Звукові покажчики пожежних виходів

10

В системах оповіщення та управління евакуацією людей при пожежах в будівлях і спорудах по НПБ 104-03 використовуються звукові, мовні та світлові способи оповіщення. Інформація про шляхах евакуації та розташування пожежних виходів передається за допомогою візуальних засобів: світлових миготливих покажчиків, світлових оповіщувачів «Вихід», статичних і динамічних вказівників напрямку. Однак використання візуальної інформації при пожежі ускладнене навіть на стадії відносно невеликого задимлення.

Численні зарубіжні дослідження показують, що один з найбільш характерна поведінка людини у випадку виникнення пожежі — це покинути будівлю тим же маршрутом, за яким він у нього увійшов. Але такий спосіб рідко буває найбільш швидким і безпечним, і часто стає взагалі неможливим, наприклад, при відключенні ліфтів. В таких умовах багато людей не здатні швидко знайти найближчий вихід і в деяких випадках проходять повз добре видимих запасних пожежних виходів. Зір є одним з головних способів сприйняття навколишнього середовища (за деякими оцінками до 83% того, що ми запам’ятовуємо, є візуальною інформацією), не дивно, що практично всі евакуаційні знаки пожежної безпеки: аварійне освітлення, покажчики аварійних виходів та флуоресціюючі статичні покажчики, припускають тільки зорове сприйняття. Наскільки ефективні такі покажчики, якщо частина будівлі, повністю або частково заповнені димом, або якщо у людини є проблеми з зором?

Нещодавно був розроблений новий тип оповіщувачів – звуковий покажчик пожежного виходу, який у багатьох випадках значно підвищує ефективність системи евакуації. Звичайні звукові оповіщувачі з постійною або лінійно змінюється звуковий частотою не можуть використовуватися для цієї мети. В приміщенні звукові сигнали відбиваються від стін, стелі, підлоги, оточуючих предметів, що зазвичай не дозволяє навіть приблизно визначити розташування звукового оповещателя. На відміну від нормальних помилок в даному випадку виникають аномальні помилки визначення напрямку на звукове джерело, характеризуються значною величиною, що не дозволяє швидко знайти пожежний вихід. Для виключення цього ефекту було знайдено спеціальний вид звукового сигналу: широкосмуговий шумовий звук, який можна назвати напрямних звуком. Розташування такого звукового джерела легко і швидко визначається органами слуху людини практично в будь-яких умовах. Встановлені в певних місцях, що спрямовують звукові оповіщувачі є покажчиками евакуаційних виходів. Крім того, додаткові звукові сигнали передають інформацію про подальший напрямок шляхи евакуації: в горизонтальному напрямку, вгору або вниз по сходах. Вид звукових сигналів дозволяє людині інтуїтивно визначити їх значення навіть у стресовій обстановці.

Всі використовувані раніше звукові сигнали при евакуації являють собою сигнали тривоги, які попереджають людей про небезпеку, що насувається. Вони не дають інформації ні про направлення до найближчого пожежного виходу, ні про місце його розташування. Така мета і не ставиться при їх використанні, необхідно лише озвучити на необхідному рівні усі приміщення, де можуть знаходитися люди.

Людина чує широкий діапазон частот, приблизно від 20 Гц до 20 000 Гц, який умовно можна розділити на три частини: діапазон низьких, середніх і високих частот. Мова займає діапазон приблизно від 500 Гц до 3,5 КГц. Найбільш звукові частоти в області 2-3 КГц відносяться до середніх частот. Зазвичай в цьому діапазоні частот працюють звукові оповіщувачі. Можливості локалізації джерела звукового сигналу у великій мірі залежать від діапазону частот і від умов навколишнього середовища. Визначення розташування джерела звукових сигналів в горизонтальній площині можливо з різниці в рівні сигналу, по тимчасовій затримці сигналу і по зсуву фаз. При розташуванні джерела прямо перед слухачем звукові сигнали сприймаються обома вухами з одного гучністю, одночасно і відповідно різниця фаз дорівнює нулю. Якщо джерело розташоване праворуч від слухача, то гучність звуку правого вуха буде більше, ніж лівого, звук досягне правого вуха раніше і, відповідно, виникає затримка в часі (рис. 1).


