Nagłaśnianie stref na przykładzie głośników pożarowych serii UNISPEAKER

Projektując Dźwiękowy System Ostrzegawczy (DSO) dla obiektu coraz trudniej jest sprostać rosnącym wymaganiom stawianym przez inwestorów. Poza oczywistym aspektem wymagań technicznych oraz dotyczących estetyki głośników, coraz częściej bierze się pod uwagę także racjonalizację kosztów. Wydaje się, że rozwiązaniem odpowiadającym wszystkim tym wymaganiom, przy zachowaniu zdolności przekazywania komunikatów o wysokiej jakości akustycznej, jest zastosowanie głośników UNISPEAKER.

Wiele obiektów, na które nałożony został obowiązek instalacji DSO, wynikający z rozporządzenia MSWiA w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów z dnia 21 kwietnia 2006 r., nie było projektowanych pod kątem tego typu systemów. Dotyczy to oczywiście głównie obiektów powstałych w latach wcześniejszych. Niektóre z nich były wyposażane w systemy rozgłoszeniowe (tzw. ­Public ­Address – PA), które miały służyć do przekazywania informacji muzyczno-reklamowych bądź krótkich komunikatów informacyjnych, ale technologicznie nie nadają się do zastosowań związanych z ewakuacją przy zapewnieniu niezawodnego działania w warunkach pożaru.

Obecnie przystępując do budowy każdego budynku, w którym obowiązkowo należy zainstalować DSO, już na etapie projektu architektonicznego powinno się uwzględnić rodzaj i jakość materiałów wykończeniowych, które mają kolosalny wpływ na jakość warunków akustycznych panujących w pomieszczeniach. Ma to z kolei wpływ na dobór odpowiednich typów i mocy głośników, co w efekcie przekłada się na wartość wskaźnika zrozumiałości mowy.

Jak wiadomo, podczas procedury odbioru technicznego budynku jednym z elementów jest weryfikacja protokołu z pomiarów zrozumiałości mowy w obiekcie (czasami pomiary przeprowadzane są w trakcie procesu odbioru) i to od wyników tych pomiarów zależy, czy system będzie uznany jako działający prawidłowo (zgodnie z PN-EN 60849:2001), czy nie. Efektem takiej weryfikacji może być np. konieczność dokonania modyfikacji systemu w zakresie doboru rodzaju, mocy i rozmieszczenia głośników pożarowych.

Należy pamiętać, że na jakość komunikatu głosowego emitowanego do danej strefy nagłośnieniowej ma wpływ nie tylko akustyka wnętrza, ale także cały proces na drodze „nadawca – odbiorca”. Jej początek ma miejsce w studiu nagrań, gdzie komunikat zostaje nagrany (zgodnie z wytycznymi projektu nagłośnienia obiektu), a koniec w nagłaśnianym pomieszczeniu, w którym dociera do odbiorcy.

Dobierając głośniki, należy wziąć pod uwagę parę ważnych zagadnień z zakresu akustyki, które powinny być uwzględniane we wstępnej fazie projektu nagłośnienia.

Już na etapie projektu architektonicznego projektant powinien wiedzieć, jakie przeznaczenie będzie miał budynek, i na tej podstawie kształtować przestrzeń w pomieszczeniach oraz dobierać materiały wykończeniowe, od których zależy, jakie warunki akustyczne będą w nich panować.

Podstawowymi parametrami decydującymi o jakości odbieranych później komunikatów głosowych, np. ostrzegawczych, alarmowych i ewakuacyjnych, są: pogłos, poziom szumu tła akustycznego i zniekształcenia.

Pogłos jest to zjawisko fizyczne wynikające z wielokrotnego odbicia się fal dźwiękowych, uprzednio wygenerowanych przez źródło dźwięku, od powierzchni ograniczających (ścian, sufitów, podłóg oraz elementów wyposażenia danego pomieszczenia). Po wyłączeniu źródła dźwięku nie następuje od razu całkowity zanik sygnału (cisza), moment ten zależy od liczby odbić i czasu, po jakim zaniknie wygenerowana energia fali dźwiękowej. Liczba odbić i czas ich zanikania ściśle zależy od rodzaju zastosowanych materiałów wykończeniowych (wełna, cegła, glazura, szkło itp.) oraz kubatury pomieszczenia. Czas pogłosu jest tym dłuższy, im większa jest kubatura pomieszczenia oraz im twardsze i gładsze materiały wykończeniowe zostały w nim zastosowane.

Czas pogłosu jest to czas, po którym natężenie dźwięku w pomieszczeniu zamkniętym zmaleje po wyłączeniu źródła dźwięku o 60 dB.

Do obliczenia czasu pogłosu RT₆₀ możemy posłużyć się następującymi wzorami: Sabine’a – w przypadku dużych pomieszczeń o w miarę równomiernej chłonności akustycznej (α_śr < 0,2):

gdzie:

V– objętość pomieszczenia

A – chłonność akustyczna, wyznaczana wzorem:

gdzie:

S_i – powierzchnia i-tej płaszczyzny ograniczającej wnętrze

α_i – współczynnik pochłaniania i-tej płaszczyzny

W przypadku pomieszczeń o większej chłonności akustycznej (α_śr > 0,2) powinniśmy posługiwać się wzorem Eyring’a:

gdzie:

V – objętość pomieszczenia

S – powierzchnia płaszczyzny ograniczającej wnętrze

_
α – średni współczynnik pochłaniania obliczany według wzoru:

gdzie:

S – powierzchnia płaszczyzny ograniczającej wnętrze

α – współczynnik pochłaniania dla danej powierzchni

Wraz z rozwojem nauki powstało jeszcze kilka modyfikacji wzoru Sabine’a, uwzględniających dodatkowo np. warunki atmosferyczne panujące w pomieszczeniu.

Poziom szumu tła akustycznego jest odstępem sygnału od szumu S/N – to nic innego, jak szum generowany przez otoczenie o pewnym poziomie ciśnienia akustycznego, który w przypadku dużych wartości SPL może spowodować zamaskowanie sygnału/komunikatu głosowego dystrybuowanego przez zainstalowany w pomieszczeniu głośnik. Dlatego też wymagania normy PN-EN 60849:2001 mówią o minimalnym odstępie sygnału od szumu, który musi wynosić 6dBA, gdzie A odpowiada krzywej ważonej, skorygowanej do charakterystyki ucha ludzkiego.

W tab. 2 przedstawiono przykładowe wartości poziomu tła akustycznego w zależności od typów obiektów.

Zniekształcenia są spowodowane przez różnego typu czynniki (przesterowany sygnał, uszkodzony głośnik, uszkodzony wzmacniacz, źle zmontowane połączenie, źle nagrany komunikat itp.), które powodują, że emitowany sygnał jest zniekształcony, mało klarowny, co w efekcie pogarsza wskaźnik zrozumiałości mowy.

Kolejnymi czynnikami wpływającymi na zrozumiałość mowy są parametry akustyczne pomieszczenia wynikające z zastosowanych materiałów wykończeniowych.

Wartości współczynników pochłaniania są ściśle zależne od gęstości, a także porowatości materiału. Im twardsze są materiały (beton, stal), tym mniejszy jest współczynnik pochłaniania energii akustycznej. Z kolei im bardziej miękki jest materiał (wełna, gąbka), tym większy jest współczynnik pochłaniania.

Biorąc to wszystko pod uwagę, można przystąpić do doboru głośników. Warto jednak wspomnieć jeszcze o kilku zasadach obowiązujących w akustyce.

Szczególnie przy doborze głośnika musimy mieć podstawowe informacje dotyczące:

• poziomu tła akustycznego panującego lub przewidywanego w danym pomieszczeniu,
• wartości poziomu SPL (1W / 1m) dla danego głośnika,
• kąta rozproszenia/zasięgu głośnika dla poszczególnych częstotliwości oktawowych,
• odległości płaszczyzny odsłuchu od źródła dźwięku,
• wielkości powierzchni nagłaśnianego pomieszczenia.

Mając te dane, należy pamiętać, że:

1. Z każdym podwojeniem odległości odbiorcy od źródła dźwięku (głośnika) poziom SPL spada o 6 dB, co przedstawia rys.1.
2. Z każdym podwojeniem mocy (np. na odczepie transformatora) wartość SPL wzrasta już tylko o 3 dB, co powoduje, że w przypadku konieczności zapewnienia poziomu dźwięku rzędu np. 88 dB w odległości od tego źródła np. 4 m, znając wartość SPL głośnika (1 W / 1 m), np. 94 dB, to wartość SPL w określonej odległości (4 m) będzie wynosiła 82 dB. Aby zapewnić żądany poziom należy więc zwiększyć moc czterokrotnie (4 W zamiast 1 W).
3. Wraz ze wzrostem częstotliwości kąt rozpraszania głośnika zmniejsza się, choć nie jest to regułą, czego dobrym przykładem są głośniki UNISPEAKER.

Zaleca się dobieranie i rozmieszczanie głośników z uwzględnieniem kąta zasięgu 2–4 kHz, co znacznie zwiększy prawdopodobieństwo, że odległości między głośnikami nie będą zbyt duże i nie spowodują zbyt dużych spadków poziomu SPL w przestrzeni pomiędzy tymi głośnikami. Wynika to też z pasma mowy (ok. 100 Hz–3,5 kHz), które dla celów ewakuacji ma największe znaczenie (inaczej niż w przypadku systemów PA, w których, ze względu na emitowanie muzyki, ważny jest przede wszystkim sygnał w szerokim paśmie akustycznym, w systemach DSO jest to tylko drugorzędna funkcja).

Rys. 2. Zakresy częstotliwości w paśmie akustycznym

 

W przypadku pomieszczeń, w których znajduje się sufit podwieszany, można zastosować głośniki sufitowe serii USP-540 lub USP-640 (głośniki do zastosowań wewnątrz budynków, rodzaj środowiska pracy A).

Rys. 4. Charakterystyki kierunkowe (kąty rozpraszania) dla głośnika USP-640

 

Głośniki sufitowe serii USP-540 oraz USP-640 są urządzeniami wysokiej jakości. Potwierdzają to certyfikat zgodności CNBOP nr 2690/2009 i świadectwo dopuszczenia CNBOP nr 0556/2009. Cechą szczególną tych głośników są bardzo dobre parametry akustyczne, dzięki czemu można stosować je wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z sufitem podwieszanym. Warto również zwrócić uwagę na rozwiązania konstrukcyjne, które stwarzają poczucie bezpieczeństwa dzięki pewnemu przytwierdzeniu obudowy głośnika do sufitu podwieszanego, a także eliminują powstawanie różnego typu przydźwięków powstałych w wyniku drgań oraz zbyt słabego przymocowania głośnika do tej obudowy, co w efekcie może mieć wpływ na obniżenie zrozumiałości mowy.

Głośnik USP-640 jest przeznaczony do zastosowania w miejscach, w których sufit podwieszany jest zlokalizowany wysoko, co często wymusza zastosowanie głośnika o większej mocy akustycznej.

Mając powyższe informacje i znając wszystkie wytyczne, można obliczyć, jaka liczba głośników będzie potrzebna do nagłośnienia danej powierzchni/pomieszczenia, korzystając ze wzoru:

gdzie:

O – odległość między głośnikami

H – odległość płaszczyzny odsłuchu od czoła głośnika

α – kąt rozpraszania dla danej częstotliwości oktawowej

LG – liczba głośników

P – nagłaśniana powierzchnia

Kolejnymi głośnikami z rodziny UNISPEAKER są głośniki ścienno-sufitowe typu USP-601, które ze względu na swoje walory techniczne mogą być stosowane wszędzie tam, gdzie wymagana jest odporność na zwiększoną wilgotność otoczenia. Głośniki USP-601 mogą pracować w dwóch środowiskach klimatycznych, A i C, co pozwala na szerszy zakres zastosowań. Zastosowane rozwiązanie konstrukcyjne umożliwia zainstalowanie tych głośników zarówno na ścianie, jak i bezpośrednio na stropie właściwym, co potwierdzają certyfikat zgodności CNBOP nr 2691/2009 i świadectwo dopuszczenia CNBOP nr 0557/2009.

Ostatnimi z prezentowanych głośników serii UNISPEAKER są stalowe projektory dźwięku USP-53. Ich podstawową zaletą i zarazem cechą szczególną, na którą warto zwrócić uwagę, jest materiał obudowy – stal, która zdecydowanie podwyższa ich odporność na działanie czynników zewnętrznych, np. na wysoką temperaturę, uderzenia. Drugą cechą ­wyróżniającą projektory USP-53 jest możliwość instalacji głośnika na zewnątrz budynku (rodzaj środowiska pracy B), która została potwierdzona certyfikatem zgodności CNBOP nr 2689/2009 oraz świadectwem dopuszczenia CNBOP nr 0555/2009.

Konstrukcja głośników USP-53 umożliwiająca montaż zarówno na ścianie, jak i bezpośrednio na stropie ułatwia zainstalowanie ich np. na parkingach (zarówno zamkniętych, jak i otwartych), w salach gimnastycznych itd.

Mając niezbędną wiedzę o projektowaniu systemów DSO i doborze głośników, a także certyfikowane głośniki ­UNISPEAKER, można śmiało stawiać czoła wymaganiom stawianym przez inwestorów. Dodatkową korzyścią, wynikającą z ceny tych urządzeń, będzie (szczególnie w przypadku dużych obiektów) znaczne obniżenie kosztów inwestycji.

Rafał Kowal
AAT Holding

Zabezpieczenia 6/2009