Ослабление звукового сигнала при прохождении через стену

Пример электроакустического расчета СОУЭ

Содержание

1. Общая часть

Требуется выполнить расчет системы оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) людей при пожарах, для здания «Общежитие рабочих специалистов на 25 человек». Для того что бы правильно расположить оповещатели в соответствии с нормами изложенными в НПБ 104-03, будет использоваться «Методика электроакустического расчета СОУЭ на базе оборудования марок «Тромбон» и «Глагол»».

Проектируемое здание нужно оборудовать устройствами оповещения людей о пожаре по 2 типу.

Для оповещения людей о пожаре будут использоваться оповещатели типа «Маяк-12-3М» (ООО «Электротехника и Автоматика», Россия, г. Омск) и световые оповещатели «ТС-2 СВТ1048.11.110» (табло «Выход») подключенные к прибору С2000-4 (ЗАО НВП «Болид»).

Для сети оповещения при пожаре применяется огнестойкий кабель КПСЭнг(А)-FRLS-1х2х0,5.

Для эл. питания оборудования по напряжению U=12 В применяется источник резервированного эл. питания «РИП-12» исп.01 с аккумуляторной батареей емк. 7 А•ч. Аккумуляторные батареи источника эл. питания обеспечивают работу оборудования в течение не менее 24 часов в дежурном режиме и 1 час в режиме «Пожар» при отключении основного источника эл.питания.

2. Требования нормативных документов применяемых в данном расчете

Основные требования к СОУЭ изложены в НПБ 104-03 «Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях»:

3. Принятые расчетные допущения

Исходя из геометрических размеров помещений, все помещения делятся только на три типа:

• «Комната» — площадь до 40 кв.м;
• «Коридор» -длина превышает ширину в 2 и более раз;
• «Зал» — площадь более 40 кв.м. (в данном расчете не применяется).

В помещении типа «Комната» размещаем один оповещатель.

В помещении типа «Коридор» – будут размещаться несколько оповещателей, равномерно расположенные по помещению.

4. Таблица значений ослабления звукового сигнала

В воздушной среде звуковые волны затухают вследствие вязкости воздуха и молекулярного затухания. Звуковое давление ослабевает пропорционально логарифму расстояния ( R ) от оповещателя: F (R) = 20 lg (1/R). На рис.1 показан график ослабления звукового давления в зависимости от расстояния до источника звука F (R) =20 lg (1/R).

Рис. 1 — График ослабления звукового давления в зависимости от расстояния до источника звука F (R) =20 lg (1/R)

Для упрощения расчетов ниже приведена таблица реальных значений уровней звукового давления от оповещателя «Маяк-12-3М» на различных расстояниях.

Таблица — Звуковое давление, создаваемое одиночным оповещателем, при его включении на 12В на различном расстоянии от оповещателя.

Расстояние от оповещателя, м	Звуковое давление, дБ, для модели оповещателя «Маяк-12-3М»
1	105
2	99
3	95,5
4	93
5	91
6	89,4
7	88,1
8	86,9
9	85,9
10	85
11	84,2
12	83,4
13	82,7
14	82,1
15	81,5

5. Выбор количества оповещателей в конкретном типе помещений

На поэтажных планах обозначены геометрические размеры и площадь каждого помещения.

В соответствии с принятым ранее допущением, делим их на два типа:

• «Комната» — площадь до 40 кв.м;
• «Коридор» — длина превышает ширину в 2 и более раз.

В помещении типа «Комната» допускается размещение одного оповещателя.

В помещении типа «Коридор» – будут размещаться несколько оповещателей, равномерно расположенные по помещению.

Как результат – определение количества оповещателей в конкретном помещении.

Выбор «расчётной точки» — точки на плоскости озвучивания в данном помещении, максимально удалённой от оповещателя, в которой необходимо обеспечить уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума.

Как результат – определение длины прямой, соединяющей точку крепления оповещателя с «расчётной точкой».

Расчетная точка — точка на плоскости озвучивания в данном помещении, максимально удалённой от оповещателя, в которой необходимо обеспечить уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума, согласно НПБ 104-03 п.3.15.

На основании СНИП 23-03-2003 пункта 6 «Нормы допустимого шума» и приведённой там же «Таблицы 1» выводим значения допустимого уровня шума для общежития рабочих специалистов равно 60 дБ.

