Гучномовці для систем оповіщення: параметри, класифікація, вибір і розміщення гучномовців

9

Гучномовець – це электроакустическое або механічний пристрій, що служить для гучного відтворення звукового сигналу. Гучномовці перетворюють електричний сигнал в звукові хвилі, що поширюються в повітряному середовищі, з допомогою механічної рухомої системи (діафрагми або дифузора).

В системі оповіщення про пожежу гучномовець є кінцевим, і його параметри мають вирішальний вплив на якість передачі аудіоінформації, а в кінцевому підсумку і на життя людей.

Види гучномовців для систем оповіщення

За способом перетворення сигналу гучномовці ділять на електродинамічні, рупорні, електретні, п’єзоелектричні та інші. В системах оповіщення найчастіше використовуються електродинамічні диффузорные гучномовці (настінні, стельові, звукове колони) і рупорні гучномовці.

Електродинамічні гучномовці диффузорные

Основним робочим вузлом електродинамічного гучномовця є дифузор, який виконує перетворення механічних коливань в акустичні. Дифузор гучномовця приводиться в рух силою, що діє на жорстко скріплена з ним котушку, розташовану в радіальному магнітному полі. У котушці тече змінний струм, відповідний аудиосигналу, який повинен відтворити гучномовець. Магнітне поле в гучномовці створюється кільцевим постійним магнітом і магнітної ланцюгом з двох фланців і керна. Котушка під дією сили Ампера вільно рухається в межах кільцевого зазору між керном і верхнім фланцем, а її коливання передаються дифузора, який в свою чергу створює акустичні коливання, що поширюються в повітряному середовищі.

Рупорні гучномовці

Порівняно з електродинамічними гучномовцями, рупорні гучномовці володіють такими перевагами, як висока спрямованість випромінювання звукових хвиль і високим ККД (до 20%). Рупор служить для узгодження опорів механічної системи і навколишнього середовища і концентрації звукової енергії гучномовця в певному напрямку. Зазвичай застосовують рупори, площа поперечного перерізу яких змінюється за експоненціальним законом.
Гучномовці для систем оповіщення: параметри, класифікація, вибір і розміщення гучномовців

Основні характеристики гучномовців

Використовувані в системах оповіщення гучномовці характеризуються цілим рядом параметрів. Технічні характеристики гучномовців регламентуються ГОСТ 16122-78 і ГОСТ 9010-78. Слід зауважити, що список параметрів, які зазначаються в специфікаціях на гучномовці зарубіжних виробників, дещо відрізняється від характеристик, що відповідають ГОСТам. Це пов’язано насамперед з різницею у визначенні цих параметрів для зарубіжних і вітчизняних гучномовців і акустичних систем.

Особливо багато розбіжностей зазвичай виникає при визначенні різних видів потужності гучномовця, наприклад, у специфікаціях на вітчизняні гучномовці зазвичай зазначаються номінальна і паспортна потужності, тоді як зарубіжні виробники вказують музичну, короткочасну, максимальну, синусоїдальну потужність гучномовця.

Для того щоб ліквідувати різночитання у визначенні різних видів потужності гучномовця, Міжнародний Електротехнічний Комітет (МЕК) опублікував рекомендації 268-5 «Елементи електроакустичних систем. Гучномовці» і 581-7 «Мінімальні вимоги до апаратури Hi-Fi. Гучномовці». У цих рекомендаціях всім країнам-учасницям пропонується вказувати в документації на гучномовець наступні види потужності: характеристичну, шумове, максимальну, синусоїдальну, довготривалу і короткочасну. Нижче наведені визначення для цих видів потужності гучномовців:

  • Характеристична потужність гучномовця – це потужність, при якій гучномовець створює характеристичний рівень звукового тиску 94 дБ на відстані 1 м в діапазоні частот 100…8000 Гц. Чим вище чутливість гучномовця, тим нижче його характеристична потужність.
  • Шумова потужність визначається за результатами випробувань гучномовця на спеціальному шумовому сигналі протягом 100 ч. Значення шумової потужності гучномовця збігається зі значенням паспортної потужності, яка визначається за ГОСТ 16122-78, оскільки при визначенні цих видів потужності використовується один і той же сигнал.
  • Максимальна синусоїдальна потужність гучномовця – це потужність безперервного синусоїдального сигналу в заданому діапазоні частот, яку гучномовець може витримати без механічних та термічних пошкоджень протягом проміжку часу (не менше 1 години), вказаного в специфікації.
  • Номінальна потужність гучномовця – це електрична потужність, при якій нелінійні спотворення гучномовця не перевищують необхідних значень.
  • Паспортна потужність гучномовця визначається як найбільша електрична потужність, при якій гучномовець може тривалий час задовільно працювати на реальному звуковому сигналі без теплових і механічних пошкоджень.

