Часть 9. Подбор моделей, линия оповещения и сводный порядок расчёта

2.19. Подбор модели: от каталога к расчёту

Подбор оповещателей в каталогах и в проектной практике ведётся по мощности и по «рекомендуемой площади озвучивания» — величине, не имеющей нормативного определения. Норма же требует другого: выполнения условий п. 6.8.2 и 6.11.1 в конкретном помещении с конкретным шумом при конкретной геометрии. Покажем, как заменить каталожный подбор формальным.

Минимальный состав данных для расчёта

Расчёт по приложению В возможен, только если техническая документация содержит определённый набор величин. Сведём их в таблицу — мы пользуемся ею как чек-листом входного контроля документации, и советуем читателю делать то же самое до начала расчёта, а не в его середине.

Три строки таблицы заслуживают комментария.

Диаграммы по плоскостям. Норма прямо предупреждает, что диаграммы в горизонтальной и вертикальной плоскостях могут существенно различаться (п. В.4.3), а у речевых оповещателей ещё и меняются с частотой (п. В.4.4). Одно число «угол раскрыва» без указания плоскости и частоты — неполные данные; для предварительных решений они пригодны, для ответственных объектов следует запрашивать диаграммы.

Соотношение LAFmax / LAeq,T. Как показано в разделе 2.8, от него зависит, какое из двух нормативных условий определяет решение, и цена вопроса достигает пяти децибел. Это свойство записанного сообщения и тракта прибора управления, а не громкоговорителя, поэтому запрашивать его следует из документации прибора и фонограмм; при отсутствии данных — принимать консервативное допущение с фиксацией в проекте.

Падение напряжения. При отсутствии данных норма предписывает ограничиться десятью процентами (п. В.3.4), что, как мы посчитаем в разделе 2.20, стоит менее одного децибела и проблемой не является.

Расчётные примеры этой книги выполнены на трансляционном оборудовании VPA: потолочные и настенные громкоговорители, звуковые колонны, акустические системы, рупорные излучатели, усилительная часть серий MK, MC и матричные MRX. Сводные характеристики применённых моделей вынесены в приложение 7. Всё перечисленное — трансляционное оборудование; вопросы его сертификации в качестве технических средств СОУЭ эта книга не рассматривает, а методика, повторим, от выбора оборудования не зависит и применима к любым моделям с известными паспортными данными.

Верхний предел как ограничение сверху на мощность

Предел 110 дБА на расчётной плоскости (п. 6.8.4) превращается через формулы В.1–В.2 в ограничение на мощность подключения:

P ≤ 10^((110 − S + 20·lg h) / 10) (2.9)

где h — расстояние от оповещателя до расчётной плоскости. Посчитаем для характерных моделей (допустимая мощность, Вт):

Таблица делит линейку на два класса с противоположным поведением.

Для громкоговорителей общего применения — потолочных, настенных, колонн — допустимая мощность превышает номинальную на порядок и более: предел не лимитирует никогда.

Для рупорных излучателей картина обратная. VPA-R30 с номиналом 30 Вт при расстоянии до головы 2,5 метра допускает лишь 15,7 Вт — половину номинала; VPA-R100 при том же расстоянии — 3,9 Вт из ста. На полной мощности VPA-R30 допустим только при расстоянии свыше трёх с половиной метров до ближайшей точки пребывания людей (порог из формулы (2.9) — 3,46 м).

Отсюда парадокс высокой чувствительности: параметр, который в каталоге выглядит достоинством, при работе в зоне пребывания людей становится ограничением. Высокочувствительный излучатель предназначен для большой дальности; на малой дистанции его нечем «приглушить» — ряд трансформаторных отводов конечен, внешние регуляторы громкости на оповещателе запрещены (ГОСТ 34699-2020 п. 5.5.2), а допускаемые нормой регулировки со скрытым доступом (п. 6.18.4) — монтажные, не оперативные. Выбор рупора «с запасом» — ошибка, зеркальная привычному «запасу по мощности».