При расчетах следует учитывать ослабление сигнала при прохождении через двери:

• противопожарные -30 дБ(А);
• стандартные -20 дБ(А)

Таблица 1 – Нормы допустимого шума

Условные обозначения

Примем следующие условные обозначения:

• Н под. – высота подвеса оповещателя от пола;
• 1,5м — уровень 1,5 метра от пола, на этом уровне находится плоскость озвучивания;
• h1 — превышение над уровнем 1,5 м до точки подвеса;
• Ш — ширина помещения;
• Д — длина помещения;
• R — расстояние от оповещателя до «расчётной точки»;
• L — проекция R ( расстояние от оповещателя до уровня 1,5 м на противоположной стене);
• S — площадь озвучивания.

5.1 Расчет для помещения типа «Комната»

Определим «расчётную точку» — точку, максимально удалённую от оповещателя.

Для подвеса выбираются «меньшие» стены, противостоящие по длине помещения, в соответствии с НПБ 104-03 в п. 3.17.

Рис. 2 — Вертикальная проекция крепления настенного оповещателя по НПБ

Оповещатель располагаем по середине «Комнаты» — по центру короткой стороны, как изображено на рис.3

Рис. 3 — Расположение оповещателя по середине «Комнаты»

Для того, чтобы вычислить размер R, необходимо применить теорему Пифагора:

5.1.1 Определяем уровень звукового давления в расчетной точке:

Р = Рдб + F (R)=105+(-15,8)=89,2 (дБ)

• Pдб – звуковое давление громкоговорителя, согласно тех. информации на оповещатель «Маяк-12-3М» равнo 105 дБ;
• F (R) – зависимость звукового давления от расстояния, равна -15,8 дБ в соответствии с рис.1 когда R=6,22 м.

5.1.2 Определяем величину звукового давления, в соответствии с НПБ 104-03 п.3.15:

Р р.т. = N + ЗД =60+15=75 (дБ)

где:

• N – допустимый уровень звука постоянного шума, для общежитий равна 75 дБ;
• ЗД – запас звукового давления, равный 15 дБ.

5.1.3 Проверка правильности расчета:

Р =89,2 > Р р.т.=75 (условие выполняется)

Таким образом, в результате расчетов, выбранный тип оповещателя «Маяк-12-3М» обеспечивает и превышает значение звукового давления, тем самым обеспечивая четкую слышимость звуковых сигналов СОУЭ в защищаемом помещении.

5.2 Расчет для помещения типа «Коридор»

Оповещатели размещаются на одной стене коридора с интервалом в 4-ре ширины. Первый размещаются на расстоянии ширины от входа. Общее количество оповещателей исчисляется по формуле:

N = 1 + (Д – 2*Ш) / 3*Ш= 1+(26,78-2*2,435)/3*2,435=4 (шт.)

где:

• Д – длина коридора, в соответствии с планом равна 26,78 м;
• Ш – ширина коридора, в соответствии с планом равна 2,435 м.

Количество округляется до целого значения в большую сторону. Размещение оповещателей представлено на рис. 4.

Рис.4 — Размещение оповещателей в помещении типа «Коридор» при ширине менее 3-х метров и расстояние «до расчётной точки»

5.2.1 Определяем расчётные точки:

«Расчётная точка», находится на противоположной стене на удалении в две ширины от оси оповещателя».

Если оповещатели размещаются на рекомендованной высоте 2,3 метра от пола, то расстояние от оповещателя до «расчётной точки» рассчитывается по формуле:

5.2.2 Определяем уровень звукового давления в расчетной точке:

Р = Рдб + F (R)=105+(-14,8)=90,2 (дБ)

где:

• Pдб – звуковое давление громкоговорителя, согласно тех. информации на оповещатель «Маяк-12-3М» равно 105 дБ;
• F (R) – зависимость звукового давления от расстояния, равна -14,8 дБ в соответствии с рис.1 когда R=5,5 м.

5.2.3 Определяем величину звукового давления, в соответствии с НПБ 104-03 п.3.15:

Р р.т. = N + ЗД =60+15=75 (дБ)

где:

• N – допустимый уровень звука постоянного шума, для общежитий равна 75 дБ;
• ЗД – запас звукового давления, равный 15 дБ.

5.2.4 Проверка правильности расчета:

Р=90,2 > Р р.т=75 (условие выполняется)

Таким образом, в результате расчетов, выбранный тип оповещателя «Маяк-12-3М» обеспечивает и превышает значение звукового давления, тем самым обеспечивая четкую слышимость звуковых сигналов СОУЭ в защищаемом помещении.

В соответствии с расчетом, выполним расстановку звуковых оповещателей см. рис.5.

Рис.5 — План размещения оповещателей на отм. 0.000

Источник

Ослабление звукового сигнала при прохождении через стену

ОСЛАБЛЕНИЕ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ХАОТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ДИАПАЗОНА 3–5 ГГЦ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЧЕРЕЗ

А. И. Рыжов 1 , В. А. Лазарев 2 , Т. И. Мохсени 1 , Д. В. Никеров 2 , Ю. В. Андреев 1 , А. С. Дмитриев 1 , Н. П. Чубинский 2

1 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

2 Московский физико-технический институт (гос. университет)

Получена 24 апреля 2012 г.

Аннотация. В статье описываются измерения степени затухания сверхширокополосных сигналов при прохождении через стены и межэтажные перекрытия современных зданий. Проанализированы имеющиеся в литературе данные по распространению радиоволн диапазона 400 – 10000 МГц в стенах зданий. Проведены измерения параметров затухания сверхширокополосных непрерывных хаотических сигналов в стенах современных зданий. Проводится сравнение экспериментальных данных затухания СШП сигналов с результатами, полученными при использовании узкополосных зондирующих сигналов.

Ключевые слова : распространение сигналов, ослабление сигнала, поглощение сигнала, СВЧ-сигнал, узкополосные сигналы, сверхширокополосные сигналы, СШП, сверхширокополосная радиосвязь, динамический хаос, хаотический радиоимпульс.

Abstract. Measurements of ultrawideband signal absorption in walls and floors of modern buildings are described. Available data on 400 – 10000 MHz radio wave propagation through wall materials are analyzed. Absorption of ultrawideband continuous chaotic signals in walls is measured. Experimental data on ultrawideband signals is compared with absorption data of narrowband probing signals.

Keywords: signal propagation, signal attenuation, signal absorption, microwave signals, narrowband signal, ultrawideband signal, UWB, UWB communications, dynamic chaos, chaotic radio pulse.

При решении задачи радиосвязи внутри зданий одним из ключевых факторов является поглощение радиоволн в строительных конструкциях [1]. Этот фактор накладывает ограничение как на дальность радиосвязи, так и на возможный диапазон частот радиосвязи, поскольку практически все среды, включая и строительные материалы, характеризуются монотонно возрастающим с ростом частоты поглощением радиоволн. Поэтому при проектировании системы радиосвязи необходимо принимать в расчет поглощение радиоволн на выбранной частоте в «типовой» стене здания. Поглощение радиоволн происходит и в других элементах строительных конструкций (двери, окна, деревянные перегородки), однако на частотах до 10 ГГц ослабление сигнала в них не превышает 3–5 дБ, т.е. существенно меньше, чем в стенах и межэтажных перекрытиях, и если система спроектирована с учетом прохождения сигнала через стену или межэтажное перекрытие, она будет заведомо работоспособна при прохождении радиосигнала через окна и двери.

В последнее десятилетие активно развиваются системы радиосвязи на основе сверхширокополосных (СШП) сигналов диапазона частот 3–10 ГГц [2–5]. Благодаря использованию СШП сигналов с очень низкой спектральной плотностью (менее –40 дБм/МГц), СШП системы связи не мешают традиционным узкополосным системам радиосвязи, работающим в указанном диапазоне частот. В то же время, благодаря сверхширокой полосе частот (более 500 МГц) СШП системы устойчивы к помехам, создаваемым для них традиционными узкополосными системами радиосвязи. Таким образом, реализуется эффективное использование спектрального ресурса. Системы радиосвязи на СШП сигналах предназначены для работы на относительно небольших расстояниях (до 30 м), в основном, внутри помещений, поэтому вопросы распространения СШП сигналов внутри зданий представляют существенный интерес.

В данной статье исследуются показатели ослабления радиоволн в стенах и межэтажных перекрытиях зданий. Анализируются данные, имеющиеся в литературе, полученные при помощи узкополосных зондирующих сигналов [6–15], а также приводятся полученные авторами результаты измерений ослабления СШП сигналов в стенах зданий. На основе этих данных получается верхняя оценка ослабления СШП сигнала в «типовой» стене современного здания, под которой будем понимать кирпичную или бетонную стену толщиной 30 см.

2. Данные по ослаблению узкополосных сигналов в строительных материалах

Основными материалами стен зданий являются кирпич (оштукатуренный), железобетон (с разной арматурой), дерево. Анализ литературы [6–15] показывает, что ослабление сигнала в сухом дереве существенно (в 3–5 раз) меньше, чем в бетоне и кирпиче. Поскольку в данной статье решается задача получения верхней оценки ослабления сигнала в «типовой» стене, в дальнейшем этот материал не рассматривается.

Данные [6–14], касающиеся ослабления сигнала в строительных конструкциях и материалах, сведены в Таблицу 1. Анализ Таблицы 1 показывает очень большой разброс значений затухания. Причина этого заключается, по-видимому, в том, что данные были получены в разных условиях.

Таблица 1. Сводные данные по ослаблению радиосигнала в стеновых материалах

Источник