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.

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.