Громкоговорители для систем оповещения

Оглавление

КУПИТЬ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ ROXTON

Громкоговоритель потолочныйГромкоговоритель подвеснойГромкоговоритель настенныйГромкоговоритель рупорныйГромкоговоритель рупорный широкополосныйЗвуковая колоннаЗвуковой прожекторГромкоговоритель специального назначения

 

1. Назначение и область применения громкоговорителей

Громкоговоритель – это устройство, преобразующее электрический звуковой сигнал на входе, в слышимый акустический сигнал на выходе. Для обеспечения надлежащего качества громкоговоритель должен работать громко и качественно - воспроизводить звуковой сигнал в допустимом (слышимом) динамическом (85-120дБ) и частотном (200 -5000Гц) диапазонах.

Громкоговорители имеют самое широкое применение в различных сферах человеческой деятельности: в промышленности, транспорте, спорте, культуре, сфере бытовых услуг. Например, в промышленности громкоговорители используются для обеспечения громкоговорящей связи (ГГС), в сфере транспорта – для экстренной связи, объявлений, в бытовой сфере – для пейджингового оповещения, а также музыкальной фоновой трансляции. В области культуры, спорта наиболее широкое применение имеют профессиональные акустические системы, предназначенные для качественного музыкального оформления мероприятий. На базе таких систем строятся системы звукового обеспечения (СЗО). Громкоговорители активно применяются в широкой сфере организационных мероприятий по защите населения: в сфере безопасности – в системах оповещения и управление эвакуацией (СОУЭ), в сфере гражданской обороны – в локальных системах оповещения (ЛСО) и предназначены для непосредственного (звукового) оповещения людей при пожаре и чрезвычайных ситуациях.

 

2. Трансформаторные громкоговорители

Трансформаторные громкоговорители – громкоговорители со встроенным трансформатором являются конечными исполнительными элементами в проводных трансляционных системах, на базе которых строятся системы оповещения о пожаре, локальные системы оповещения, системы громкоговорящей связи. В таких системах реализован принцип трансформаторного согласования, при котором отдельный громкоговоритель или линия с несколькими громкоговорителями подключается к высоковольтному выходу трансляционного усилителя. Передача сигнала в высоковольтной линии позволяет сохранять величину передаваемой мощности за счет уменьшения токовой составляющей, тем самым минимизировать потери на проводах. В трансформаторном громкоговорителе осуществляется 2 этапа преобразования. На первом этапе при помощи трансформатора происходит понижение напряжения высоковольтного звукового электрического сигнала, на втором этапе осуществляется преобразование электрического сигнала в слышимый акустический звуковой сигнал.

На рисунке изображена задняя часть корпусного настенного трансформаторного громкоговорителя. Трансформаторный громкоговоритель состоит из следующих частей:

 

 

Корпус громкоговорителя в зависимости от области применения может быть выполнен из различных материалов, наиболее широким из которых на сегодняшний день является АВС пластик. Корпус необходим как для удобства монтажа громкоговорителя, предохранения токоведущих частей от попадания пыли и влаги, улучшения акустических характеристик, формирования необходимой диаграммы направленности (ШДН).

Понижающий трансформатор предназначен для понижения высоковольтного напряжения входной линии (15/30/60/120В или 25/75/100В) до рабочего напряжения электродинамического преобразователя (динамика). Первичная обмотка трансформатора может содержать несколько отводов (например, полная мощность, 2/3 мощности, 1/3 мощности), что позволяет варьировать выходной мощностью. Отводы маркируются и подключаются к клеммным колодкам. Таким образом каждый такой отвод обладает своим импедансом (r, Ом) – реактивным сопротивлением (первичной обмотки трансформатора) зависящим от частоты. Выбирая (зная) значение импеданса можно рассчитать мощность (p, Вт) громкоговорителя при различных напряжениях (u, В) входной трансляционной линии, как:

p = u2 / r

Клеммная колодка обеспечивает удобство подключения трансляционной линии к различным отводам первичной обмотки трансформаторного громкоговорителя.

Динамик – устройство для преобразования электрического сигнала на входе в звуковой (слышимый) акустический сигнал на выходе. Подключается ко вторичной обмотке понижающего трансформатора. В рупорном громкоговорителе роль динамика выполняет драйвер, жестко скрепленный с рупором.

3. Устройство динамика

Динамик (электродинамический преобразователь) – громкоговоритель, преобразующий электрический сигнал на входе, в звуковые волны на выходе при помощи механической подвижной системы диафрагмы или диффузора (см. рисунок, картинка взята из интернета).

 

 

Основным рабочим узлом электродинамического громкоговорителя является диффузор, который осуществляет 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 аудио сигналу, 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.

 

4. 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):

  • металлическая диафрагма (a);
  • звуковая катушка или кольцо (b);
  • цилиндрический магнит (c);
  • компрессионный драйвер (d);
  • концентрический канал или выступ (e);
  • рупор или горн (f).

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.

 

5. Подключение трансформаторных громкоговорителей

В трансляционных системах наиболее распространен вариант, когда к одному трансляционному усилителю необходимо подключить несколько трансформаторных громкоговорители, например, для увеличения громкости или площади покрытия.

При большом количестве громкоговорителей удобней всего подключать их не непосредственно к усилителю, а к линии, которая в свою очередь подключена к усилителю или коммутатору (см. рисунок).

 

 

Длина таких линий может быть достаточно протяженной (до 1км). К одному усилителю может быть подключено несколько таких линий, при этом следует соблюдать следующие правила:

ПРАВИЛО 1: Трансформаторные громкоговорители подключаются к трансляционному усилителю (только) параллельно.

ПРАВИЛО 2: Суммарная мощность всех громкоговорителей, подключенных к трансляционному усилителю (в том числе через релейный модуль), не должна превышать номинальной мощности трансляционного усилителя.

Для удобства и надежности подключения(соединения) необходимо использовать специальные клеммники.

 

6. Классификация громкоговорителей

Возможный вариант классификации громкоговорителей представлен на рисунке.

 

 

Громкоговорители для систем оповещения можно классифицировать по следующим категориям:

  • По области применения,
  • По характеристикам,
  • По конструктивному исполнению.

 

7. Область применения громкоговорителей

Громкоговорители имеют широкую область применения: от громкоговорителей используемых в тихих закрытых помещениях, до громкоговорителей используемых на шумных открытых площадках, в зависимости от акустических характеристик – от речевых объявлений до фоновой музыкальной трансляции.

В зависимости от условий эксплуатации и области применения громкоговорители можно разбить на 3 основных группы:

  1. Громкоговорители внутреннего исполнения – используются для применения в закрытых помещениях. Для данной группы громкоговорителей характерна не высокая степень защиты (IP-41).
  2. Громкоговорители внешнего исполнения – используются для применения на открытых площадках. Такие громкоговорители иногда называют уличными. Для данной группы громкоговорителей характерна высокая степень защиты (IP-54).
  3. Громкоговорители взрывозащищенного исполнения (взрывозащищенные) – используются для применения во взрывоопасных помещениях или на территориях с повышенным содержанием агрессивных (взрывоопасных) веществ. Для данной группы громкоговорителей характерна высокая степень защиты (IP-67). Такие громкоговорители применяются в нефтяной, газовой промышленности, на атомных станциях и т.д.

Каждой из групп можно сопоставить соответствующий класс (степень) защиты IP. Под степенью защиты понимается способ ограничивающий доступ к опасным токоведущим и механическим частям, попадание твердых предметов и (или) воды внутрь оболочки.

Маркировка степени защиты оболочки электрооборудования осуществляется при помощи международного знака защиты (IP) и двух цифр, первая из которых означает защиту от попадания твердых предметов, вторая — от проникновения воды.

Наиболее распространенными для громкоговорителей, являются следующие степени защиты:

  • IP-41 где: 4 – Защита от посторонних предметов размером более 1 мм; 1 – Вертикально капающая вода не должна нарушать работу устройства. Громкоговорители такого класса чаще всего устанавливаются в закрытых помещениях.
  • IP-54 где: 5 – Пылезащита, при которой некоторое количество пыли может проникать внутрь, однако это не должно нарушать работу устройства; 4 – Брызги. Защита от брызг, падающих в любом направлении. Громкоговорители такого класса чаще всего устанавливаются на открытых площадках.
  • IP-67 где: 6 – Пыленепроницаемость, при которой пыль не должна попасть в устройство, полная защита от контакта; 7 – При кратковременном погружении вода не должна попадать в количествах, нарушающих работу устройства. Громкоговорители данного класса устанавливаются в местах, подверженных критическим воздействиям. Существуют и более высокие степени защиты.

 

8. 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.

 

8.1 Классификация громкоговорителей по ширине АЧХ

В зависимости от ширины АЧХ громкоговорители можно разделить на узкополосные, полосы которых достаточно только для воспроизведения речевой информации (от 200Гц до 5кГц) и широкополосные (от 40Гц до 20кГц), применяемые для воспроизведения не только речи, но и музыки.

Частотная характеристика громкоговорителя по звуковому давлению – это графическая или численная зависимость уровня звукового давления от частоты сигнала, развиваемого громкоговорителем в определенной точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра при постоянном значении напряжения на выводах громкоговорителя.

В зависимости от ширины АЧХ громкоговорители могут быть узкополосными и широкополосными.

Узкополосные громкоговорители, характеризуются ограниченным значением АЧХ и, как правило, используются для воспроизведения речевой информации, находящейся в диапазоне от 200...400 Гц –низкий мужской голос, до 5...9 кГц – женский высокий голос.

Широкополосные громкоговорители характеризуются широкой АЧХ. Качество звучания громкоговорителя определяется величиной неравномерности частотной характеристики – разности максимального и минимального значений уровней звукового давления в заданном диапазоне частот. Для обеспечения надлежащего качества данная величина не должна превышать 10%.

 

8.2 Классификация громкоговорителей по ширине диаграммы направленности

Ширина диаграммы направленности (ШДН) определяется типом и конструкцией громкоговорителя и существенным образом от частотного диапазона.

Громкоговорители с узкой ШДН называют узконаправленными (например, рупорные громкоговорители, прожекторы). Преимуществом таких громкоговорителей является высокое звуковое давление.

Громкоговорители с широкой ШДН называют широконаправленными (например, акустические системы, звуковые колонны, корпусные громкоговорители).

 

8.3 Классификация громкоговорителей по звуковому давлению

Громкоговорители можно условно различить по уровню звукового давления.

Уровень звукового давления SPL (Sound Pressure Level) — измеренное по относительной шкале значение звукового давления, отнесённое к опорному давлению 20 мкПа, соответствующему порогу слышимости синусоидальной звуковой волны частотой 1 кГц. Величину SPL называемую чувствительностью громкоговорителя (измеряется в децибелах, дБ) следует отличать от (максимального) уровня звукового давления, max SPL, характеризующего способность громкоговорителя воспроизводить без искажений верхний уровень заявленного динамического диапазона. Таким образом, звуковое давление громкоговорителя (в паспортах обозначается как, maxSPL) по другому называемое громкостью громкоговорителя и складывается из его чувствительности (SPL) и электрической (паспортной) мощности (Р, Вт), переведенной в децибелы (дБ), по правилу "десяти логарифмов":

maxSPL = SPL + 10Lg(P)

Из данной формулы видно, что высокий или низкий уровень звукового давления (громкости) в большей степени зависит не его электрической мощности, а от чувствительности определяемой типом громкоговорителя.

Громкоговорители внутреннего исполнения, как правило, имеют maxSPL не превышающее 100дБ, в то время как звуковое давление, например, рупорных громкоговорителе может достигать 132дБ.

 

8.4 Классификация громкоговорителей по конструктивному исполнению

Громкоговорители для трансляционных систем различаются по конструктивному исполнению. В самом общем случае громкоговорители можно разделить на корпусные (с электродинамическим громкоговорителем) и рупорные. Корпусные громкоговорители в свою очередь можно разделить на потолочные и настенные, врезные и накладные. Рупорные громкоговорители могут отличаться формой раскрыва – круглые, прямоугольные, материалом – пластик, алюминий.

Пример классификации громкоговорителей по конструктивному исполнению дан в статье "Конструктивные особенности громкоговорителей ROXTON".

 

9. Расстановка громкоговорителей

Одной из актуальных является задача правильного выбора типа, количества. Правильной схемой расстановки громкоговорителей можно добиться хороших результатов – высокого качества звучания, фоновой разборчивости, равномерного (комфортного) распределения звука. Приведем несколько примеров.

Для озвучивания открытых площадок используются рупорные громкоговорители, благодаря таким их характеристикам, как высокая степень направленности звука и высокий КПД.

В закрытых помещениях рекомендуется устанавливать громкоговорители внутреннего исполнения. В зависимости от конфигурации помещения это могут быть как потолочные, так и настенные громкоговорители.

В коридорах, галереях и других протяженных помещениях рекомендуется устанавливать звуковые прожекторы. Прожектор может устанавливаться как в конце коридора – однонаправленный прожектор, так и в середине коридора – двунаправленный прожектор и способен легко пробивать длины, в несколько десятков метров.

При использовании потолочных громкоговорителей необходимо учитывать, что звуковая волна от громкоговорителя распространяется перпендикулярно полу, следовательно, озвучиваемая площадь, определяемая на высоте ушей слушателей, представляет собой круг, радиус которого для диаграммы направленности 90° принимается равным разности высоты потолка (крепления громкоговорителя) и расстояния до отметки 1,5м от пола (по нормативным документам).

В большинстве задач для расчетов потолочной акустики используется (геометрический) лучевой метод, при котором, звуковые волны отождествляются с геометрическими лучами. При этом диаграмма направленности потолочного громкоговорителя определяет угол вершины прямоугольного треугольника, а половина основания – радиус круга. Таким образом для расчета площади озвучиваемой потолочным громкоговорителем достаточно теоремы Пифагора.

Для равномерного озвучивания помещения громкоговорители следует устанавливать так, чтобы результирующие площади слегка перекрывали друг друга. Необходимое количество громкоговорителей получается из отношения величин озвучиваемой площади к площади, озвучиваемой одним громкоговорителем. Расстановка громкоговорителей определяется геометрией здания. Расстояние между громкоговорителями, или шаг расстановки, определяют, исходя из областей покрытия. При неправильной расстановке (превышении шага) звуковое поле будет распределяться неравномерно, в некоторых областях будут наблюдаться провалы, ухудшающие восприятие.

В случае применения громкоговорителей с большим звуковым давлением, возрастает уровень реверберационного фона, что приводит к такому негативному явлению, как эхо. Чтобы компенсировать этот эффект, пол и стены помещения покрывают или отделывают звукопоглощающими материалами (например, коврами). Еще одна причина реверберации – неправильная расстановка громкоговорителей. В помещениях с высокими потолками близко расположенные громкоговорители являются источником мощной помехи друг для друга. Для уменьшения данного влияния громкоговорители желательно располагать на большем расстоянии, но для сохранения характеристик придется увеличивать мощность. В таких случаях можно порекомендовать использовать подвесные звуковые громкоговорители.

Расстановка громкоговорителей в помещениях осуществляется после предварительных расчетов. Расчеты могут как подтверждать, так и определять различные схемы расстановки, наиболее эффективными из которых являются: расстановка по схеме "квадратная решетка", "треугольник", в шахматном порядке. Для расстановки громкоговорителей в коридорах основным расчетным параметром является шаг расстановки.

Вопросы, связанные с электроакустическим расчетом и с расстановкой громкоговорителей будут, подробно освещены в следующей статье.