Область применимости модели

Соединим оба ограничения. Модель применима в данной геометрии при данном шуме, если существует режим мощности, при котором минимум поля в ячейке сетки не ниже требуемого уровня, а точка под оповещателем не выше предела. Для каждой модели вычислим наибольший уровень шума, при котором это выполняется, — при шаге 6 метров, нормативном для однонаправленных оповещателей.

Потолочные модели считались при угле раскрыва 120°, настенные и колонны — 90° и в штатной настенной установке с горизонтальной осью, из-за чего расчётная плоскость освещается краем диаграммы (к этому мы вернёмся в выводе четвёртом); рупорный VPA-R30 — по паспортному углу 45°. Прочерк означает, что при данной высоте модель не проходит ни при каком шуме: либо в углу ячейки провал, либо под оповещателем превышение.

Из таблицы следует несколько выводов, меняющих привычную логику подбора.

Первый. Потолок применимости массовых моделей при нормативном шаге — шум порядка 74–77 дБА. Дальше нужны либо уплотнение сетки (что упирается в предельный шаг раздела 2.7), либо излучатели другого класса с ориентацией на зону.

Второй. Рупорные громкоговорители в вертикальной потолочной установке не проходят почти нигде — и это не недостаток моделей, а следствие геометрии. Узкая диаграмма (45–60°) проваливает углы ячейки на десятки децибел, а высокая чувствительность нарушает предел под оповещателем. Обе причины устраняются одним приёмом: наклонной установкой вдоль обслуживаемой зоны, при которой ось направлена в дальнюю часть зоны, ближняя точка уходит с оси (спад по направленности защищает её от превышения), а дальняя оказывается на оси. Рупор — инструмент протяжённых и открытых пространств, а не потолочной сетки.

Третий. Рост высоты установки расширяет применимость по шуму на 1–3 дБА на каждый метр — работают одновременно уменьшение угла отклонения дальней точки и ослабление ближней. Это редкий случай, когда увеличение расстояния до слушателя улучшает выполнение требований.

Четвёртый. Сравнение VPA-P10 (72–74 дБА) и VPA-N10 (64–70 дБА) при одинаковой чувствительности 90 дБ показывает вклад ориентации: потолочная модель «смотрит» на расчётную плоскость всей диаграммой, настенная при горизонтальной оси освещает её краем. Чувствительность и мощность — не единственные и даже не главные параметры подбора.

2.20. Линия оповещения и усилитель

Трансляционная линия на 70 или 100 вольт позволяет передать мощность на большое расстояние тонким проводом. Падение напряжения в линии снижает мощность на громкоговорителях, а с нею и уровень звука.

Пункт В.3.4: влияние падения напряжения учитывается по технической документации на оповещатель, а при отсутствии таких данных падение напряжения ограничивается 10 процентами от номинального.

Прежняя практика допускала до 25 процентов, и это значение до сих пор встречается в проектах. Сопоставим цену обоих ограничений.

Мощность падает пропорционально квадрату напряжения, поэтому потеря десяти процентов напряжения означает потерю девятнадцати процентов мощности — но всего 0,92 дБ уровня. Новое ограничение обходится менее чем в один децибел и выполняется без труда.

Расчёт сечения. Требуемое сечение жилы:

q_ж = 2 · ρ · L_экв · P / (δ · U²) (2.10)

где q_ж — сечение жилы, мм² (буква S у нас занята чувствительностью); ρ — удельное сопротивление меди при рабочей температуре, Ом·мм²/м; L_экв — эквивалентная длина линии, м; P — суммарная мощность нагрузки, Вт; δ — допустимая доля падения напряжения; U — номинальное напряжение линии, В.

Удельное сопротивление берётся при рабочей температуре: при +20 °C медь имеет 0,0175 Ом·мм²/м, при нагреве до +55 °C — с температурным коэффициентом 0,004 1/°C — получается 0,0175 · (1 + 0,004 · 35) = 0,01995 Ом·мм²/м; это значение и заложено в таблицу ниже. В расчёт всегда закладывается нагретое значение.

Эквивалентная длина учитывает распределение нагрузки:

L_экв = Σ (Lᵢ · Pᵢ) / Σ Pᵢ (2.11)

При сосредоточенной в конце линии нагрузке она равна длине линии, при равномерно распределённой — примерно её половине.

Расчёт выполнен для линии 100 В при равномерно распределённой нагрузке и допустимом падении 10 процентов.

Из таблицы видно, что до мощностей порядка 200 Вт и длин порядка 250 метров расчётное сечение оказывается меньше того, что диктуют требования к огнестойкости кабеля и механической прочности. На практике сечение в этой области выбирается по типу применяемого огнестойкого кабеля, а проверка по падению напряжения остаётся формальной. Начиная с мощностей в несколько сотен ватт и длин свыше 300 метров она становится определяющей.

Запас усилителя. Суммарная мощность подключённых громкоговорителей не должна превышать номинальную мощность канала. Запас 20–25 процентов оправдан двумя соображениями: реальная мощность трансформаторного отвода отличается от номинала, и запас позволяет впоследствии добавить оповещатели без замены усилителя.

2.21. Сводный порядок расчёта

Соберём материал главы в последовательность, по которой мы сами ведём и проверяем проекты.

Шаг 1. Составить перечень помещений с площадями, высотами и назначением. Определить класс функциональной пожарной опасности. Выделить спальные помещения и помещения с шумом свыше 85 дБА.

Шаг 2. Назначить эквивалентный уровень постоянного шума по каждому помещению — по измерениям либо по таблице В.1. Табличные значения могут корректироваться заданием на проектирование только в бо́льшую сторону (п. В.2.1). Для помещений класса Ф5 уровень принимается не ниже 60 дБА (п. В.2.2). Уровни вносятся в проектную документацию (п. 6.8.6).

Шаг 3. Вычислить требуемый уровень: max(65; L_ш + 15), для квартир max(55; L_ш + 10), при шуме свыше 85 дБА — 105 дБА с обязательным световым и (или) тактильным оповещением.

Шаг 4. Зафиксировать верхний предел: 110 дБА на расчётной плоскости, 95 дБА для зданий Ф1.1, 95 дБА на уровне головы в спальных помещениях. Как показано в разделе 1.5, предел 120 дБА при стандартной высоте установки определяющим не становится.

Шаг 5. Проверить разрешимость задачи при предполагаемой геометрии по условию (2.6). При нарушении — менять геометрию, а не оборудование.

Шаг 6. Назначить рабочий шаг: меньшее из нормативного (6 метров для однонаправленных, 12 для двунаправленных) и предельного a_max из условия разрешимости. Выбрать тип оповещателя по области применимости, высоту установки не менее 2,3 метра до низа корпуса, ориентацию. При шуме 80 дБА и выше сразу рассматривать излучатели с высокой чувствительностью и наклонной установкой.

Шаг 7. Выбрать режим мощности по окну (2.7) — ближайший к нижней границе стандартный отвод: это минимизирует нагрузку на линию и запас к верхнему пределу. Проверить решение замкнутой оценкой (2.8).

Шаг 8. Рассчитать поле по сетке точек: для каждой точки определить расстояние и угол отклонения, внести поправку на направленность, применить формулы В.1 и В.2, просуммировать вклады энергетически.

Шаг 9. Проверить выполнение нижней границы во всех точках расчётной плоскости — особо в углах помещения, где находится минимум, — и верхнего предела, в том числе непосредственно под оповещателями.

Шаг 10. Проверить условие разборчивости выбранным способом и убедиться, что оно выполняется не менее чем на 90 процентах площади.

Шаг 11. Просуммировать мощности, проверить падение напряжения, выбрать сечение и усилитель с запасом 20–25 процентов.

Шаг 12. Внести в проектную документацию уровни шума, применённую методику, принятые допущения (включая значение Δ) и результаты по каждому помещению.

2.22. Типичные ошибки

Завершим главу перечнем ошибок, которые мы встречаем в проектах чаще всего. Каждая уже разобрана выше — здесь только сводка для проверки собственных привычек.

Множитель 10 вместо 20 и наоборот. Мощность — через десять, давление и напряжение — через двадцать.

Подмена требования к изделию требованием к проекту. Минимальные 70 дБ для речевого оповещателя относятся к заводскому испытанию на расстоянии 1 метр по оси.

Сравнение несопоставимых величин. Уровень сигнала нормируется как LAFmax, уровень шума — как эквивалентный.

Предположение, что паспортный уровень дан при максимальной мощности. Как показала наша сверка, у части моделей он приведён для меньшего режима.

Расчёт по единственной точке. Требование п. 6.8.2 действует во всех точках расчётной плоскости; проверка одной наиболее удалённой точки не выявляет ни локальных провалов в углах, ни превышения верхнего предела вблизи оповещателей.

Выбор оборудования «с запасом» без проверки верхнего предела. Для рупорных излучателей запас по чувствительности оборачивается нарушением предела 110 дБА.

Учёт отражений как запаса по разборчивости. Отражения повышают уровень и снижают разборчивость.

Занижение расчётного уровня шума. Табличные значения корректируются только вверх.

Применение формулы В.2 вне климатических условий п. В.6.2.

Учёт звукоизоляции дверей по справочникам вместо данных изготовителя.

Экстраполяция параболической аппроксимации за угол раскрыва без указания на то, что достоверность там не гарантирована.

2.23. Выводы по главе

1. Приложение В — законный способ расчёта (п. 6.8.9); моделирование программами, предоставляемыми или рекомендуемыми изготовителями, названо нормой наиболее предпочтительным способом расчёта (п. В.1.3). Формулы нормы дают уровень прямого звука; отражения идут в запас по уровню, но не по разборчивости.

2. Сверка паспортных данных 35 моделей серийного оборудования с формулой В.1 показала их согласованность с точностью до округления (максимальное отклонение 0,239 дБ): пересчитывать режимы мощности формулой можно. Паспортный уровень у разных моделей привязан к разным режимам мощности — предполагать максимальный режим нельзя.

3. Задача размещения разрешима тогда и только тогда, когда динамический диапазон зоны не превышает нормативного коридора: D_зоны ≤ D_норм. Условие не зависит от оборудования; при его нарушении менять нужно геометрию. В шумных помещениях предельный шаг оказывается меньше нормативных 6 метров: для машинного зала ЦОД — около 3 метров.

4. При переходном коэффициенте Δ = LAFmax − LAeq,T более 5 дБ и шуме от 50 дБА определяющим становится условие разборчивости. Значение Δ запрашивается у изготовителя либо принимается консервативно с фиксацией в проекте.

5. Минимум поля находится в углу помещения; краевой эффект составляет 4–6 дБ. Квадратная сетка при равном шаге даёт минимальный уровень на 0,6–3,1 дБ выше треугольной, а при равном числе оповещателей выигрыш достигает 3,4 дБ — шахматная расстановка в типовых потолочных сетках не нужна.

6. Верхний предел 110 дБА делит оборудование на два класса: для моделей общего применения он не лимитирует, для рупорных излучателей допустимая мощность на дистанциях до четырёх метров составляет доли номинала. Рупор — инструмент наклонной установки вдоль протяжённых зон, а не потолочной сетки.

7. Ограничение падения напряжения в линии десятью процентами стоит менее одного децибела уровня. До мощностей ~200 Вт и длин ~250 метров сечение диктуется типом огнестойкого кабеля, далее — расчётом.

← Часть 8. Особые помещения: спальные, здания Ф1.1 и шум свыше 85 дБА · Оглавление руководства · Часть 10. Алгоритм оповещения: что может и чего не может поэтапная эвакуация →