Звуковые сигнализации

По составу и принципу работы системы оповещения бывают двух типов:

Локальные системы оповещения – совокупность модулей, которые  при поступления сигнала тревоги с внешнего устройства (например, с пожарных извещателей) транслируют записанное ранее звуковое сообщение. Такие системы оповещения состоят их речевого процессора, усилителя и громкоговорителя.  Обычно такие системы не имеют централизованного управления.  При помощи такой системы невозможно управлять эвакуацией людей, т.к. отсутствует микрофонная консоль.

Централизованные системы  оповещения – системы, имеющие центральный  блок управления. Они могут работать как в автоматическом, так и  в полуавтоматическом режиме. В автоматическом режиме система транслирует записанные раннее сообщения. При необходимости диспетчер может сам озвучить экстренные сообщения, используя микрофонную консоль или микрофонный блок тревожного оповещения.

 

 

3. Характеристика устройств звуковых сигнализаций

 

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 сигнализации в основном знакомы с установкой сирен в нормальных условиях окружающей среды - офисы, дома, 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 в шумовых охранных системах

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 1. 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 2. 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 65дБ. 
           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).

Картинка 1. 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).

 

Картинка 2. Сравнение двух схем установки сигнализаторов для обеспечения в помещении уровня  в 80дБ (A)

 

Сравнение  затрат.

 
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.

Картинка 3. 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.

 

 

Заключение

           Главное назначение охранной системы (охранной сигнализации) состоит в оперативном и гарантированном извещении хозяев и/или правоохранительные службы о несанкционированном проникновении в охраняемые помещения.

          Решение данной задачи возможно только при грамотном оснащении объекта охраны современными высоконадежными техническими средствами охранной сигнализации. Охранная сигнализация может быть автономной – цель такой сигнализации отпугнуть злоумышленников и оповестить соседей с применением мощных сирен. Но наибольший эффект от охранной сигнализации достигается при подключении ее на пульт вневедомственной охраны или на пульт централизованного наблюдения частного охранного предприятия.

          При использовании для передачи тревожных сообщений GSM-систем возможна передача тревожных сообщений на сотовые телефоны владельцев охраняемого объекта. Системы охранной сигнализации своевременно оповестят Вас о несанкционированном проникновении на охраняемую территорию и сообщат об аварийных ситуациях. Кроме того, при проникновении внутрь Вашего жилища или офиса система может сообщить Вам о тревоге телефонным звонком на указанный заранее номер. Для съёма информации служат датчики (инфракрасные и радиоволновые датчики движения, магнитные датчики открытия дверей и окон, акустические датчики разбития стекла, датчики удара и т.д.), а базовым блоком - контрольные панели, на которые сводится вся информация от датчиков. Если у Вас есть домашнее животное, датчики движения можно настроить так, чтобы они не реагировали на перемещения Вашего питомца, но всегда надёжно срабатывали на появление человека.

           Система охранной сигнализация включает: датчики, пульт-концентратор, исполняющие устройства. Датчик - чувствительный элемент, преобразующий контролируемый параметр в электрический сигнал. Особенность датчиков для систем типа охранная сигнализация состоит в том, что они регистрируют, в основном, неэлектрические величины. Измерение неэлектрических величин - сложная задача и при этом датчики должны обеспечивать высокую надежность и достоверность контроля. Надежность датчиков обеспечивается, в основном, цифровыми методами обработки сигналов.

          Датчики объединяются в зоны. Под зоной понимается один или несколько датчиков, охраняющих определенный объект или участок объекта. В системах типа охранная сигнализация используются датчики следующих типов: пассивные инфракрасные датчики движения; датчики разбития стекла; активные инфракрасные датчики движения и присутствия; фотоэлектрические датчики; микроволновые датчики; ультразвуковые датчики; вибро-датчики; датчики температуры; датчики наличия паров и газов; магнитные (герконы) датчики; шлейфы. Пульт-концентратор - центральное устройство системы типа охранная сигнализация. Он выполняется на базе микропроцессора.

          Все функции системы определяются программой микропроцессора. Параметры программы задает пользователь, в зависимости от его полномочий, со специального пульта. Пульты-концентраторы могут подключаться к персональным ЭВМ для обработки и регистрации сигналов тревоги, автоматического анализа состояния датчиков и функционирования всей системы. Пульты-концентраторы могут принимать и передавать сообщения по телефонной сети через коммуникационный модуль в автоматическом режиме.

          1. Датчики движения – датчики движения бывают простые и сложные. В простых сигнал обрабатывается аналоговыми методами, в сложных – с помощью встроенного процессора, то есть, цифровыми. Простые при этом имеют довольно серьезный недостаток – бывают ложные срабатывания при определённой скорости изменения теплового потока, что может быть вызвано сквозняком, включением либо выключением батарей отопления, нагревом поверхностей солнечным светом. В сложных датчиках эта проблема решена использованием многоканальных чувствительных головок и обработкой сигнала. Основная задача пассивного датчика движения – сигнализировать о попадании в зону чувствительности объекта, излучающего тепло. Главное отличие датчиков друг между другом – форма зоны чувствительности. Обычно это сектор 90-110 градусов, описанный в техническом описании датчиков в виде диаграмм, которые могут быть изменены прилагаемыми линзами Френеля либо накладками в зависимости от требований и особенностей помещения.