Громкоговорители для систем оповещения: параметры, классификация, выбор и размещение

Громкоговорители для систем оповещения: параметры, классификация, выбор и размещение

Громкоговоритель – это электроакустическое или механическое устройство, служащее для громкого воспроизведения звукового сигнала. Громкоговорители преобразуют электрический сигнал в звуковые волны, распространяющиеся в воздушной среде, с помощью механической подвижной системы (диафрагмы или диффузора).

В системе оповещения о пожаре громкоговоритель является конечным, и его параметры оказывают решающее влияние на качество передачи аудиоинформации, а в конечном итоге и на жизни людей.

Содержание

Виды громкоговорителей для систем оповещения

По способу преобразования сигнала громкоговорители делят на электродинамические, рупорные, электретные, пьезоэлектрические и другие. В системах оповещения чаще всего используются электродинамические диффузорные громкоговорители (настенные, потолочные, звуковое колонны) и рупорные громкоговорители.

Электродинамические диффузорные громкоговорители

Основным рабочим узлом электродинамического громкоговорителя является диффузор, который выполняет преобразование механических колебаний в акустические. Диффузор громкоговорителя приводится в движение силой, действующей на жестко скрепленную с ним катушку, находящуюся в радиальном магнитном поле. В катушке течет переменный ток, соответствующий аудиосигналу, который должен воспроизвести громкоговоритель. Магнитное поле в громкоговорителе создается кольцевым постоянным магнитом и магнитной цепью из двух фланцев и керна. Катушка под действием силы Ампера свободно движется в пределах кольцевого зазора между керном и верхним фланцем, а ее колебания передаются диффузору, который в свою очередь создает акустические колебания, распространяющиеся в воздушной среде.

Рупорные громкоговорители

По сравнению с электродинамическими громкоговорителями, рупорные громкоговорители обладают такими преимуществами, как высокая направленность излучения звуковых волн и высоким КПД (до 20%). Рупор служит для согласования сопротивлений механической системы и окружающей среды и концентрации звуковой энергии громкоговорителя в определенном направлении. Обычно применяют рупоры, площадь поперечного сечения которых изменяется по экспоненциальному закону.

Основные характеристики громкоговорителей

Используемые в системах оповещения громкоговорители характеризуются целым рядом параметров. Технические характеристики громкоговорителей регламентируются ГОСТ 16122-78 и ГОСТ 9010-78. Следует заметить, что список параметров, указываемых в спецификациях на громкоговорители зарубежных производителей, несколько отличается от характеристик, соответствующих ГОСТам. Это связано прежде всего с разницей в определении этих параметров для зарубежных и отечественных громкоговорителей и акустических систем.

Особенно много разногласий обычно возникает при определении различных видов мощности громкоговорителя, например, в спецификациях на отечественные громкоговорители обычно указываются номинальная и паспортная мощности, тогда как зарубежные производители указывают музыкальную, кратковременную, максимальную, синусоидальную мощность громкоговорителя.

Для того чтобы ликвидировать разночтения в определении различных видов мощности громкоговорителя, Международный Электротехнический Комитет (МЭК) опубликовал рекомендации 268-5 «Элементы электроакустических систем. Громкоговорители» и 581-7 «Минимальные требования к аппаратуре Hi-Fi. Громкоговорители». В этих рекомендациях всем странам-участницам предлагается указывать в документации на громкоговоритель следующие виды мощности: характеристическую, шумовую, максимальную, синусоидальную, долговременную и кратковременную. Ниже приведены определения для этих видов мощности громкоговорителей:

  • Характеристическая мощность громкоговорителя – это мощность, при которой громкоговоритель создает характеристический уровень звукового давления 94 дБ на расстоянии 1 м в диапазоне частот 100…8000 Гц. Чем выше чувствительность громкоговорителя, тем ниже его характеристическая мощность.
  • Шумовая мощность определяется по результатам испытаний громкоговорителя на специальном шумовом сигнале в течение 100 ч. Значение шумовой мощности громкоговорителя совпадает со значением паспортной мощности, определяемой по ГОСТ 16122-78, поскольку при определении этих видов мощности используется один и тот же сигнал.
  • Максимальная синусоидальная мощность громкоговорителя – это мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель может выдержать без механических и термических повреждений в течение промежутка времени (не менее 1 часа), указанного в спецификации.
  • Номинальная мощность громкоговорителя – это электрическая мощность, при которой нелинейные искажения громкоговорителя не превышают требуемых значений.
  • Паспортная мощность громкоговорителя определяется как наибольшая электрическая мощность, при которой громкоговоритель может длительное время удовлетворительно работать на реальном звуковом сигнале без тепловых и механических повреждений.

