Устройства звуковой сигнализации и их эффективное проектирование для систем противопожарной безопасности и систем экстренной эвакуации
Все аварийные системы включают в себя устройства звуковой и визуальной (световой) сигнализации, которые служат для предупреждения людей об опасности при ее обнаружении.
В настоящее время в большинстве систем электронный сигнализатор активируется с пульта управления для эвакуации или предупреждения людей об опасности. Во многих странах, например, Германии, Франции, Голландии, Австралии и т.д., приняты национальные стандарты для «сигналов эвакуации». Там, где не действуют эти стандарты, обычно руководствуются правилом: сигнал эвакуации должен содержать частоты в диапазоне от 500 до 1000 Гц.
Проектировщики систем пожарной сигнализации в основном знакомы с установкой сирен в нормальных условиях окружающей среды — офисы, гостиницы и т.д. Поскольку эти объекты имеют относительно низкий окружающий фоновый шум, и большинство помещений является довольно маленькими, то может быть установлен сигнализатор(ы) приблизительно 100 дБ (A) /1 м. Местоположения сигнализатора(ов) обычно основаны на опыте предыдущих систем или применений.
Уровень звукового давления
Звук определяется как любое изменение давления, которое может быть идентифицировано человеческим ухом. Диапазон частот, который воспринимает человеческий слух от 20 Гц до 20 кГц. В терминах уровня звукового давления, слышимые звуки находятся в диапазоне от порога слышимости 0 дБ до болевого порога, который находится за пределом 130 дБ.
Хотя увеличение на 3 дБ представляет собой удвоение звукового давления, для того, чтобы звук стал субъективно в два раза сильнее, требуется увеличение примерно на 10 дБ. Наименьшее изменение, которое мы можем услышать, составляет около 3 дБ.
Субъективная или воспринимаемая громкость звука определяется рядом сложных факторов. Один из них состоит в том, что человеческое ухо не в равной мере восприимчиво ко всем частотам. Наиболее восприимчиво оно к звукам, находящимся между 2 кГц и 5 кГц, и наименее восприимчиво к более высоким и низким частотам. Это различие восприятия разных частот сказывается на уровне звукового давления (SPL), необходимого для выбранного аварийного сигнала. Например, для обеспечения одинаковой субъективной громкости для сигнала с частотой 50 Гц нужно звуковое давление 85 дБ, а для сигнала с частотой 1 кГц - звуковое давление 70 дБ.
Если сигнал короткий, а именно менее одной секунды, он именуется импульсивным или импульсным сигналом. Из-за короткой длительности таких звуков ухо менее восприимчиво к их громкости. Установлено, что воспринимаемая громкость звуков, которые короче 70 миллисекунд, меньше, чем звуков большей длительности, обладающих тем же уровнем звукового давления.
Таблица. Ослабление уровня звукового давления в зависимости от удаления от источника звука
Способы измерения звукового давления:
А — характеристика, приближающаяся к частотной характеристике чувствительности человеческого уха;
В и С — характеристики, использующиеся при измерении громких звуков, для которых чувствительность человеческого уха меньше изменяется в зависимости от частоты.
Величину звукового давления (L) принято измерять в децибелах (дБ). Разница между уровнями звука в 1дБ — это минимальная величина, различаемая ухом человека. Акустическая среда, которую воспринимает человек, характеризуется диапазоном звукового давления от 0 до 140 дБ. Предельный уровень звукового давления, длительность воздействия которого не приводит к преждевременным повреждениям органов слуха, равен 80-90 дБ. Если же уровень звукового давления превышает 90 дБ, то со временем может развиться частичная или даже полная глухота.
Болевой порог — звук интенсивностью 140 дБ (см. табл. 1). Уровень звука в городской среде принято вычислять по особой шкале А (в дБА) и оценивать по осредненной величине — эквивалентным уровнем звука (LAэкв). Согласно СНиПу, можно выделить средние величины шумовых характеристик автотранспорта, железнодорожного и воздушного транспорта, а также промышленных предприятий.
Таблица. Диапазон звукового давления, воспринимаемый человеком
Как выбрать сигнализатор по уровню звукового давления
Существуют 3 критерия для выбора:
1. Площадь покрытия
2. Фоновый шум
3. Частота сигнала (высокие частоты в индустриальной окружающей среде ослабляются больше, чем низкие частоты)
Как вычислить эффективное расстояние и охват сирены
Большинство производителей указывают уровень звукового давления в децибелах (A) на 1 метр.
Существует эмпирическое правило — “при удвоении расстояния от сирены звуковое давление падает на 6 децибел (A).
То есть сирена со звуковым давлением в 106 дБ (A) может озвучить в два раза большую площадь, чем сирена со звуковым давлением 100 дБ (A).
Используя этот простой метод, можно определить эффективное расстояние для применения сирены. Это расстояние, когда расчетное значение на 5дБ (A) выше известного окружающего фонового шума.
Например:
Эффективное расстояние для сирены со звуковым давлением 100дБ (A) /1м в окружающем пространстве с шумовым фоном 65 дБ (A) — это расстояние, на котором уровень звукового давления сирены уменьшается до 70 дБ (A). То есть 100 дБ — 30 дБ = 70дБ.
Из вышеупомянутой таблицы видно, что уменьшение на 30 дБ означает, что сирена имеет эффективное расстояние 32 метра в окружающем пространстве с шумовым фоном 65 дБ.
Аналогично для сирены со звуковым давлением в 120 дБ (A)/м в окружающем пространстве с шумовым фоном 65 дБ это расстояние составляет приблизительно 300 метров, то есть у такой сирены в десять раз эффективное расстояние больше, и что еще более важно – в 100 раз шире область охвата !
Примечание:
Удостоверьтесь, что Вы знаете номинальный уровень звукового давления и частотную характеристику сигнала, который Вы намереваетесь использовать в сигнализаторе. Уровни звукового давления различных аварийных сигналов, доступных для пользователя во многотональном электронном сигнализаторе могут сильно различаться в зависимости от выбранного аварийного сигнала. Вообще чем ниже частота сигнала (<1000 Гц), тем нужен меньший уровень звукового давления, и чем выше частота сигнала (> 1000Гц), тем нужен больший уровень звукового давления и у этого сигнала большее ослабление.
Примечание:
В открытом пространстве звук от сигнализатора распространится во всех направлениях, но в замкнутом пространстве часть звука будет отражена, при этом уровень звукового давления увеличиться.
Если сигнализатор установлен на стене близко к потолку, то сигнал будет отражен и звуковое давление увеличится по отношению к звуковому давлению сигнализатора, установленного на потолке.
Сигнализатор, установленный на стене более эффективен, чем сигнализатор, установленный на столбе.
Сигнализаторы должны быть расположены так, чтобы избежать непосредственных препятствий и в идеале на высоте приблизительно от 2 до 2.5 метров.
Синхронизированные сигнализаторы будут более эффективны.
Сколько сигнализаторов необходимо для эффективного охвата зоны или площади объекта
Если площадь, требующая покрытия, достаточно велика и/или шумная, многие проектировщики для страховки закладывают в проект большее, чем необходимо, количество сигнализаторов. Это обычно приводит либо к неадекватному охвату, либо к дополнительной установке сигнализаторов для достижения оптимально слышимого уровня звукового давления сигнала уровня, после ввода системы в действие (при нахождении в помещении персонала). Это ведёт к удорожанию системы в связи с увеличением количества кабеля, оборудования и работ.
Пример:
При проектировании аварийной сигнализации в помещении длинной 30 м и шириной 20 м с небольшим фоновым шумом (приблизительно 65 дБ (A)) можно использовать один сигнализатор (сирену) со звуковым давлением 100 дБ/1м, т.к. на расстоянии 30 м от сигнализатора звуковое давление будет составлять 70 дБ, что на 5 дБ выше уровня фонового шума.
Вопрос: Сколько сигнализаторов потребуется, если фоновый шум составляет 85дБ(A), например, в машинном цехе ?
Ответ: Один! При увеличении фонового шума на 20dB (A) необходимо установить сигнализатор со звуковым давлением на 20 дБ (A) больше, то есть сигнализатор со звуковым давлением 120 дБ (A). И этот принцип можно использовать везде, где имеется производственный шум и требуется покрытие большой площади.
Почему выгодно использовать сигнализаторы (сирены) с высоким уровнем звукового давления
Если кратко, то применение сигнализаторов с высоким уровнем выходного сигнала на больших и/или шумных площадях, означает эффективную сигнализацию с сильным и точным уровнем сигнала (дБ(А)). Использование сигнализаторов с высоким уровнем звукового давления экономически оправдано, т.к. уменьшается количество сигнализаторов, как следствие – сокращается количество кабеля и сроки монтажа.
Пример:
Рассмотрим следующую ситуацию: существует помещение 50 м на 30 м с фоновым шумом 75дБ(A), таким образом, нужно обеспечить уровень в 80 дБ(A). В этих условиях установка одного сигнализатора со звуковым давлением 120 дБ(А) заменит установку двенадцати сигнализаторов со звуковым давлением 100 дБ(А).
Для достижения звукового давления 80 дБ(А) на площади 50 м х 30 м
Очевидно, какая из схем является экономически выгодной.
Интересно отметить, что если бы фоновый шум составлял приблизительно 70дБ (A), то хватило бы установки двух сигнализаторов по 100дБ (A).
Сравнение двух схем установки сигнализаторов для обеспечения в помещении уровня в 80дБ (A):
Теперь сравним затраты.
Вы можете снизить свои затраты согласно приведенным выше расчетам и убедиться, что выгоднее. Нет необходимости в расчетах, чтобы сравнить информацию, приведенную ниже. Обе схемы обеспечивают уровень сигнала в 90дБ(A), т.е. фоновый шум составляет максимум 85дБ(A). На практике схема с двумя сигнализаторами по 120дБ обеспечивает более эффективный охват.
Для достижения звукового давления 90 дБ(А) на площади 50 м х 30 м
Примечание:
В приведённой схеме предполагается, что все сигнализаторы синхронизированы.
Уровень громкости был установлен в диапазоне от 105 до 110 децибел (A) пропорционально установке сигнализаторов.
В показательных целях, показано помещение без препятствий для распространения звука.
Все сигнализаторы перед установкой были протестированы.
Ограничение применения сигнализаторов с высоким уровнем звукового давления
Сигнализаторы с высоким уровнем звукового давления на максимальном уровне громкости не допускается применять в небольших помещениях и/или с низким фоновым шумом. Системы сигнализации с чрезмерно высоким звуковым давлением, могут быть опасными и вызвать панику, причинить неудобство и затруднить передачу сигналов эвакуации. Как правило, уровень звукового давления не должен превышать от 10 до 15 дБ (A) по отношению к окружающему фоновому шуму.
Световые сигнализаторы (маяки)
Визуальный сигнал (маяк, мигающий световой сигнал, статусный сигнал или строб) является источником светового сигнала. Источник света расположен внутри корпуса с прозрачной или цветной линзой. Маяк имеет разнообразное применение, в том числе как дополнение к звуковому сигналу в случае опасности, тревоги или аварии в производственном процессе.
Типы источников света
• Лампа накаливания — обычная лампа накаливания в сочетании с вращающимся устройством. Лампа накаливания при низкой стоимости дает адекватную светосилу. Эффект может быть увеличен с помощью линзы Френеля. Лампа накаливания имеет относительно короткий срок эксплуатации, который сокращается при возникновении вибрации в процессе работы.
• Ксеноновая лампа (трубка) — в стеклянной трубке закачан ксенон, который при подаче на электроды высоковольтного импульса выдаёт мгновенную вспышку. Этот эффект может быть увеличен с помощью линзы Френеля. Энергия вспышки зависит от размера трубки, напряжения высоковольтного импульса и ёмкости конденсатора. Долговечность трубки, как правило, 5-8 миллионов вспышек, после этого падает эмиссия и лампу необходимо заменить.
• LED (светодиод) — полупроводниковое устройство, которое по сравнению с ксеноновой трубкой и лампой накаливания излучает только одну частоту света (т.е. один цвет) в зависимости от конструкции. Технология производства свето-диодов только развивается, и пока не может предложить такую же светосилу как ксеноновая трубка, однако, они имеют очень низкое энергопотребление и долгий срок службы, предоставляя эффективное решение там, где требуется максимальная светоотдача и долговечность.
Размещение сигнального маяка
При установке маяка, прежде всего, следует обеспечивать повсеместное распределение света и свободное пространство вокруг маяка, что предотвращает нагрев корпуса от тепла источника света, излучаемого при нормальной работе маяка. Следует избегать вибрации, особенно с маяками на лампах накаливания. Свет распространяется по прямой, и маяк будет гораздо более эффективен, если его установить в зоне прямой видимости, в отличие от отраженных сигналов. Звуковые сигналы всегда являются первичным предупреждением об аварии, а маяки используются в качестве вторичного аварийного сигнала или сигнала состояния.
Стандарт IEC 73 устанавливает цвета световых сигналов и кнопок на постах управления технологическими установками (машинами).
Эффективность маяка и энергия импульса
Эффективность маяка напрямую зависит от яркости источника света и цвета линзы визуального сигнала. В общем, зависимость эффективности маяка от энергии импульса источника света можно отобразить диаграммой. На диаграмме указана эффективная область покрытия 360° производственного помещения для маяков с ксеноновой лампой.
Влияние, оказываемое цветом линзы на интенсивность источника света в индустриальном окружении, может быть выражено следующим образом.
На практике эффективность маяка снижается на 25% при двукратном увеличении расстояния от маяка.