Рис. 1. Вид звукових сигналів при розташуванні джерела праворуч

Звичайно це спрощена модель, яка не може пояснити слухові можливості людини. Різниця часу приходу сигналу може визначатися за порівняно коротким сигналами або за сигналами зі складним спектром. За безперервним одночастотному сигналу можливо визначити різницю фаз, яка залежить від частоти сигналу. Однозначне вимірювання різниці фаз у двох точках забезпечується лише в межах 00 — 1800, до того ж, при частотах вище 1 КГц навіть в цьому секторі одному значенню різниці фаз буде відповідати кілька напрямків приходу сигналу. Якщо розглядати кожне вухо у вигляді точки, то неможливо пояснити, яким способом людина визначає розташування джерела звуку спереду, ззаду або згори (рис. 2). Всі параметри сигналів по обох вухах у цих випадках абсолютно однакові: затримка сигналів і різниця фаз дорівнює нулю і рівні сигналів однакові. Можна припустити, що наші слухові органи являє собою розподілену в просторі систему.

Звукові покажчики пожежних виходів
Рис. 2. При розташуванні джерела спереду, ззаду або згори сигнали з правого та лівого вуха однакові

В приміщенні звукові сигнали відбиваються від навколишніх предметів, що визначає різке зниження можливостей людини у визначенні розташування джерела звуку. Ситуація ще більше погіршується при наявності у приміщенні декількох джерел, наприклад, при відтворенні одного звукового сигналу через два рознесених гучномовця слухачеві буде здаватися, що джерело розташоване точно посередині між ними. Цей ефект використовується в стереофонічних системах і в домашніх кінотеатрах. Все це обумовлює неможливість використання стандартних звукових оповіщувачів в якості покажчиків пожежних виходів.

Направляючий звук.

Шляхом аналізу характеристик різних типів звукових сигналів був знайдений сигнал, направлення на який з високою точністю визначається навіть в умовах замкнутих просторів складної конфігурації з високим рівнем відбиттів. Це шумовий сигнал з широкосмуговим спектром, з відношенням максимальної частоти до мінімальної близько 10. На рис. 3 для порівняння наведені спектри стандартного звукового оповещателя на 3 кГц та широкосмугового шумового сигналу. Спектр оповещателя має лінійчатий характер, максимуми розташовуються на 3 кГц і на гармоніках. Спектр шумового сигналу навпаки – безперервний і практично рівномірний у всьому діапазоні звукових частот.

Звукові покажчики пожежних виходів
Рис. 3. Спектр сигналу звукового оповещателя на 3 кГц (червона лінія) і шумового сигналу (синя лінія)

Було проведено велику кількість тестів в різних умовах і завжди відзначалася висока ефективність направляючого шумового звуку. Перший тест проводився у відносно великій телевізійної студії студентського містечка Університету Лідса в Англії. Випробовуваних помістили в студію, заповнену штучним димом, і знімали на інфрачервону камеру. Покладаючись в основному на свою пам’ять про навколишнє обстановці і рухаючись на дотик, випробовувані витратили 3 хвилини 50 секунд, щоб знайти аварійний вихід. А коли були включені звукові джерела широкосмугового шуму, розташовані безпосередньо над виходом, на евакуацію знадобилося лише 15 секунд.

Один з експериментів проводився в будівлі занедбаної школи. Після заповнення будівлі штучним димом, кожен випробуваний був доставлений у вихідну точку руху на другому поверсі зовнішньої пожежній драбині. Випробовувані не мали інформації про розташування приміщень в будівлі і про звукових пристроях на шляхах евакуації. Шлях евакуації був відзначений джерелами направляючого звуку, розташованими в найбільш важливих точках, головним чином над пожежними виходами. Імпульси шумових сигналів чергувалися стандартними звуковими сигналами пожежної тривоги (рис. 4).

Звукові покажчики пожежних виходів
Рис. 4. Вид стандартного сигналу пожежної тривоги
(a) — звуковий сигнал «включений» протягом 0,5 секунди;
(b) — звуковий сигнал «вимкнений» протягом 0,5 секунди;
(c) — звуковий сигнал «вимкнений» протягом 1,5 секунди; [(c) = (a) + 2(b)];

Там, де за пожежним виходом шлях евакуації тривав вгору по сходах, широкосмуговий шумовий сигнал чергувався з сиреною, наростаючою по частоті, що було зазначенням піднятися по сходах (рис. 5). Там, де подальший шлях вів вниз по сходах в проміжках звучав сигнал сирени, снижающийся по частоті – вказівка про необхідність спуститися по сходах. Крім того, на різних етапах шляху евакуації шумові імпульси включалися з різною частотою. На першому етапі шумові імпульси подавалися з частотою 1,5 Гц, тобто приблизно через 0,66 с. На наступних етапах частота шумових імпульсів послідовно підвищувалася і в точці виходу з будівлі становила вже приблизно 5 Гц, т. е. період їх проходження скорочувався до 0,2 с. Зміна частоти проходження шумових імпульсів ясно вказувало на просування людини до виходу з будівлі.

Звукові покажчики пожежних виходів Звукові покажчики пожежних виходів
Рис. 5. Прихована за панеллю сходи навіть в
нормальних умовах виявляється з працею

Ефективність використання шумових сигналів в якості звукових покажчиків точок виходу була очевидна. Ні хто з випробовуваних ні на одному шляху евакуації не помилився у виборі маршруту виходу. Всі випробовувані після тесту підтвердили, що підвищуються і знижуються тональності сирен вони сприймали як інформацію про наявність сходів і як вказівка надалі напрямку руху. Вони інтуїтивно зрозуміли асоціативне значення кожного звуку. Час евакуації наближалося до періоду часу, який можна було б очікувати при евакуації в умовах ідеальної видимості і хорошого знання плану будівлі. Ці випробування показали, що технологія направляючого звуку є також важливим засобом інформації людей, що мають проблеми із зором. Забезпечуючи інформацію за напрямом руху, сигнали зняли необхідність попереднього вивчення будівлі, знизили ступінь невпевненості і повністю усунули помилки при виборі шляху. Загалом, час евакуації було істотно скорочено, в деяких випадках більш ніж на дві третини.

В експериментах, коли перевірялися можливості орієнтації у лабіринті, учасники проходили через серію кімнат у пошуках безпечного виходу. У лабіринті були встановлені пристрої направляючого звуку і візуальні покажчики, що показують напрямок до виходу з лабіринту. Мета дослідження полягала у визначенні часу знаходження учасниками тесту безпечного виходу в різних умовах. Звукові покажчики «точок виходу» були відрегульовані на рівень сигналу 93 дБ(А) та перебували на висоті 3,2 фути (0,97 м). Учасники експерименту, яких попросили просто знайти вихід з кімнат, заповнених димом, витратили на пошуки до 124 секунд (в середньому – 97,8 секунди). При використанні технології направляючого звуку і візуальних покажчиків, було витрачено мінімум 13,3 секунди (в середньому 51,3 секунди). Причому при пошуку виходу з кімнати без диму, на пошуки виходу було витрачено до 14 секунд, а при включенні звукових покажчиків виходу та візуальних засобів, досліджувані вийшли до безпечного виходу через 7 секунд.

Один з цікавих висновків, які випливають з проведених експериментів, полягає в тому, що використання звукових направляючих сигналів і світлових покажчиків одночасно приводить в результаті до більш швидкої евакуації, ніж при використанні тільки світлових покажчиків.

Сумісність з традиційними оповіщувачами.

Існує досить багато прикладів використання направляючого звуку, але один із найбільш важливих видів застосування – це вказівка шляхів евакуації в аварійних ситуаціях. Направляючий звук можна застосовувати в будинках та на інших об’єктах, де в даний час встановлено аварійне оповіщення. Сигнали можна використовувати для визначення «точок виходу» та зазначення напрямку евакуації в складних умовах, таких як великі будівлі зі складною конфігурацією і т. д. Технологія направляючого звуку не замінює традиційних звукових і світлових оповіщувачів, але досить добре поєднується з ними. Стандартні звукові сигнали пожежних оповіщувачів мають імпульсний вигляд (рис. 4) і практично не заважають локалізації пристроїв направляючого звуку. При розподілі традиційних звукових сповіщувачів необхідно враховувати зони озвучування пристроями Exit Point і встановлений на них рівень звукових сигналів. При поєднанні з голосовим сповіщенням можливо поділ оповіщення по часу із зазначенням в тексті технології використання напрямних звукових сигналів. При використанні адресно-аналогових СПС можливе включення пристроїв Exit Point оптимальних шляхах евакуації.

Висновок

Технологія направляючого звуку незамінна в системах евакуації при незначному задимлення шляхів евакуації і на об’єктах, де можуть бути люди з ослабленим зором. При нормальній видимості і в поєднанні з візуальними засобами оповіщення акустичні покажчики «точок виходу» забезпечують значне скорочення часу евакуації. Використання комбінації візуальних і звукових покажчиків пожежних виходів, дозволяє досягти необхідного в більшості випадків рівня безпеки.