Другие технические характеристики громкоговорителей:

  • Номинальное электрическое сопротивление громкоговорителя – заданное в нормативно-технической документации активное сопротивление громкоговорителя при определении подводимой к нему электрической мощности.
  • Частотная характеристика громкоговорителя по звуковому давлению – это графическая или численная зависимость от частоты сигнала уровня звукового давления, развиваемого громкоговорителем в определенной точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра, при постоянном значении напряжения на выводах громкоговорителя.
  • Характеристическая чувствительность громкоговорителя – это среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в заданном диапазоне частот на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м от рабочего центра громкоговорителя и электрической мощности 1 Вт.
  • Неравномерность частотной характеристики звукового давления — это разность максимального и минимального значений уровней звукового давления громкоговорителя (в дБ) в заданном диапазоне частот.
  • Приведенный коэффициент полезного действия громкоговорителя – это отношение акустической мощности, излучаемой громкоговорителем на данной частоте, к подводимой электрической мощности.
  • Собственная резонансная частота головки громкоговорителя – частота, при которой абсолютное значение полного электрического сопротивления достигает своего первого максимума.
  • Максимальный уровень звукового давления громкоговорителя служит для оценки способности громкоговорителя воспроизводить без искажений динамический диапазон музыкального или речевого сигнала.

Расчет количества громкоговорителей для системы оповещения

Количество и мощность громкоговорителей рассчитывается исходя из геометрических параметров помещения. При этом, как правило, учитывается только площадь той части помещения, где находятся слушатели.

В закрытых помещениях рекомендуется устанавливать потолочные громкоговорители, поскольку они позволяют добиться наиболее равномерного распределения звука. При озвучивании галерей, коридоров и открытых площадей используются рупорные громкоговорители благодаря высокой степени направленности звука и высокому КПД.

При озвучивании помещений необходимо учитывать, что звуковая волна от потолочного громкоговорителя на высоте ушей слушателей покрывает собой площадь, радиус которой принимается равным разности высоты крепления громкоговорителя и расстояния от пола до ушей слушателей. Для равномерного озвучивания помещения следует устанавливать громкоговорители так, чтобы эти площади слегка перекрывали друг друга.

При высоте потолков до 5 м расчет необходимого количества потолочных громкоговорителей производится по упрощенным формулам. Расстояние между громкоговорителями не должно превышать расчетного значения; в противном случае звуковое давление будет распределяться неравномерно, и в некоторых областях помещения может значительно ухудшиться качество звука от громкоговорителей. При повышении мощности звука в этом случае не только повышается полезная громкость, но также возрастает уровень реверберационного фона (эхо). Чтобы компенсировать этот эффект, пол и стены помещения покрывают коврами или другими звукопоглощающими материалами.

Еще одна проблема связана с размещением громкоговорителей в помещениях с высокими потолками. Близко расположенные громкоговорители являются источником мощной помехи друг для друга. Если расположить громкоговорители на большем расстоянии и увеличить мощность звука, то возрастет реверберационный фон. В таких случаях часто опускают громкоговорители на шнурах или устанавливают настенные громкоговорители, врезные громкоговорители или звуковые колонны.

Специалисты рекомендуют устанавливать настенные громкоговорители на высоте 1,5 м для сидящих и 2 – 2,2 м для стоящих слушателей. Если ширина помещения меньше 5 м, то громкоговорители располагаются по длине помещения с шагом 4-6 м (не рекомендуется устанавливать громкоговорители в углах помещения). Если же ширина помещения больше 5 м, то громкоговорители располагаются на противоположных стенах в шахматном порядке, с шагом 8-12 м.

В коридорах, галереях и других протяженных помещениях рекомендуют устанавливать рупорные громкоговорители. Такие громкоговорители располагают в середине коридора и направляют в противоположные стороны. Дальность звучания рупорного громкоговорителя составляет несколько десятков метров.

Выбор громкоговорителя по динамическому диапазону

Требования к динамическому диапазону громкоговорителей формируются исходя из реальных условий прослушивания. При проектировании системы оповещения следует учитывать общий уровень шума, характерного для помещения, в котором планируется разместить громкоговорители. Ниже приведены значения уровня шума для некоторых помещений:

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

Специалисты рекомендуют выбирать громкоговорители таким образом, чтобы обеспечиваемый ими уровень звукового давления на 3 – 10 дБ превышал уровень общего шума в помещении. Тогда сообщения, которые передают громкоговорители, будут слышны на уровне шума. Следует также учитывать, что в экстренной ситуации уровень шума в помещении может значительно возрасти.

Характеристики громкоговорителей

Громкоговорители в зависимости от области применения и класса решаемых задач можно дополнительно классифицировать по следующим признакам:

  • по ширине амплитудно-частотной характеристики (АЧХ);
  • по ширине диаграммы направленности (ШДН);
  • по уровню звукового давления.

Устройство рупорного громкоговорителя

Рупорный громкоговоритель является (активным первичным) средством воспроизведения звукового акустического сигнала в допустимом частотном и динамическом диапазонах. Характерными особенностями рупора являются обеспечение высокого акустического звукового давления за счет ограниченного угла раскрыва и относительно узкого частотного диапазона. Рупорные громкоговорители используются в основном для речевого оповещения, находят очень широкое применение в местах с повышенным уровнем шума – подземные стоянки, автовокзалы. Высококонцентрированный (узконапрвленный) звук позволяет применять их на ж/д. станциях, в метрополитенах. Наиболее часто рупорные громкоговорители применяются для озвучивания открытых площадок – парки, стадионы.

Рупорный громкоговоритель (рупор) является согласующим элементом между драйвером (излучателем) и окружающей средой. Драйвер, жестко связанный с рупором, преобразует электрический сигнал в звуковую энергию, поступающую и усиливаемую в рупоре. Усиление звуковой энергии внутри рупора осуществляется за счет специальной геометрической формы, обеспечивающей высокую концентрацию звуковой энергии. Использование в конструкции дополнительного концентрического канала позволяет существенно уменьшить размеры рупора при сохранении качественных характеристик.

Рупор состоит из следующих частей (см. рисунок, картинка взята из интернета):

Рупорный громкоговоритель работает следующим образом: электрический звуковой сигнал поступает на вход компрессионного драйвера (d) преобразующего его в акустический сигнал на выходе. Драйвер (жестко) скреплен с горном (f) обеспечивающим высокое звуковое давление. Драйвер состоит из жесткой металлической диафрагмы (a) приводимой в движение (возбуждаемой) звуковой катушкой (витком или кольцом b) намотанной на цилиндрический магнит (c). Звук в данной системе распространяется от драйвера, проходя через концентрический канал (e), экспоненциально усиливается в рупоре (f), после чего поступает на выход.

ПРИМЕЧАНИЕ: В различной литературе и в зависимости от контекста могут встречаться следующие наименования рупора – мегафон, горн, репродуктор, рефлектор, труба.

Сфера использования и характеристики оборудования

Основная задача современных уличных акустических систем — оповещение о чрезвычайных ситуациях. Поскольку это бывает нечасто, громкоговорители используют и для других целей. Например, для трансляции объявлений или других сообщений. Чаще всего оборудование такого рода приобретают для установки на различных промышленных объектах.
Что касается характеристик уличных акустических систем, то самой важной из них традиционно считается мощность, хотя и здесь не всё так просто. Дело в том, что производители указывают несколько видов «мощностей» оборудования. Однако для практических целей достаточно учитывать 2 из них:
• Номинальную мощность, которая определяет уровень допустимых нелинейных искажений;
• Паспортную мощность, определяющую наивысший уровень электрической мощности, на котором громкоговоритель может стабильно работать длительное время.
Остальные виды мощностей, такие как характеристическая, шумовая или максимальная синусоидальная, по большей части заботят только специалистов, занимающихся закупками оборудования для реализации.

Купить уличные акустические системы в Москве

Чтобы сделать заказ или уточнить цену на уличные громкоговорители, звоните по телефонам 8 (800) 333-70-39 или +7 (495) 642-70-39. Консультация менеджера компании ТД «Лидер-СБ» бесплатна.

Расстановка потолочных громкоговорителей

Расстановка потолочных громкоговорителей в коридорах с высокими потолками без учета отражений от пола

Расстановку потолочных громкоговорителей в коридорах с высокими потолками без учета отражений от пола, следует вести с шагом, рис.5:

При ШДН=900, R=h–1,5:

Проверочное условие 1

Громкоговоритель, с учетом ШДН должен добивать до рабочей плоскости. Эффективная дальность, для произвольной ШДН:

При ШДН=900:

Расстановка потолочных громкоговорителей в коридорах с низкими потолками с учетом отражений от пола

Расстановку потолочных громкоговорителей в коридорах с низкими (менее 4м) потолками допустимо вести с учетом отражений (от пола) с шагом, рис.6:

При ШДН=900:

Проверочное условие 2

Громкоговоритель, с учетом ШДН должен добивать до пола и, отразившись от него, до рабочей плоскости. Эффективная дальность, для произвольной ШДН:

При ШДН=900, без учета поглощения:

История громкоговорителя

Александр Грэм Белл запатентовал первую электродинамическую головку (капсюль) как одну из составных частей своего телефона, в 1876-1877г. В 1878 г. конструкция была усовершенствована Вернером фон Сименсом. Никола Тесла в 1881 г. также заявил об изобретении подобного устройства, но не патентовал его. В то же время Томас Эдисон получил британский патент на систему, использовавшую сжатый воздух в качестве механизма усиления звука в его ранних валиковых фонографах (см. сирена (акустика)), но в конечном итоге установил обычный металлический рупор, колебания воздуха в котором вызывались мембраной, связанной с иглой. В 1898 г. Х. Шорт запатентовал конструкцию громкоговорителя, управляемого сжатым воздухом, и затем продал права Чарльзу Парсонсу, получившему ранее 1910 г. еще несколько британских патентов.

Несколько компаний, включая Victor Talking Machine Company и Pathe, выпускали проигрыватели, использующие головки, управляемые сжатым воздухом. Однако подобные устройства (головки косвенного излучения) нашли лишь ограниченное применение ввиду плохого качества звука и неспособностью воспроизводить звуки низкой громкости. Разновидности подобных систем использовались в звукоусилительных установках (для больших площадей, стадионов и т. п.) и значительно реже в промышленности в испытательной технике вибростенды, например, для тестирования космического оборудования на устойчивость к низкочастотным вибрациям, производимым стартующей ракетой.

Современная конструкция головки с подвижной катушкой разработана в 1898 г. Оливером Лоджем. Принцип был запатентован в 1924 г. Честером У. Райсом и Эдвардом У. Келлогом.

Первые ГД с электромагнитами были очень больших размеров, а мощные постоянные магниты — труднодоступны ввиду значительной стоимости. Обмотка электромагнита, называемая полевой, намагничивается за счет тока, проходящего по другой обмотке головки (катушке подмагничивания). Такое включение имеет двоякую роль, ибо выполняет фильтрацию напряжения, питающего усилитель, к которому подключена данная акустическая система. Проходя по обмотке, фон переменного тока усиливается; однако, частоты переменного тока стремятся промодулировать аудиосигнал, поданный на звуковую катушку и складывающийся с слышимым шумом включенного устройства звуковоспроизведения.

Качество акустических звуковоспроизводящих систем до начала 1950-х годов было сравнительно низким. Продолжающееся до сих пор улучшение дизайна корпусов и материалов привело к существенному улучшению качества звуковоспроизведения. Наиболее значительными усовершенствованиями являются: усовершенствование рамы, открытие технологии высокотемпературной адгезии, улучшение технологии изготовления постоянных магнитов, усовершенствование измерительной техники, и наконец проектирование и анализ элементов при помощи компьютера.

Низкочастотный громкоговоритель

Проектирование низкочастотных громкоговорителей (НЧ ГГ), как и всей конструкции в целом, так и их отдельных элементов, исходит из специальных требований, основные из которых следующие:

  • низкочастотные ГГ, как правило, имеют более низкую чувствительность по сравнению со средне- и высокочастотными. В связи с этим для обеспечения необходимого звукового давления в области низких частот они должны выдерживать значительные мощностные нагрузки (до 200 Вт и более) при сохранении тепловой и механической прочности;
  • сравнительно низкая резонансная частота (16—30 Гц) этих ГГ, необходимая для обеспечения эффективного воспроизведения низкочастотных составляющих сигнала, требует высокой линейности упругих характеристик гибких элементов (подвеса и шайбы) при больших смещениях подвижной системы вплоть до ± 12—15 мм;
  • для обеспечения «неокрашенности» звучания НЧ ГГ должны иметь, помимо малых уровней гармонических искажений, как можно более «гладкую» амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) звукового давления, вплоть до верхней границы воспроизводимого ими диапазона частот (как правило, 1500—3000 Гц). Экспериментально показано, что для того, чтобы НЧ ГГ не вносил слышимой окраски в звучание акустической системы (АС) в верхней части воспроизводимого им диапазона, резонансные пики на его АЧХ должны быть не менее чем на 20 дБ ниже среднего уровня звукового давления, создаваемого АС в этой области частот.

Для удовлетворения таким требованиям при проектировании НЧ ГГ уделяется большое внимание конструктивной и технологической разработке всех элементов: подвеса, шайбы, диффузора, пылезащитного колпачка, звуковой катушки, гибких выводов звуковой катушки, магнитной цепи и диффузородержателя.

Примечания

  1. Например студийный монитор, сценический монитор
  2. Звуковая колонка в БСЭ
  3. Терещук Р.М. Полупроводниковые приёмно-усилительные устройства (Справочник радиолюбителя). — Киев: Наукова думка, 1981. — С. 552-553. — 673 с. Архивировано 8 марта 2010 года.
  4. Российская система с акустикой OPERLY INTELLIGENCE
  5. Цысковский В. К. Индукторный говоритель.//Радиофронт, 1932, № 9, с. 41-42

Литература

Нормативно-техническая документация

  • ГОСТ 16122-87. Громкоговорители. Методы измерения электроакустических параметров.
  • ГОСТ 12089-66. Громкоговорители рупорные общего назначения. Общие технические условия.
  • ГОСТ 5961-89. Громкоговорители абонентские. Общие технические условия.
  • ГОСТ 23262-88. Системы акустические бытовые. Общие технические условия.
  • ГОСТ 27418-87. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Термины и определения.
  • ГОСТ 9010-84. Головки громкоговорителей динамические прямого излучения. Общие технические условия.
  • ОСТ 4.383.001-85. Головки громкоговорителей динамические. Общие технические условия.

Громкоговорители применяются в самых разных областях человеческой деятельности. Наиболее ценно их использование, когда необходимо донести какую-либо информацию до большого числа людей.

Наверное, самый известный в быту звукоусиливающий прибор — громкоговоритель ручной. В просторечии его часто называют мегафоном.

Громкоговоритель ручной незаменим в чрезвычайных ситуациях на производственных предприятияхи. В случае аварии или тревоги, как правило, необходимо оперативное, качественное и громкое оповещение сотрудников о порядке и путях эвакуации.

Как известно, большинство жертв при пожарах на взрывах на производстве гибнут именно из-за несвоевременного или нечеткого информирования об очаге возгорания.

Причем, стихийное оповещение чуть ли не опаснее полного неведения. Так как слухи об опасности неизбежно порождают панические настроения и мешают спокойной грамотной эвакуации.

Стационарная аппаратура, снабженная записями, подготовленными заранее, не всегда способна эффективно работать в условиях пожара и задымления. Это особенно актуально при аварийном отключении электроэнергии, что делает автоматическое оповещение о нештатной ситуации практически невозможным.

Тут на помощь и приходит громкоговоритель ручной.

Разумеется, мегафон может использоваться не только в ситуациях, приближенных к боевым. Они широко применяются при проведении экскурсий, рекламных акций и митингов.

Ручной громкоговоритель вполне уместен при проведении развлекательных и праздничных мероприятий: карнавалов, парадов, многолюдных свадеб и выпускных балов.

Мегафоны отличаются простотой в эксплуатации и неприхотливостью. Они работают при любой погоде. Надежную защиту устройству обычно обеспечивает прочный ветро — и влагозащищенный рупор.

Громкоговоритель ручной автономно питается от обычных бытовых батареек или аккумуляторов.

Главными критериями в выборе устройства обычно являются качество и громкость звука, а также компактность и приемлемый вес. Современный громкоговоритель ручной может весить менее 300 г

Нет ничего проще чем сегодня приобрести громкоговоритель — купить его можно в салоне электротехники, магазине, торгующем сигнальными устройствами или на специализированном сайте в Интернете.

Статья предоставлена сайтом «smo продвижение».


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *