lp, где Lp - уровень звуковой мощности этого источника);
Ви, Вш - соответственно постоянные изолируемого и шумного помещений, м 2 ;
Sorp - площадь ограждения, м 2 ;
R-звукоизолирующая способность ограждения, через которое шум проникает в изолируемое помещение, дБ.
R = 201gQ + 201gf-54, (2.31)
где Q - вес 1-го м 2 ограждения заданной толщины, кг / м 2 ;
f- частота звука, Гц.
f rp =----------- , (2.32)
где f г p - частота волнового совпадения, от которой звукоизолирующая способность не будет возрастать, Гц;
с 1 - скорость распространения звуковых волн, м/с;
h - толщина преграды, см.
Определение требуемого снижения уровней звукового давления
Требуемое
снижение уровней звукового давления
L
определяется по формуле:
L=
L-L доп
()
где L-измеренный уровень звукового давления на рабочих местах действующего предприятия, определенный в расчетных точках (см. п. 3);
L доп -допустимые по нормам уровни звукового давления, дБ по ГОСТ 12.1.003-86. «Шум. Общие требования безопасности».
Методы и средства коллективной и индивидуальной
защиты от шума
После получения требуемого снижения уровней звукового давления необходимо выбрать метод защиты от шума.
Средства защиты от шума подразделяют на средства коллективной и индивидуальной защиты.
Методы относительно снижения шума следует предусматривать на стадии проектирования промышленных объектов и оборудования. Снижение шума можно достичь только путем обесшумливания всего оборудования с высоким уровнем шума.
Работу относительно обесшумливания действующего производственного оборудования в помещении начинают с составления шумовых карт и спектров шума, оборудования и производственных помещений, на основании которых выносится решение относительно направления работы.
Борьба с шумом в источнике его возникновения – наиболее действенный способ борьбы с шумом. Создаются малошумные механические передачи, разрабатываются способы снижения шума в подшипниковых узлах, вентиляторах.
Архитектурно-планировочный аспект коллективной защиты от шума – предполагается снижение уровня шума путем использования экранов, территориальных разрывов, шумозащитных конструкций, зонирования и районирования источников и объектов защиты, защитных полос озеленения.
Организационно-технические средства защиты от шума связаны с изучением процессов шумообразования промышленных установок и агрегатов, транспортных машин, технологического и инженерного оборудования, а также с разработкой более совершенных малошумных конструкторских решений, норм предельно допустимых уровней шума станков, агрегатов, транспортных средств и т.д.
Акустические средства защиты от шума подразделяются на средства звукоизоляции, звукопоглощения и глушители шума.
Снижение шума звукоизоляцией. Суть этого метода заключается в том, что шумоизлучающий объект или несколько наиболее шумных объектов располагаются отдельно, изолировано от основного, менее шумного помещения звукоизолированной стеной или перегородкой. Звукоизоляция также достигается путем расположения наиболее шумного объекта в отдельной кабине. Звукоизоляция достигается также путем расположения оператора в специальной кабине, откуда он наблюдает и руководит технологическим процессом. Звукоизолирующий эффект обеспечивается также установлением экранов и колпаков, что защищает рабочее место и человека от непосредственного влияния прямого звука.
Звукопоглощение достигается за счет перехода колебательной энергии в теплоту вследствие потерь на трение в звукопоглотителе. Звукопоглощающие материалы и конструкции предназначены для поглощения звука как в помещениях с источником, так и в соседних помещениях. Звукопоглощение используется при акустической обработке помещений.
Акустическая обработка помещения предусматривает покрытие потолка и верхней части стен звукопоглощающим материалом. Дополнительно к потолку могут подвешиваться звукопоглощающие щиты, конусы, кубы; устанавливаются резонаторные экраны, т.е. искусственные поглотители. Эффект акустической обработки больше в низких помещениях (где высота не превышает 6м). Акустическая обработка позволяет снизить шум на 8 дБА.
Уровень звука после применения звукопоглощающей облицовки рассчитывают по формуле:
L=10
,
(2.32)
где В – постоянная помещения, м 2 ;
В 1 – постоянная помещения после акустической обработки, м 2 .
В 1 =
,
(2.33)
Где А 1 – эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями не занятыми звукопоглощающей облицовкой;
-
добавочное звукопоглощение, вносимое
звукопоглощающей облицовкой;
А 1 =
(S-S обл)
– эквивалентная площадь звукопоглощения
поверхностями не занятыми звукопоглощающей
облицовкой;
-
средний коэффициент звукопоглощения
акустически обработанного помещения.
=
S обл 
обл,
(2.34)
S обл – площадь звукопоглощения облицовки;
обл
– реверберационный коэффициент
звукопоглощающей облицовки.
А 1 =В ш S/ В ш +S, (2.35)
S – общая площадь всех поверхностей помещения
=А 1 
/S
(2.36)
Оптимизация расположения громкоговорителей в комнате прямоугольной формы
Для достижения высокого качества звуковоспроизведения, акустические характеристики комнаты для прослушивания необходимо приблизить к определенным оптимальн м значениям. Это достигается формированием "акустически правильной" геометрии помещения, а также с помощью специальной акустической отделки внутренних поверхностей стен и потолка.
Но очень часто приходится иметь дело с комнатой, форму которой изменить уже невозможно. При этом собственные резонансы помещения могут крайне негативно повлиять на качество звучания аппаратуры. Вважным инструментом для снижения влияния комнатных резонансов является оптимизация взаимного расположения акустических систем относительно друг друга, ограждающих конструкций и зоны прослушивания.
Предлагаемые калькуляторы предназначены для расчетов в прямоугольных симметричных помещениях с низким фондом звукопоглощения.
|
|
|
|
|
|
|
|
Применение на практике результатов данных расчетов позволит уменьшить влияние комнатных мод, улучшить тональный баланс и выровнять АЧХ системы "АС-комната" на низких частотах.
Необходимо отметить, что результаты расчетов не обязательно приводят к созданию "идеальной" звуковой сцены, они касаются только коррекции акустических дефектов, вызванных, прежде всего, влиянием нежелательных комнатных резонансов.
Но результаты расчетов могут стать хорошей отправной точкой для дальнейшего поиска оптимального месторасположения АС с точки зрения индивидуальных предпочтений слушателя.
Определение площадок первых отражений
Слушатель, находящийся в комнате для прослушивания музыки, воспринимает не только прямой звук, излучаемый акустическими системами, но и отражения от стен, пола и потолка. Интенсивные отражения от некоторых участков внутренних поверхностей комнаты (площадок первых отражений) взаимодействуют с прямым звуком АС, что приводит к изменению частотной характеристики звука, воспринимаемого слушателем. При этом на некоторых частотах происходит усиление звука, а некоторых его значительное ослабление. Этот акустический дефект, называемый "гребенчатой фильтрацией", приводит к нежелательному "окрашиванию" звука.
Управление интенсивностью ранних отражений позволяет улучшить качество звуковой сцены, сделать звучание АС более ясным и детальн м. Наиболее важны ранние отражения от площадок, расположенных на боковых стенах и потолке между зоной прослушивания и АС. Кроме того, большое влияние на качество звука могут оказать отражения от тыловой стены, если зона прослушивания расположена к ней слишком близко.
На участках расположения площадок ранних отражений рекомендуется размещать звукопоглощающие материалы или звукорассеивающие конструкции (акустические диффузоры). Акустическая отделка площадок ранних отражений должна быть адекватна частотному диапазону, в котором более всего наблюдаются акустические искажения (эффект гребенчатой фильтрации).
Линейные размеры применяемых акустических покрытий должны быть на 500-600 мм больше размеров площадок первых отражений. Параметры необходимой акустической отделки в каждом конкретном случае рекомендуется согласовать с инженером-акустиком.
 |
" |
Расчет 
резонатора Гельмгольца
Резонатор Гельмгольца является колебательной системой с одной степенью свободы, поэтому он обладает способностью отзываться на одну определенную частоту, соответствующую его собственной частоте.
Характерной особенностью резонатора Гельмгольца является его способность совершать низкочастотные собственные колебания, длина волны которых значительно больше размеров самого резонатора.
Это свойство резонатора Гельмгольца используется в архитектурной акустике при создании так называемых щелевых резонансных звукопоглотителей (Slot Resonator). В зависимости от конструкции резонаторы Гельмгольца хорошо поглощают звук на средних и низких частотах.
В общем случае конструкция поглотителя представляет собой деревянный каркас, смонтированный на поверхности стены или потолка. На каркасе закрепляется набор деревянных планок, между которыми оставляются зазоры. Внутреннее пространство каркаса заполняется звукопоглощающим материалом. Резонансная частота поглощения зависит от сечения деревянных планок, глубины каркаса и эффективности звукопоглощения изоляционного материала.
fo = (c/(2*PI))*sqrt(r/((d*1.2*D)*(r+w))) , где
w - ширина деревянной планки,
r - ширина зазора,
d - толщина деревянной планки,
D - глубина каркаса,
с - скорость звука в воздухе.
Если в одной конструкции применять планки различной ширины и закреплять их с неодинаков ми зазорами, а также выполнять каркас с переменной глубиной, можно построить поглотитель, эффективно работающий в широкой полосе частот.
Конструкция резонатора Гельмгольца достаточно проста и может быть собрана из недорогих и доступных материалов непосредственно в музыкальной комнате или в студийном помещении во время производства строительных работ.
|
" |
Расчет панельного НЧ-поглотителя 
конверсионного типа (НЧКП)
Панельный поглотитель конверсионного типа является достаточно популярным средством акустической обработки музыкальных комнат благодаря простой конструкции и довольно высокой эффективности поглощения в области низких частот. Панельный поглотитель представляет собой жесткий каркас-резонатор с замкнутым объемом воздуха, герметично закрытый гибкой и массивной панелью (мембраной). В качестве материала мембраны, обычно применяют листы фанеры или MDF. Во внутреннее пространство каркаса помещается эффективный звукопоглощающий материал.
Звуковые колебания приводят в движение мембрану (панель) и присоединенный объем воздуха. При этом кинетическая энергия мембраны преобразуется в тепловую энергию за счет внутренних потерь в материале мембраны, а кинетическая энергия молекул воздуха преобразуется в тепловую энергию за счет вязкого трения в слое звукопоглотителя. Поэтому мы называем такой тип поглотителя конверсионным.
Поглотитель представляет собой систему масса-пружина, поэтому он обладает резонансной частотой, на которой его работа наиболее эффективна. Поглотитель может быть настроен на желаемый диапазон частот путем изменения его формы, объема и параметров мембраны. Точн й расчет резонансной частоты панельного поглотителя является сложной математической задачей, и результат зависит от большого количества исходных параметров: способа закрепления мембраны, её геометрических размеров, конструкции корпуса, характеристик звукопоглотителя и т.п.
Тем не менее, использование некоторых допущений и упрощений позволяет достичь приемлемого практического результата.
В таком случае, резонансную частоту fo можно описать следующей оценочной формулой:
fo=600/sqrt(m*d) , где
m - поверхностная плотность мембраны, кг/кв.м
d - глубина каркаса, см
Данная формула справедлива для случая, когда внутреннее пространство поглотителя заполнено воздухом. Если внутрь поместить пористый звукопоглощающий материал, то на частотах ниже 500 Гц процессы в системе перестают быть адиабатическими и формула трансформируется в другое соотношение, которое и применяется в он-лайн калькуляторе "Расчет панельного поглотителя":
fo=500/sqrt(m*d)
Заполнение внутреннего объема конструкции пористным звукопоглощающим материалом снижает добротность (Q) поглотителя, что приводит к расширению его рабочего диапазона и увеличению эффективности поглощения на НЧ. Слой звукопоглотителя не должен прикасаться к внутренней поверхности мембраны, также желательно оставить воздушный зазор между звукопоглотителем и задней стенкой устройства.
Теоретический рабочий диапазон частот панельного поглотителя расположен в пределах +/- одна октава относительно расчетной резонансной частоты.
Необходимо отметить, что в большинстве случаев описанного упрощенного подхода вполне достаточно. Но иногда решение ответственной акустической задачи требует более точного определения резонансных характеристик панельного поглотителя с учетом сложного механизма изгибных деформаций мембраны. Это требует проведения более точных и достаточно громоздких акустических расчетов.
|
" |
Расчет размеров студийных помещений в соответствии с рекомендациями EBU/ITU, 1998
За основу взята методика, разработанная в 1993 году Робертом Волкером (Robert Walker) после серии исследований, проведенных в инженерном департаменте ВВС (Research Department Engineering Division of ВВС). В результате была предложена формула, регулирующая соотношение линейных размеров помещения в достаточно широких пределах.
В 1998 году данная формула была принята в качестве стандарта Европейским Радиовещательн м Союзом (European Broadcasting Union, Technical Recommendation R22-1998) и Международным Телекоммуникационным Союзом (International Telecommunication Union Recommendation ITU-R BS.1116-1, 1998) и рекомендована к применению при строительстве студийных помещений и музыкальных комнат прослушивания.
Соотношение выглядит следующим образом:
1.1w/h <= l/h <= 4.5w/h - 4,
l/h < 3, w/h < 3
где l - длина, w - ширина, и h - высота помещения.
Кроме того, должны быть исключены целочисленные соотношения длинны и ширины помещения к его высоте в пределах +/- 5%.
Все размеры должны соответствовать расстояниям между основными ограждающими конструкциями помещения.
|
" |
Расчет диффузора Шредера
Проведение расчетов в предлагаемом калькуляторе подразумевает ввод данных в диалоговом режиме и дальнейшее выведение результатов на экран в виде диаграммы. Расчет времени реверберации производится по методике, изложенной в СНиП 23-03-2003 "Защита от шума" в октавных полосах частот по формуле Эйринга (Carl F. Eyring):
Т (сек) = 0,163*V / (−ln(1−α)*S + 4*µ*V)
V - объем зала, м3
S - суммарная площадь всех ограждающих поверхностей зала, м2
α - средний коэффициент звукопоглощения в помещении
µ - коэффициент, учитывающий поглощение звука в воздухе
Полученное расчетное время реверберации графически сравнивается с рекомендуемым (оптимальным) значением. Оптимальным называют такое время реверберации, при котором звучание музыкального материала в данном помещении будет наилучшим или при котором разборчивость речи будет наивысшей.
Оптимальные значения времени реверберации нормируются соответствующими международными стандартами:
DIN 18041 Acoustical quality in small to medium-sized rooms, 2004
EBU Tech. 3276 - Listening conditions for sound programme, 2004
IEC 60268-13 (2nd edition) Sound system equipment - Part 13, 1998
Конструирование акустических систем по готовым чертежам дело, конечно, увлекательное, но элемент творчества при этом, как ни крути, отсутствует. Вот если бы овладеть основными принципами построения АС, а затем все самому рассчитать и сделать из того, что есть под руками, — вот был бы класс! Это возможно, если взять несколько уроков у опытного мастера. Сегодня — первое занятие.
Уроки труда,
или методика создания акустических систем
Все любители и специалисты, заинтересованные в достоверном воспроизведении звука, знают, что без хороших акустических систем не обойтись. Поэтому особенно озадачивают противоречия между различными взглядами на критерии качества АС. Ещё менее ясно, какие методы создания АС надежнее и приводят к приемлемым результатам.
Даже начального опыта прослушивания достаточно, чтобы заметить очень большую разницу между звучанием одной и той же музыки на разных моделях. При этом основной параметр - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - почти всегда близок к идеалу, если верить данным фирм-производителей.
Большинство меломанов не может самостоятельно измерить АЧХ и приходит к выводу: проблема АЧХ практически решена, качество воспроизведения звука зависит от конструкции и материалов динамиков, корпусов, кроссоверов. Например: катушка без сердечника - хорошо, с сердечником - хуже. Или: корпус весом в 40 кг лучше, чем 20-килограммовый, при тех же габаритах и т.д.
Разумеется, оспаривать влияние динамиков, корпусов, элементов кроссовера, кабелей внутренней разводки, звукопоглотителей и прочих составляющих было бы ошибкой, но всё ли в порядке с АЧХ? Независимые измерения, например, в хорошо оснащённых лабораториях авторитетных зарубежных и отечественных аудиожурналов, не подтверждают оптимистических параметров, заявленных производителями.
На практике каждая модель АС имеет свою кривую АЧХ, разительно отличающуюся от других разновидностей колонок, причем это относится к любой ценовой группе. Наблюдаемая разница многократно превосходит порог заметности, известный из психоакустики, ее просто невозможно не услышать. И слушатели её, конечно, замечают как различие тембрального баланса при воспроизведении одних и тех же композиций разными АС. Идентифицировать искажения тембра с проблемами равномерности АЧХ нелегко, ведь перед глазами - ровные, будто по линейке нарисованные характеристики от изготовителя.
Не факт, что эти изумительные графики - обман. Просто для рекламы измерения производятся по методикам, обеспечивающим «благообразный» вид кривых. Например, при повышенной скорости сканирования рабочего диапазона в сочетании с высокой инерционностью, то есть усреднением пиков и провалов при регистрации зависимости звукового давления от частоты.
Производителей можно понять, в конце концов, все мы хотим выглядеть несколько лучше, чем на самом деле, и поэтому причёсываемся, умываемся и т.д. перед ответственными встречами.
Гораздо интереснее другое: почему одна АС с «плохой» АЧХ звучит хорошо, а другая, может быть, обладающая менее безобразной характеристикой, - гораздо хуже? Независимые, более «честные» измерения выявляют несовершенство передачи тембрального баланса из-за особенностей АЧХ, но не помогают интерпретировать, расшифровать смысл «перегибов» и дисбалансов характеристик, раскрыть связь между поведением кривой и конкретными особенностями звучания АС. Вот подходящее сравнение: кардиограмма ничего не говорит обычному человеку, тогда как врач-специалист способен прочитать по ней состояние пациента.
Наша сегодняшняя задача - научиться анализировать АЧХ. Начнём с самого общего вопроса. Почему, обладая всем необходимым, разработчики не создают идеальной, одинаково хорошо звучащей акустики. Ведь идеал, эталон - только один! Очевидно, что все колонки, близкие к нему, будут звучать очень похоже. Существует ряд общепризнанных методик обеспечения «ровной» АЧХ, и одна из основных - настройка АС в заглушенной, безэховой камере. Есть и другие, вроде бы логичные и адекватные методы, например, настройка по импульсным сигналам. Но работая по одинаковым алгоритмам, специалисты каждый раз получают разный результат. Вспомните откровения авторитетных зарубежных мастеров, опубликованные в аудиопрессе: «… обеспечив идеальную АЧХ в звукомерной камере, мы потом «портим» эту характеристику для получения приемлемого звучания в обычных условиях…». Не пора ли прекратить молиться на равномерность АЧХ с точки зрения некой общеизвестной методики измерения?
Ведь любой способ измерения в науке и технике неизбежно даёт целый комплекс разносортных ошибок. В нашем случае самые вредные ошибки - методические, то есть связанные с несовершенством самого подхода. Например, где располагать микрофон относительно АС в звуковой камере? На акустической оси? А где эта ось? Перед ВЧ-динамиком? А если он воспроизводит начиная с 8 кГц? Тогда, видимо, точнее мерить на оси СЧ-динамика? А если сместить микрофон на 5 см выше? Получим совсем другую АЧХ. На какую ориентироваться? И почему мы думаем, что ухо слушателя окажется именно там, где находился микрофон?
Кроме того, на НЧ и нижней середине АС активно взаимодействует с полом, влияние которого в безэховой камере отсутствует.
Об интеграции излучения АС с помещением прослушивания в данный момент даже и разговор не будем начинать. Это взаимодействие очень сильно влияет на звучание, но его конкретные проявления бесконечно разнообразны, поэтому не умещаются в «ложе» какой-либо математической модели, с достаточной точностью необходимой для действительно высокого качества воспроизведения.
Ещё интересный факт: в реальном помещении суммарная АЧХ двух АС стереопары, даже при сильном усреднении, сильно отличается от АЧХ одной АС. Традиционные методики настройки АС не учитывают этого важного обстоятельства. Это недопустимо, так как главные персоны в музыке - солисты - чаще всего локализуются в центре звуковой сцены, то есть - воспроизводятся обеими АС.
Можно сделать вывод: при таком обилии методических ошибок обычные способы контроля АЧХ дают неправильную характеристику для реально очень ровных АС (например, Audio Note, Magnepan и т.д.). С другой стороны, крайне подозрительно выглядят полученные по ненадёжным методикам слишком гладкие АЧХ. В этом случае ошибки измерений скомпенсированы специально сформированной характеристикой, которую разработчик обеспечивает, слепо доверяя не оправдавшим себя на практике способам измерений.
Меньше всего мне хотелось бы заменять веру в одни несовершенные принципы верой в другие, мои. Они тоже далеко не идеальны, в них присутствуют заметные методические ошибки, только менее грубые.
Залог прогресса - понимание недолговечности роли достигнутых знаний и умений, готовность воспринимать, в процессе практической работы и исследований, новые открытия. Надо уметь пересматривать подходы к достижению лучших результатов, если количественный рост позволяет совершить качественный скачок.
Итог работы зависит от методов и развития личности создателя АС. Известны превосходные изделия, рожденные в рамках традиционных подходов, при условии высочайшего класса и опыта разработчиков.
Моя цель - вооружить всех желающих достаточно эффективной методикой создания АС с приемлемым звучанием. Длинное вступление было необходимо для того, чтобы обратить ваше внимание на факторы, мешающие развивать искусство настройки АС.
Мне бы хотелось передать свой опыт, не тратя на это непомерных «писательских» усилий. Поэтому буду рассказывать только о добытых на практике фактах и методах работы, без обоснований и теоретических объяснений. Мой принцип - уверенно излагать своё мнение можно, если имеется аудиосистема, хорошим звучанием подтверждающая рекомендации автора. Для доступности расчёты и приёмы настройки максимально упрощены, без существенного вреда для результата.
Урок первый. Корпус
В первую очередь ограничим необъятную тему. Рассмотрим разработку и настройку двух полосных АС с фазоинвертором (ФИ). Такой тип легче «поддаётся» новичкам. Договоримся, что озвучиваем жилую комнату 10 - 20 м². Это определяет выбор диаметра НЧ/СЧ-динамика. В этом случае оптимальный диаметр диффузора - 10 - 20 см (примерно). Паспортная мощность (100 часов разового шума без повреждения громкоговорителя) - 20 - 60 Вт. Чувствительность - 86 - 90 дБ/Вт/м. Резонансная частота (вне корпуса) - не выше 60 Гц. Если вас устроит нижняя граничная частота (готовой АС) 100 Гц, можно брать динамик с резонансом 80 - 100 Гц.
Кстати, если АС без завала воспроизводит хотя бы от 100 Гц, звучание вполне фундаментально и «весомо», только иногда исчезают некоторые необязательные, но очень желательные элементы звуковой картины. Их можно восстановить сабвуфером, но чтобы при этом не испортить звук, надо набраться опыта его согласования с сателлитами.
Не обольщайтесь по поводу паспортных данных недорогих АС, свидетельствующих о воспроизведении НЧ от 30 до 40 Гц. Реально в формировании звуковой картины участвуют только те низкие ноты, которые отыгрываются без «завала». Всё, что имеет спад хотя бы 4 - 5 дБ, маскируется «верхним басом» (80 - 160 Гц), поэтому для большинства АС воспринимаемый на слух диапазон начинается с 50 - 80 Гц. Мы же привыкли думать, что это 30 - 40 Гц, поскольку ориентируемся на паспортные данные с допустимым отклонением -8 - -16 дБ. Повнимательнее посмотрите в аудиопрессе на реальные частотные характеристики колонок. Отмерьте, в соответствии с приведённым масштабом, -3 дБ от среднего уровня, и вы увидите, что даже крупные напольные АС эффективно работают где-то от 50 Гц.
Если диаметр диффузора - 10 - 12 см, чувствительность - 86 - 88 дБ/Вт/м, а мощность - 20 - 30 Вт (типичные параметры недорогого динамика), то о «домашней дискотеке» придётся забыть. С другой стороны, громкоговорители минимального диаметра нередко имеют более равномерную АЧХ, чем большие.
«Малыши» лучше по ширине и равномерности диаграммы направленности. Интересно, что одна из высочайших по качеству АС фирма System Audio принципиально использует только маленькие мидбасовые динамики. Полная добротность современных небольших НЧ-головок обычно составляет 0,2 - 0,5.
Не надейтесь на расчёты низкочастотного оформления, практические результаты им соответствуют недостаточно точно. Опыт показывает: лучше выбрать динамики с добротностью больше 0,3 - 0,4, иначе, даже с фазоинвертором, трудно обеспечить приемлемый бас. Для таких громкоговорителей имеет смысл изготавливать корпуса объёмом, примерно равным эквивалентному объёму громкоговорителя.
10 см - ≈ 18 литров;
16 см - ≈ 26 литров;
20 см - ≈ 50 литров.
В качестве базисного варианта рассмотрим корпус с ФИ для громкоговорителя диаметром 16 см. Объём - 26 литров. Площадь сечения ФИ - 44 см². Длина трубы ФИ - 20 см. Частота настройки - около 40 Гц. Площадь сечения ФИ должна составлять 20 - 25% от площади диффузора Sд.
Sд = π (d/2)²,
где d - диаметр диффузора, ограниченный серединой подвеса (рис. 1).
Рис. 1
1. Громкоговоритель d = 9 см, Эквивалентный объём (Vэ) ≈ 8 л. 8 литров меньше 26 литров в 3,25 раза. Надо скомпенсировать разницу изменением длины (l) и площади (Sфи) трубы ФИ, иначе частота резонанса ФИ резко повысится.
Понижают частоту настройки Fфи увеличением lфи и снижением Sфи.
Sд = π (9 см/2)² = 3,14 (4,57 см)² ≅ 63,6 см²
находится в диапазоне:
Sфи ≈ 63,6 см²/5 … 63,6 см²/4 ≅ 13 см² … 16 см².
В данном случае уменьшение Sфи вносит вклад в понижение Fфи в
44 см²/(13 см² … 16 см²) ≈ 2,75 … 3,38 разa,
что вполне компенсирует изменение объёма АС в 3,25 раза.
Кстати, компенсировать снижение объёма увеличением длины трубы ФИ для маленького корпуса (V = 8 литров) невозможно. Тем более что от внутреннего среза трубы ФИ до ближайшего препятствия (до стенки корпуса АС) должно быть свободное расстояние не менее 8 см (в крайнем случае - 5 см). То есть один из габаритов корпуса (параллельный оси трубы ФИ) должен быть равен lфи (20 см) + 8 см (свободное пространство) + примерно 3 см (толщина двух стенок корпуса) = 31 см.
Для 8-литрового корпуса такой большой размер может быть только высотой. Возможная конструкция щелевого ФИ с прямоугольным сечением трубы показан на рис. 2а.
Рис. 2
Это очень непрактичная конструкция, так как требуется установка на специальную подставку, не загораживающую выход ФИ. Если вывести порт наверх, установка АС упростится, но вид сверху ухудшится, кроме того, колонка превратится в отличную ловушку для пыли, сора и мелких предметов.
Очень удобна конструкция, показанная на рис. 2б. Однако она требует увеличить высоту до 31 см + 8 см = 39 см. Это не всегда допустимо.
Можно изготовить корпус в виде глубокой «буханочки», с наибольшим размером - в глубину (рис. 2в).
Если не удаётся обеспечить нужную длину трубы, можно:
во-первых, выбрать минимальную
Sфи = Sд / 6; Sфи = 63,6 см² / 6 ≈ 10,6 см²;
во-вторых, несколько уменьшить lфи (≈ на 30 %), пожертвовав повышением Fфи до ≈ 50 - 60 Гц.
Уменьшение Sфи до 10,6 см² снизит эффективность ФИ и, соответственно, увеличит «завал» отдачи в диапазоне 40 - 60 Гц.
Рост Fфи при уменьшении lфи допустим, так как резонансная частота динамика диаметром 10 см выше, чем у громкоговорителя 16 см. Это значит, что ФИ с резонансом в 55 Гц не просуммирует свой подъём НЧ с резонансом динамика в ящике (≈ 70 - 90 Гц в данном случае) и не будет вредного для звучания подъёма на НЧ в области 50 - 100 Гц, который мог бы возникнуть, например, при укорочении ФИ для корпуса с динамиком 16 см.
Итак, для 8-литрового ящика и громкоговорителя диаметром 10 см вполне нормально выбрать lфи ≅ 14 см, Sфи ≅ 13 см².
2. Громкоговоритель d = 18 см, эквивалентный объём (Vэ) ≈ 50 л. 50 литров больше, чем 26 литров, в 1,92 раза.
Оптимальная Sфи для динамика площадью:
Sд ≅ 3,14 (18 см / 6)² ≈ 254,3 см²
находится в диапазоне
Sфи ≈ 254,3 см²/5 … 254,3 см²/4 ≈ 51 см² … 64 см².
Увеличение Vэ в 1,92 раза сильнее влияет, чем увеличение Sфи в 1,45 раза. В целом Fфи понижается ориентировочно до 35 Гц. Так как резонансная частота динамика (Fд) диаметром 20 см ниже, чем Fд диаметром 16 см, то снижение Fфи - положительный фактор. Не стоит компенсировать это уменьшением lфи.
Опытные профессионалы способны точно настраивать параметры фазоинверсного акустического оформления, добиваясь максимально плоской АЧХ в диапазоне от нижней граничной частоты АС до 125 - 200 Гц. Любителю или новичку не стоит тратить на это особых усилий.
В дальнейшем я поясню, как проконтролировать полученную АЧХ на НЧ и как устранить недопустимые отклонения, если таковые обнаружатся. Кроме того, влияние на звучание неидеальности характеристики в области НЧ сильно зависит от соотношения уровня воспроизведения баса по сравнению со средними частотами. Нельзя забывать, что из-за взаимодействия АС с реальным помещением АЧХ в нижнем регистре в любом случае будет очень неравномерной.
Главные усилия необходимо сосредоточить на настройке желаемой АЧХ в области СЧ и балансировке между НЧ, СЧ и ВЧ. На первом этапе создания АС - при разработке корпуса, достаточно учесть следующие рекомендации.
Корпус должен молчать. В идеале воспроизводят звук только громкоговорители, но в реальной жизни корпус откликается на их работу. Переизлучение звука стенками ящика вносит искажения.
Один из простейших способов улучшения виброзащиты корпуса - увеличение толщины стенок. Здесь следует знать меру, прослушивание показывает, что начиная с некоторого значения эта мера даёт незначительноё улучшение звучания. Для полочных АС вполне достаточно будет 16 - 8 мм ДСП или ДВП. Выгодно укреплять корпус изнутри рёбрами жёсткости. Вариант их практического использования показан в моей статье в «Практике» №2(4)/2002, июль).
- размещение звукопоглощающих материалов внутри корпуса;
- особенности изготовления фильтров;
- как самостоятельно сделать кабели для внутренней разводки очень высокого качества;
- требования к герметизации корпуса;
- минимальные сведения, необходимые для выбора типа конденсаторов.
В упомянутой статье также рассмотрены вопросы выбора динамиков и затронуты некоторые другие проблемы. Имеет смысл отнестись к этому как к части изложения моих методов работы, поэтому повторяться не стану.
Разумеется, существует много способов виброзащиты корпуса АС. Они приведены, например, в книге «Высококачественные акустические системы и излучатели» (И.А. Алдошина, А.Г. Войшвилло. - М.: Радио и Связь, 1985.). Практика показывает, что 16-миллиметровые стенки, укреплённые рёбрами жёсткости, обеспечивают достаточную виброзащиту.
Абсолютных истин нет. У акустически мёртвых корпусов есть альтернатива - использование массива различных пород дерева, каждая из которых обладает собственным звучанием. Это - трудный путь с технологическими и творческими проблемами. Он не для новичков, здесь требуется высшая квалификация в области деревообработки, тонкое восприятие музыки, упорство в поиске приемлемых вариантов исполнения корпуса. Иногда таким образом удаётся создать превосходные АС.
Урок второй. Фильтры
Если вы думаете, что фильтр это просто схема, разделяющая сигнал на несколько частотных полос для соответствующих громкоговорителей, то вынужден буду вас разочаровать. Всё гораздо сложнее. Простой кроссовер нужен для идеальных динамиков с ровной АЧХ по звуковому давлению, но таковых, к сожалению, не существует. В лучшем случае некоторые типы динамиков позволяют обеспечивать приблизительно приемлемую балансировку АЧХ при лобовом использовании кроссоверов.
Положение усложняется из-за сложного взаимодействия громкоговорителей в полосе передачи эстафеты от низкочастотного к более высокочастотному. Например, имеем замечательно ровные в своих полосах СЧ и ВЧ-головки с аккуратными спадами АЧХ вне полос, а при совместной работе получаем ужасную АЧХ. Особенно проблематично для новичка состыковать НЧ и СЧ-динамики. Приёмы такого бесшовного соединения - тема отдельной статьи. Для начала необходимо набраться опыта, настраивая двухполосную АС.
Даже самые простые фильтры - мощный инструмент в умелых руках, позволяющий приблизить АЧХ реальной АС к желаемому идеалу. Для НЧ/СЧ-головок фильтры первого порядка (катушка индуктивности, включенная последовательно с динамиком) чаще всего не подходят. Они недопустимо деформируют АЧХ в полосе пропускания, заваливают середину, делая звучание тусклым, неритмичным, монотонно гудящим. В некоторых случаях такой фильтр позволяет чуть скорректировать АЧХ в верхней части диапазона, воспроизводимого НЧ/СЧ-головкой. При этом частота среза такого фильтра близка верхней частоте динамика.
У редких головок наблюдается рост отдачи, пропорциональный повышению частоты сигнала на протяжении нескольких октав. Сбалансировать АЧХ в этих случаях можно индуктивностью фильтра первого порядка, но чаще для этого применяют фильтры второго порядка. Они позволяют исключить сильные искажения АЧХ в полосе пропускания.
Подбором сочетаний величин ёмкости и индуктивности фильтра второго порядка можно обеспечить в полосе около частоты среза спад или подъём АЧХ, используя схему в качестве эквалайзера. Это - один из методов оптимизации АЧХ.
На рис. 3 показан фильтр второго порядка. Ёмкость включена параллельно динамику.
Рис. 3
Первое приближение
Рассчитаем значения L1 и С1 для фильтра без подъёма или спада на частоте среза. Поверим значению импеданса, приведённому производителем. Если бумажек нет, померяйте сопротивление по постоянному току и умножьте результат на 1,25. Обозначим полученное значение просто R.
L1 = R / (2π Fc),
где Fс - частота среза,
C1 = 1 / ((2π Fc)² L1).
Например: R = 4 Ом, Fс = 1,6 кГц.
L1 = 4 / (6,28 1.6 10³) = 3,98 10 -4 H = 0,398 mH = 398 μH,
C1 = 1 / [(6,28 1,6 10³)² 3,98 10 -4 ] = 2,49 10 -5 F = 24,9 μF.
Для справки:
Fc = 1 / (2π √L1 C1 ).
В этом случае модули (величины без учёта фазы) сопротивления L1 и C1 на частоте Fс равны R, то есть 4 Ом. Кстати, на частоте среза модули сопротивления L1 и C1 всегда равны.
Если выравнивание АЧХ требует подъёма на Fc, скажем, на 1 дБ, то есть примерно но 10%, необходимо снизить модули сопротивления L1(|Z L1 |) и C1(|Z C1 |) примерно на 10% по сравнению с R = 4 Ом, то есть до 4 Ом x 0,9 = 3,6 Ом.
L1 = 3,6 / (6,28 1,6 10³) = 3,58 10 -4 H = 0,358 mH = 358 μH.
C1 = 1 / [(6,28 1,6 10³)² 3,58 10 -4 ] = 2,77 10 -5 F = 27,7 μF.
Частота среза остаётся прежней, но на Fс на головку подаётся ≈110% сигнала за счёт повышенного потребления тока от усилителя и преобразования его «звенящим» фильтром с добротностью больше единицы в форсированный сигнал на головке.
Если надо «завалить» область около Fc на 1 дБ, то нужно пересчитать фильтр, как будто его нагрузка - сопротивление динамика примерно 1,1 x 4 Ом = 4,4 Ом.
Проще получить нужные значения, увеличив L1 и уменьшив С1. Тогда Fc не изменится, а |Z L | и |Z C | будут равны 4,4 Ом.
L1 = 398 mН x 1,1 = 438 mН.
С1 = 24,9 mF x 1,1 = 22,64 mF.
Для справки:
|Z L1 | = 2π F L1, |Z C1 | = 1 / (2π F C).
Учтите, что при необходимости увеличения отдачи в области около FC придётся смириться с падением импеданса АС в этой же области.
Падение импеданса необходимо контролировать. Попробуйте следующий простой способ.
1 этап
Подключите к выходу вашего усилителя цепь, показанную на рис. 4а.
Рис. 4
На этом рисунке значок «+» соответствует красной клемме, а «-» - чёрной. На результаты измерений перемена полярностей не влияет.
Подайте на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой 1 кГц от генератора. Регулятором громкости усилителя и регулятором выходного уровня генератора установите на выходных клеммах усилителя ≈1 В действующего напряжения. Для этого вам понадобится вольтметр, способный измерять действующее значение напряжения в области звуковых частот.
Переключите вольтметр для измерения напряжения на выходах резистора R2. Прибор покажет ≈38,5 мВ. Подрегулируйте уровень сигнала до показаний вольтметра ≈40 мВ.
2 этап
Подключите вашу АС вместо R2. Плавно изменяйте частоту сигнала на выходе генератора. Вы увидите, что показания вольтметра меняются. Эти изменения пропорциональны частотно-зависимому значению импеданса АС. Можно зарисовать измеряемую характеристику: по горизонтальной оси будет шкала частоты, по вертикальной - уровня напряжения. И то и другое выполняется в логарифмическом масштабе. (Пример пустого бланка будет опубликован в следующем номере «Практики AV».) Особенно внимательно ищите минимумы напряжения, плавно меняя частоту. Эти точки на характеристике соответствуют минимумам импеданса АС.
Например, 40 мВ соответствует 4 Ом, 30 мВ - 3 Ом. Если у вас нет чувствительного вольтметра, то поможет хороший тестер. В режиме измерения переменного напряжения тестер является вольтметром. Его показания верны до 2 - 5 кГц, выше может быть существенная погрешность. Сверьтесь с паспортом тестера. Кроме того, не все модели тестеров позволяют измерять с хорошей точностью сигналы величиной десятки милливольт. В этом случае можно установить на клеммах усилителя выходной сигнал не 1, а 10 В. В режиме наших измерений усилитель нагружен на сопротивление более 100 Ом. Такая высокоомная нагрузка позволяет развить 10 В действующего напряжения даже большинству маломощных усилителей, причём без перегрева.
К сожалению, при 10 В на выходе есть опасность сжечь резистор цепи, обеспечивающей устойчивость, который присутствует в схемах многих усилителей. Поэтому не стоит проводить измерения на частотах выше 3 кГц.
Понятно, что в режиме «10 вольт» на пробном резисторе R2 надо установить не 40 мВ, а 400 мВ. Соответственно, шкала напряжения будет проградуирована от 125 мВ до 6000 мВ (6 В). При этом показания вольтметра делим на 100 и получаем величину импеданса АС. Например, 400 мВ соответствует 4 Ом.
ПрактикаAV #3/2002
Проектируемое здание нужно оборудовать устройствами оповещения людей о пожаре по 2 типу.
Для оповещения людей о пожаре будут использоваться оповещатели типа «Маяк-12-3М» (ООО «Электротехника и Автоматика», Россия, г. Омск) и световые оповещатели «ТС-2 СВТ1048.11.110» (табло «Выход») подключенные к прибору С2000-4 (ЗАО НВП «Болид»).
Для сети оповещения при пожаре применяется огнестойкий кабель КПСЭнг(А)-FRLS-1х2х0,5.
Для эл. питания оборудования по напряжению U=12 В применяется источник резервированного эл. питания «РИП-12» исп.01 с аккумуляторной батареей емк. 7 А ч. Аккумуляторные батареи источника эл. питания обеспечивают работу оборудования в течение не менее 24 часов в дежурном режиме и 1 час в режиме «Пожар» при отключении основного источника эл.питания.
Основные требования к СОУЭ изложены в НПБ 104-03 «Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях»:
3. Принятые расчетные допущения
Исходя из геометрических размеров помещений, все помещения делятся только на три типа:
- «Коридор» -длина превышает ширину в 2 и более раз;
- «Зал» — площадь более 40 кв.м. (в данном расчете не применяется).
В помещении типа «Комната» размещаем один оповещатель.
4. Таблица значений ослабления звукового сигнала
В воздушной среде звуковые волны затухают вследствие вязкости воздуха и молекулярного затухания. Звуковое давление ослабевает пропорционально логарифму расстояния (R) от оповещателя: F (R) = 20 lg (1/R). На рис.1 показан график ослабления звукового давления в зависимости от расстояния до источника звука F (R) =20 lg (1/R).
Рис. 1 — График ослабления звукового давления в зависимости от расстояния до источника звука F (R) =20 lg (1/R)
Для упрощения расчетов ниже приведена таблица реальных значений уровней звукового давления от оповещателя «Маяк-12-3М» на различных расстояниях.
Таблица — Звуковое давление, создаваемое одиночным оповещателем, при его включении на 12В на различном расстоянии от оповещателя.
5. Выбор количества оповещателей в конкретном типе помещений
На поэтажных планах обозначены геометрические размеры и площадь каждого помещения.
В соответствии с принятым ранее допущением, делим их на два типа:
- «Комната» — площадь до 40 кв.м;
- «Коридор» — длина превышает ширину в 2 и более раз.
- противопожарные -30 дБ(А);
- стандартные -20 дБ(А)
- Н под. – высота подвеса оповещателя от пола;
- 1,5м — уровень 1,5 метра от пола, на этом уровне находится плоскость озвучивания;
- h1 — превышение над уровнем 1,5 м до точки подвеса;
- Ш — ширина помещения;
- Д — длина помещения;
- R — расстояние от оповещателя до «расчётной точки»;
- L — проекция R (расстояние от оповещателя до уровня 1,5 м на противоположной стене);
- S — площадь озвучивания.
- Д – длина комнаты, в соответствии с планом равна 6,055 м;
- Ш – ширина комнаты, в соответствии с планом равна 2,435 м;
- Если оповещатель будет размещаться выше 2,3 м, то вместо 0,8 м, нужно взять размер h1 превышающий высоту подвеса над уровнем 1,5 м.
- Pдб – звуковое давление громкоговорителя, согласно тех. информации на оповещатель «Маяк-12-3М» равнo 105 дБ;
- F (R) – зависимость звукового давления от расстояния, равна -15,8 дБ в соответствии с рис.1 когда R=6,22 м.
- Д – длина коридора, в соответствии с планом равна 26,78 м;
- Ш – ширина коридора, в соответствии с планом равна 2,435 м.
- Pдб – звуковое давление громкоговорителя, согласно тех. информации на оповещатель «Маяк-12-3М» равно 105 дБ;
- F (R) – зависимость звукового давления от расстояния, равна -14,8 дБ в соответствии с рис.1 когда R=5,5 м.
- N – допустимый уровень звука постоянного шума, для общежитий равна 75 дБ;
- ЗД – запас звукового давления, равный 15 дБ.
В помещении типа «Комната» допускается размещение одного оповещателя.
В помещении типа «Коридор» – будут размещаться несколько оповещателей, равномерно расположенные по помещению.
Как результат – определение количества оповещателей в конкретном помещении.
Выбор «расчётной точки» — точки на плоскости озвучивания в данном помещении, максимально удалённой от оповещателя, в которой необходимо обеспечить уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума.
Как результат – определение длины прямой, соединяющей точку крепления оповещателя с «расчётной точкой».
Расчетная точка — точка на плоскости озвучивания в данном помещении, максимально удалённой от оповещателя, в которой необходимо обеспечить уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума, согласно НПБ 104-03 п.3.15.
На основании СНИП 23-03-2003 пункта 6 «Нормы допустимого шума» и приведённой там же «Таблицы 1» выводим значения допустимого уровня шума для общежития рабочих специалистов равно 60 дБ.
При расчетах следует учитывать ослабление сигнала при прохождении через двери:
Условные обозначения
Примем следующие условные обозначения:
5.1 Расчет для помещения типа «Комната»
Определим «расчётную точку» — точку, максимально удалённую от оповещателя.
Для подвеса выбираются «меньшие» стены, противостоящие по длине помещения, в соответствии с НПБ 104-03 в п. 3.17.
Рис. 2 — Вертикальная проекция крепления настенного оповещателя по НПБ
Оповещатель располагаем по середине «Комнаты» — по центру короткой стороны, как изображено на рис.3
Рис. 3 — Расположение оповещателя по середине «Комнаты»
Для того, чтобы вычислить размер R, необходимо применить теорему Пифагора:
5.1.1 Определяем уровень звукового давления в расчетной точке:
Р = Рдб + F (R)=105+(-15,8)=89,2 (дБ)
5.1.2 Определяем величину звукового давления, в соответствии с НПБ 104-03 п.3.15:
5.1.3 Проверка правильности расчета:
Р =89,2 > Р р.т.=75 (условие выполняется)
СОУЭ
в защищаемом помещении.
5.2 Расчет для помещения типа «Коридор»
Оповещатели размещаются на одной стене коридора с интервалом в 4-ре ширины. Первый размещаются на расстоянии ширины от входа. Общее количество оповещателей исчисляется по формуле:
N = 1 + (Д – 2*Ш) / 3*Ш= 1+(26,78-2*2,435)/3*2,435=4 (шт.)
Количество округляется до целого значения в большую сторону. Размещение оповещателей представлено на рис. 4.
Рис.4 — Размещение оповещателей в помещении типа «Коридор» при ширине менее 3-х метров и расстояние «до расчётной точки»
5.2.1 Определяем расчётные точки:
«Расчётная точка», находится на противоположной стене на удалении в две ширины от оси оповещателя».
5.2.2 Определяем уровень звукового давления в расчетной точке:
Р = Рдб + F (R)=105+(-14,8)=90,2 (дБ)
5.2.3 Определяем величину звукового давления, в соответствии с НПБ 104-03 п.3.15:
Р р.т. = N + ЗД =60+15=75 (дБ)
5.2.4 Проверка правильности расчета:
Р=90,2 > Р р.т=75 (условие выполняется)
Таким образом, в результате расчетов, выбранный тип оповещателя «Маяк-12-3М» обеспечивает и превышает значение звукового давления, тем самым обеспечивая четкую слышимость звуковых сигналов СОУЭ в защищаемом помещении.
В соответствии с расчетом, выполним расстановку звуковых оповещателей см. рис.5.
Рис.5 — План размещения оповещателей на отм. 0.000
