Уровень звукового давления и расстояние. Расчет количества громкоговорителей необходимого для озвучивания определенной территории

1. Расчет ожидаемых уровней звукового давления в расчетной точке и требуемого снижения уровней шума.

Если в помещение находится несколько источников шума с разными уровнями излучаемой звуковой мощности, то уровни звукового давления для среднегеометрических частот 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц и расчетной точке следует определяет по формуле:

Если вы хотите получить более подробную информацию о сложном сигнале, диапазон частот от 20 Гц до 20 КГц делится на октавы или третью октаву. Этот процесс известен как «Частотный анализ», и результаты представлены на графиках, как показано на рисунке 3, называемых спектрограммами.

Как только вы заметите разницу между звуковым давлением и звуковой мощностью, формулы отношений, которые объединяют их в «свободное поле» без отражений из-за близости стен, и тот факт, что вентилятор создает шум во время его работы, мы грубо анализируем эту звуковую мощность характеризует вентилятор, используя диаграмму рис.

L - ожидаемые октавные уровни давления в расчетной точке, дБ; χ - эмпирический поправочный коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения расстояния rот расчетной точки до акустического центра к максимальному габаритному размеру источника 1макс, рис.2 (методические указания). Акустическим центром источника шума, расположенного на полу, является проекция его геометрического центра на горизонтальную плоскость. Так как отношение r/lмакс во всех случаях, то примем и

Его спектр будет тем, что появляется ниже цифры, которая была получена добавлением 90 дБ к исправлениям, указанным в таблице. Источник питания усилителя мощности акустической системы одинаково важен для достижения требуемого уровня звукового давления в зоне вещания. Они также могут зависеть от сигнала, предоставленного ему, или, другими словами, содержимого воспроизводимой программы.

Для этого мы должны знать максимальное значение эффективного сигнала, подаваемого на громкоговоритель, с выхода усилителя. Этот сигнал характеризуется коэффициентом формы 6 дБ. Чтобы лучше понять дальнейшие соображения, мы должны сначала объяснить, что упоминается.

определяется по табл. 1 (методические указания). Lpi - октавный уровень звуковой мощности источника шума, дБ;

Ф - фактор направленности; для источников с равномерным излучением принимается Ф=1; S - площадь воображаемой поверхности правильной геометрической формы, окружающей источник и проходящей через расчетную точку. В расчетах принять, где r - расстояние от расчетной точки до источника шума; S = 2πr 2

Прямоугольная форма волны имеет коэффициент формы 1 или 0 дБ, что означает, что эффективные и максимальные значения равны. Синусоидальный сигнал имеет это отношение, а следовательно, и коэффициент гребня, равный 2. Вернемся к «реальности» - потому что каждый день никто не подвергается пыткам, слушая прямоугольную волну, чистую синусоиду или шум. На практике наиболее часто используемым звуком является речь или музыка, мало или совсем несжатые.

Ну, мы рассчитывали на формулу для расчета уровня напряжения, который, надеюсь, мы все знаем. На всякий случай, напомню - он имеет форму. Что после преобразований примет вид. Из другого источника мы знаем, что максимальное значение напряжения, которое способно «принять» динамик 32 эфф, что дает нам возможность максимального усиления 21 дБ по отношению к напряжению 2, 83 эфф - без превышения тепловых пределов работы.

2	x	3,14	x	7,5
2	x	3,14	x	11
2	x	3,14	x	8
2	x	3,14	x	9,5
2	x	3,14	x	14	2 = 1230,88 м 2

ψ- коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении, принимаемый по графику рис.3 (методические указания) в зависимости от отношения постоянной помещения В к площади ограждающих поверхностей помещения

В - постоянная помещения в октавных полосах частот, определяемая по формуле, где по табл. 2 (методические указания) ; м - частотный множитель определяемый по табл. 3 (методические указания).

Давайте посмотрим, например, на трансляцию. С коэффициентом формы 15 дБ. Попробуем определить, что является требованием к мощности усилителя, что позволяет нам передавать наш сигнал без перегрузки. Сначала нужно вычислить пиковое напряжение нашего сигнала по формуле.

Это пик речевого сигнала с коэффициентом гребня 15 дБ - много, правильно? Поэтому, если нам нужно усилить сигнал динамика при измерении его производительности, чтобы получить максимальную мощность, которую он может перемещать. К сожалению, не у каждого файла есть все данные - в некоторых мы найдем только часть, а иногда и ни одно из них.

Для 250 Гц: μ=0,55 ; м 3

Для 250 Гц: μ=0,7 ; м 3

Для 250 Гц: ψ=0,93

Для 250 Гц: ψ=0,85

т - количество источников шума, ближайших к расчетной точке, для которых (*). В данном случае выполняется условие для всех 5 источников, поэтому т =5.

n- общее количество источников шума в помещении с учетом коэффициента

одновременности их работы.

Найдем ожидаемые октавные уровни звукового давления для 250 Гц:

Напомним, что этот шаблон выглядит следующим образом. Теперь все просто - просто поместите эти значения в формулу. По сравнению с предыдущим расчетом «на ноги», мы получили несколько иной счет требуемую мощность, то вы не должны беспокоиться, потому что разница в 0, 04 дБ.

Для этого коэффициент усиления должен составлять 19 дБ. В этом случае, снова подставляя вышеприведенную формулу, получаем. Это действительно большой «конец», но, к сожалению, нам нужно будет воспроизводить пропорции в 15 децибел без искажений. Есть несколько аспектов - помимо уже упомянутых - которые должны быть приняты во внимание с использованием этого метода отбора мощности.

L = 10lg (1x8x10/ 353,25 +1x8x10/ 759,88 + 1x3,2x10/ 401,92 + 1x2x10/ 566,77 +1x8x10/ 1230,88 + 4 х 0,93 х(8x10 + 8x10+

3,2x10+2x10 +8x10) / 346,5)= 93,37дБ

Найдем ожидаемые октавные уровни звукового давления для 500 Гц:

L= 10lg (1x1,6x10/ 353,25 + 1x5x10/ 759,88 + 1x6,3x10/ 401,92 +

1x 1x10/ 566,77 + 1x1,6x10 / 1230,88 + 4 х 0,85 х(1,6x10 + 5x10+

6,3x10+ 1x10+1,6x10) / 441)= 95,12 дБ

Требуемое снижение уровней звукового давления в расчетной точке для восьми

Спектр сигнала, воспроизводимого динамиком, очень важен. В этом случае вы должны выполнить свой собственный тест на выносливость, но это совершенно другая тема. Использование усилителя с мощностью гораздо больше, чем номинальная мощность громкоговорителя или динамика, мы должны смотреть очень «чистый» сигнал, то есть тот факт, что он не был искажен, как перед усилителем, и -. Даже больше - в усилителе.

Изменения амплитуды громкоговорителя на уровне источника питания могут превышать 3 дБ - по сравнению с характеристикой при низком приводе, что может привести к повреждению передатчика. Как видно из приведенных выше примеров, квалифицированный выбор усилителя, как с учетом требований организатора, так и воспроизводимого материала, позволяет обрабатывать событие с меньшим количеством колонок. Однако важно иметь в виду, что мы работаем в «зонах повышенного риска», что требует от нас большей готовности и быстрого реагирования на неблагоприятные ситуации, описанные выше.

октавных полос по формуле:

, где

Требуемое снижение уровней звукового давления, дБ;

Полученные расчетом октавные уровни звукового давления, дБ;

L доп - допустимый октавный уровень звукового давления в изолируемом от шума

помещений, дБ, табл. 4 (методические указания).

Для 250 Гц: ΔL = 93,37 - 77 = 16,37 дБ Для500 Гц: ΔL = 95,12 - 73 = 22,12 Дб

2.Расчет звукоизолирующих ограждений, перегородок.