Інші технічні характеристики гучномовців:

  • Номінальна електричний опір гучномовця – задане в нормативно-технічної документації активний опір гучномовця при визначенні підводиться до нього електричної потужності.
  • Частотна характеристика гучномовця по звуковому тиску – це графічна або чисельна залежність від частоти сигналу рівня звукового тиску, развиваемого гучномовцем в певній точці вільного поля, що знаходиться на певній відстані від робочого центру, при постійному значенні напруги на висновках гучномовця.
  • Характеристична чутливість гучномовця – це середнє звуковий тиск, що розвивається гучномовцем в заданому діапазоні частот на робочої осі, наведене до відстані 1 м від робочого центру гучномовця та електричної потужності 1 Вт.
  • Нерівномірність частотної характеристики звукового тиску — це різниця максимального і мінімального значень рівнів звукового тиску гучномовця (в дБ) в заданому діапазоні частот.
  • Наведений коефіцієнт корисної дії гучномовця – це відношення акустичної потужності, випромінюваної гучномовцем на даній частоті, до підведеної електричної потужності.
  • Власна резонансна частота головки гучномовця – частота, при якій абсолютне значення повного електричного опору досягає свого першого максимуму.
  • Максимальний рівень звукового тиску гучномовця служить для оцінки здатності гучномовця відтворювати без спотворень динамічний діапазон музичного або мовного сигналу.

Розрахунок кількості гучномовців для системи оповіщення

Кількість і потужність гучномовців розраховується виходячи з геометричних параметрів приміщення. При цьому, як правило, враховується тільки площа тієї частини приміщення, де знаходяться слухачі.

У закритих приміщеннях рекомендується встановлювати стельові гучномовці, оскільки вони дозволяють досягти найбільш рівномірного розподілу звуку. При озвучуванні галерей, коридорів і відкритих площ використовуються рупорні гучномовці завдяки високому ступеню спрямованості звуку і високому ККД.

При озвучуванні приміщень необхідно враховувати, що звукова хвиля від стельового гучномовця на висоті вух слухачів покриває собою площу, радіус якої приймається рівним різниці висоти кріплення гучномовця і відстані від підлоги до вух слухачів. Для рівномірного озвучування приміщення слід встановлювати гучномовці так, щоб ці площі злегка перекривали один одного.

При висоті стель до 5 м розрахунок необхідної кількості стельових гучномовців проводиться за спрощеними формулами. Відстань між гучномовцями не має перевищувати розрахункового значення; в іншому випадку звуковий тиск буде розподілятися нерівномірно, і в деяких областях приміщення може значно погіршитися якість звуку від гучномовців. При підвищенні потужності звуку в цьому випадку не тільки підвищується корисна гучність, але також зростає рівень реверберационного фону (відлуння). Щоб компенсувати цей ефект, підлога та стіни приміщення покривають килимами або іншими звукопоглинаючими матеріалами.

Ще одна проблема пов’язана з розміщенням гучномовців в приміщеннях з високими стелями. Близько розташовані гучномовці є джерелом потужної перешкоди один для одного. Якщо розташувати гучномовці на більшій відстані і збільшити потужність звуку, то зросте ревербераційний фон. В таких випадках часто опускають гучномовці на шнурах або встановлюють настінні гучномовці, врізні гучномовці або звукові колони.

Фахівці рекомендують встановлювати настінні гучномовці на висоті 1,5 м для сидячих і 2 – 2,2 м для стоячих слухачів. Якщо ширина приміщення менше 5 м, то гучномовці розташовуються по довжині приміщення з кроком 4-6 м (не рекомендується встановлювати гучномовці у кутах приміщення). Якщо ж ширина приміщення більше 5 м, то гучномовці розташовуються на протилежних стінах в шаховому порядку, з кроком 8-12 м.

У коридорах, галереях та інших протяжних приміщеннях рекомендують встановлювати рупорні гучномовці. Такі гучномовці розташовують у середині коридору і направляють в протилежні сторони. Дальність звучання рупорного гучномовця становить кілька десятків метрів.

Вибір гучномовця по динамічному діапазону

Вимоги до динамічного діапазону гучномовців формуються виходячи з реальних умов прослуховування. При проектуванні системи оповіщення слід враховувати загальний рівень шуму, характерного для приміщення, в якому планується розмістити гучномовці. Нижче наведені значення рівня шуму для деяких приміщень:

  • Завод – 100 дБ
  • Супермаркет – 65 дБ
  • Лікарня – 30 дБ

Фахівці рекомендують вибирати гучномовці таким чином, щоб забезпечуваний ними рівень звукового тиску на 3 – 10 дБ перевищував рівень загального шуму в приміщенні. Тоді повідомлення, які передають гучномовці, будуть чутні на рівні шуму. Слід також враховувати, що в екстреній ситуації рівень шуму в приміщенні може значно зрости.