Звукоизолирующие ограждения, перегородки применяются для отделения «тихих» помещений от смежных «шумных» помещений; выполняются из плотных, прочих материалов. В них возможно устройство дверей, окон. Подбор материала конструкции производится по требуемой звукоизолирующей способности, величина которой определяется по формуле:

-суммарный октавный уровень звуковой мощности

излучаемой всеми источниками определяемый с помощью табл. 1 (методические указания).

Для250Гц: дБ

Для 500 Гц:

B и – постоянная изолируемого помещения

В 1000 =V/10=(8x20x9)/10=144 м 2

Для 250 Гц: μ=0,55 B И =В 1000 ·μ=144·0,55=79,2 м 2

Для 500 Гц: μ=0,7 B И =В 1000 ·μ=144·0,7=100,8 м 2

т - количество элементов в ограждении (перегородка с дверью т=2) S i - площадь элемента ограждения

S стены = ВхН - S двери = 20 · 9 - 2,5 = 177,5 м 2

Для 250 Гц:

R треб.стены = 112,4 - 77 – 10lg79,2 + 10lg177,5 + 10lg2 = 41,9 дБ

R треб.двери = 112,4 - 77 – 10lg79,2 + 10lg2,5 + 10lg2 = 23,4 дБ

Для 500 Гц:

R треб.стены = 115,33 - 73 – 10lg100,8 + 10lg177,5 + 10lg2 = 47,8 дБ

R треб.двери = 112,4 - 73 – 10lg100,8 + 10lg2,5 + 10lg2 = 29,3 дБ

Звукоизолирующее ограждение состоит из двери и стены, подберем материал

конструкций по табл. 6 (методические указания).

Дверь - глухая щитовая дверь толщиной 40мм, облицованная с двух сторон фанерой толщиной 4мм с уплотняющими прокладками.Стена - кирпичная кладка толщиной с двух сторон в 1 кирпич.

3.3вукопоглащающие облицовки

Применяются для снижения интенсивности отраженных звуковых волн.

Звукопоглощающие облицовки (материал, конструкция звукопоглощения и т.д.) следует производить по данным табл. 8 в зависимости от требуемого снижения шума.

Величина возможного максимального снижения уровней звукового давления в расчетной точке при применении выбранных звукопоглощающих конструкций определяется по формуле:

В -постоянная помещения до установки в нем звукопоглощающей облицовки.

B 1 - постоянная помещения после установки в нем звукопоглощающей конструкции и определяется по формуле:

A=α(S огр - S обл)) - эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностей не занятых звукопоглощающей облицовкой;

α -средний коэффициент звукопоглощения поверхностей не занятых звукопоглощающей облицовкой и определяется по формуле:

Для 250Гц: α = 346,5 / (346,5 + 2390) = 0,1266

Для 500 Гц: α = 441 / (441 + 2390) = 0,1558

Sобл - площадь звукопоглощающих облицовок

Sобл =0,6 S огр = 0,6 х 2390 = 1434 м 2 Для 250 Гц: А 1 = 0,1266 (2390 - 1434) = 121,03 м 2 Для 500 Гц: А 1 = 0,1558 (2390 - 1434) = 148,945 м 2

ΔА - величина добавочного звукопоглощения, вносимого конструкцией звукопоглощающей облицовки, м 2 определяется по формуле:

Реверберационный коэффициент звукопоглощения выбранной конструкции облицовки в октавной полосе частот, определяемый по табл.8 (методические указания). Выбираем супертонкое волокно,

ΔА = 1 х 1434 =1434 м 2

конструкциями, определяемый по формуле:

Для 250 Гц: = (121,03 + 1434) / 2390 = 0,6506 ;

В 1 = (121,03 + 1434) / (1 - 0,6506) = 4450,57 м 2

ΔL= 10lg (4450,57 х 0,93 / 346,5 х 0,36) = 15,21 дБ ".

Для 500 Гц: = (148,945 + 1434) / 2390 = 0,6623 ;

В 1 =(148,945 + 1434) / (1 - 0,6623) = 4687,43 м 2

ΔL = 10lg (4687,43 х 0,85 / 441 х 0,35) = 14,12 дБ.

Для 250 Гц и 500 ГЦ выбранная звукопоглощающая облицовка не будет обеспечивать необходимое снижение уровня шума в октавных полосах частот так как:

Дано: В рабочем помещении длиной А м, шириной В м, и высотой Н м
размещены источники шума – ИШ1, ИШ2, ИШ3, ИШ4 и ИШ5 с уровнями звуковой мощности. Источник шума ИШ1 заключен в кожух. В конце цеха находится помещение вспомогательных служб, которое отделено от основного цеха перегородкой с дверью площадью. Расчетная точка находится на расстоянии г от источников шума.

4. Уровни звукового давления в расчетной точке - РТ, сравнить с допустимыми по нормам, определить требуемое снижение шума на рабочих местах.

5. Звукоизолирующую способность перегородки и двери в ней, подобрать материал для перегородки и двери.

6. Звукоизолирующую способность кожуха для источника ИШ1. Источник шума установлен на полу, размеры его в плане - (а х b) м, высота - h м.

4. Снижение шума при установке на участке цеха звукопоглощающей облицовки. Акустические расчеты проводятся в двух октавных полосах на среднегеометрических частотах 250 и 500Гц.

Исходные данные:

Величина	250Гц	500Гц	Величина	250Гц	500Гц
	103	100
	97	92
	100	99
	82	82
	95	98

Общие положения.

Расчет акустических параметров звуковоспроизводящих устройств предполагает выбор необходимых громкоговорителей в зависимости от действующего уровня фонового шума и выбранной схемы озвучивания. Действующий уровень фонового шума зависит от назначения помещения. Полагается, что для качественного восприятия речи (диспетчерских передач) уровень звукового давления громкоговорителя должен на 10-15дБ превышать уровень фонового шума в наиболее удаленной точке помещения.

При относительно низких фоновых шумах (менее 75дБ) необходимо обеспечивать избыточный уровень полезного сигнала 15дБ, при высоких (более 75дБ) - достаточно 10дБ.

Т.е. требуемый уровень звукового давления:

ДБ - для помещения с относительно низким уровнем фоновых шумов;

, дБ - для помещения с высоким уровнем фоновых шумов;

где - действующий уровень фонового шума в помещении

Для сравнения можно привести характерные уровни звуковых шумов для помещений различного назначения:

нормальная тишина в помещении – 45 – 55дБ;

приглушенные разговоры в помещении – 55дБ;

разговоры учащихся во время занятий - 60дБ;

шумы в среднем магазине – 63дБ;

шумы на переменах в помещениях учебных заведений, в крупных магазинах - 65 – 70дБ;

шумы в залах ожиданий вокзалов, очень крупных магазинов и т.п. помещений с большим числом разговаривающих людей - 70 - 75дБ;

шумы в аппаратных залах и т.п. помещениях с большим числом работающих людей и механизмов – 75 - 80дБ;

шумы в цехах металло- и деревообрабатывающих предприятий, на крупных фабриках - 85 – 90дБ.

Характеристики громкоговорителей.

К основным характеристикам громкоговорителей относятся их направленность, диапазон частот и уровень звукового давления, развиваемого на одном метре от излучателя.

Ненаправленными громкоговорителями считают динамики, потолочные громкоговорители, а так же всевозможные звуковые колонки (хотя, если считать более строго, колонки занимают промежуточное положение между направленными и ненаправленными системами). Область распространения звука ненаправленных громкоговорителей (диаграмма направленности) достаточно широка (около 60), а уровень звукового давления относительно невелик.

К направленным громкоговорителям в первую очередь относятся рупорные излучатели т.н. «колокольчики». В рупорных громкоговорителях происходит концентрация акустической энергии за счет особенностей конструкции самого рупора, они отличаются узкой диаграммой направленности (около 30) и высоким уровнем звукового давления. Работают рупорные громкоговорители в узкой полосе частот и потому плохо подходят для качественного воспроизведения музыкальных программ, хотя за счет высокого уровня звукового давления хорошо подходят для озвучивания больших площадей, в том числе открытых пространств.

Выбор громкоговорителей по диапазону частот зависит от назначения системы. Для диспетчерских передач и создания музыкального фона вполне достаточен диапазон 200Гц – 5кГц, он обеспечивается практически любыми акустическими устройствами (рупорные излучатели имеют несколько меньший диапазон, но для речевых передач его вполне хватает). Для высококачественного озвучивания, требуются громкоговорители, имеющие диапазон частот не менее 100Гц – 10кГц.

Необходимый уровень звукового давления является единственной характеристикой громкоговорителя, которая определяется по результатам расчетов. Именно с этой характеристикой возникает наибольшее число проблем и в чаще всего они связаны с путаницей между электрической мощностью и звуковым давлением. Между этими величинами существует косвенная зависимость, поскольку громкость звучания определяется звуковым давлением, а мощность обеспечивает работу громкоговорителя, из подводимой мощности только часть преобразуется в звук и величина этой части зависит от к.п.д. конкретного громкоговорителя. Большинство производителей акустических систем приводят или звуковое давление в Паскалях (Па), или уровень звукового давления в дБ на расстоянии 1м от излучателя. Если приведено звуковое давление в Па, а требуется получить уровень звукового давления в дБ, перевод одной величины в другую осуществляется по формуле:

Для типичного ненаправленного громкоговорителя можно принять, что 1Вт электрической мощности соответствует уровню звукового давления примерно 95дБ. Каждое увеличение (уменьшение) мощности вдвое, приводит к увеличению (уменьшению) уровня звукового давления на 3дБ. Т.е. 2Вт – 98дБ, 4Вт – 101дБ, 0.5Вт – 92дБ, 0.25Вт – 89дБ и т.п. Существуют громкоговорители, имеющий звуковое давление на 1Вт мощности менее 95дБ и громкоговорители, обеспечивающие на 1Вт 97 и даже 100дБ, при этом одноваттный громкоговоритель с уровнем звукового давления 100дБ заменяет громкоговоритель мощностью 4 Вт с уровнем 95дБ/Вт (95дБ – 1Вт, 98дБ – 2Вт, 101дБ – 4Вт), очевидно, что применение такого громкоговорителя более экономично. Можно добавить, что при одной и той же электрической мощности уровень звукового давления потолочных громкоговорителей на 2 – 3 дБ ниже, чем настенных. Это связано с тем, что настенный громкоговоритель расположен либо в отдельном корпусе, либо у хорошо отражающей задней поверхности, поэтому звук, излучаемый назад, практически полностью отражается вперед. Потолочные громкоговорители, как правило, крепятся на фальшпотолках или подвесах поэтому звук, излучаемый назад, не отражается и

не влияет на повышение фронтального звукового давления. Рупорные громкоговорители при мощностях 10 – 30 Вт обеспечивают звуковое давление 12-16Па (115-118дБ) и более имея, тем самым, наиболее высокое соотношением дБ/Вт.

В заключение, еще раз обращаем внимание на то, что при расчетах громкоговорителей необходимо обращать внимание на развиваемое им звуковое давление, а не на электрическую мощность , и только при отсутствии этой характеристики в описании, руководствоваться типовой зависимостью - 95дБ/Вт.

Расчет мощности громкоговорителей для сосредоточенных систем.

Расчет мощности громкоговорителей для сосредоточенных систем осуществляется в следующем порядке:

определяется необходимый уровень звука в удаленной точке озвучиваемого помещения:

,дБ, где - действующий уровень фонового шума в помещении, 10 –превышение требуемого уровня звукового давления над фоном.

, Па

, где - расстояние от громкоговорителя до крайней точки.

Если в сосредоточенной системе используется несколько громкоговорителей, то

, где -число громкоговорителей в сосредоточенной системе.

Пример:

Исходные данные: -- 15м;

- 65дБ.

= 65 + 10 = 75дБ;

=

= 0.112Па;

= 0.112*15=1.68Па;

=

= 98.5дБ.

Типовой громкоговоритель мощностью 1Вт обеспечивает уровень звукового давления примерно 95дБ, мощностью 2Вт – 98дБ. Требуемый расчетный уровень звукового давления 98.5дБ чуть больше 2Вт, следовательно можно применить двухваттный громкоговоритель.

Исходные данные: расстояние от громкоговорителя до удаленной точки - 15м;

уровень фонового шума в помещении - - 75дБ.

Требуемый уровень звука в удаленной точке -

= 75 + 10 = 85дБ;

Требуемое звуковое давление в удаленной точке:

=

= 0.35 Па;

Необходимое звуковое давление на расстоянии 1м от громкоговорителя:

= 0.35 *15/2=3.6Па;

Уровень звукового давления, которое должен развивать громкоговоритель на расстоянии 1м:

=

= 105дБ.

Типовой громкоговоритель мощностью 1Вт обеспечивает уровень звукового давления примерно 95дБ, мощностью 2Вт – 97дБ, 4Вт – 101дБ, 8Вт – 104дБ Следовательно, каждый из двух громкоговорителей должен иметь мощность около 8Вт.

Исходные данные: расстояние от громкоговорителя до удаленной точки - 80м;

уровень фонового шума - - 70дБ.

Требуемый уровень звука в удаленной точке -

= 70 + 10 = 80дБ;

Требуемое звуковое давление в удаленной точке:

=

= 0.19 Па;

Необходимое звуковое давление на расстоянии 1м от громкоговорителя:

= 0.19 *80= 15.96Па;

Уровень звукового давления, которое должен развивать громкоговоритель на расстоянии 1м:

=

= 117.6 дБ.

Громкоговоритель типа 50ГРД-3 мощностью 50Вт, имеет уровень звукового давления 118дБ, т.е. достаточен для озвучивания участка на заданном расстоянии.

Для упрощения расчетов мощности типовых громкоговорителей для небольших помещений (как правило, с сосредоточенной системой) можно воспользоваться графиками, приведенными ниже (Рис.4.9). Графики получены для помещений, из расчета соотношения ширины к длине (b/L) = 0.5 и потолками высотой 3 - 4.5м. Использована зависимость несколько больше типовой - 97дБ/Вт. Над каждой кривой приведен уровень фонового шума и в скобках, необходимый уровень звукового давления. Например, помещение площадью 80м.кв., уровень фонового шума 72дБ, требуемый уровень звукового давления 82 дБ, по графику - необходимая электрическая мощность типового громкоговорителя - 4 Вт.

Расчет мощности громкоговорителей для распределенных систем

Расчет мощности громкоговорителей для одинарной и двойной настенной цепочки:

определяется необходимый уровень звука в помещении:

, дБ, где - действующий уровень фонового шума в помещении.

рассчитывается звуковое давление, которое должен развивать громкоговоритель в удаленной точке:

, Па

определяется звуковое давление, которое должен развивать громкоговоритель на расстоянии 1м:

для одиночной цепочки или цепочки, расположенной в шахматном порядке

, Па,

для двойной цепочки:

, Па

где b – ширина помещения,D - расстояние между громкоговорителями в цепочке. ВместоD можно подставить выражение:D =L / N , где L – длина помещения, N– количество громкоговорителей вдоль одной стены.

определяется уровень звукового давления, которое должен обеспечивать каждый громкоговоритель: