Громкоговорители

Громкоговоритель – одно из старейших технических устройств, более ста лет назад перевернувших представление людей об акустике и возможностях связи. Да, изначально громкоговорители создавались величайшими учёными второй половины XIX века параллельно с телефонами (Рейс, Белл, Сименс). Однако, наибольшую популярность в быту эти устройства приобрели в 20-х годах прошлого века: громкоговорители использовались в радиоприёмниках, фонографах, для озвучивания фильмов и, конечно же, применялись для оповещения населения на улицах, площадях и в закрытых помещениях. С тех пор качество звучания и громкость воспроизводимого звука постоянно увеличивается. Современные громкоговорители, также как и их предшественники, превращают электрические сигналы в акустические и излучают их в воздушную среду, но делают это без примесей посторонних звуков и ошибок воспроизведения. Тем не менее даже сегодня, порой, уделяется недостаточное внимание качеству и надёжности громкоговорителей в системах безопасности, что может подвести систему звукового оповещения и привести к печальным последствиям.

Громкоговорители в системах оповещения

На различных уровнях, начиная от федерального и заканчивая объектным, создаются высокотехнологичные системы безопасности – системы оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ). И неотъемлемой частью всех подобных систем, вне зависимости от их функционального назначения (противопожарная, антитеррористическая и проч.), являются громкоговорители. Именно благодаря громкоговорителям возможно массовое оповещение людей об эвакуации, доведение до них жизненно важной информации о происходящей чрезвычайной ситуации и путях спасения. Громкоговоритель становится последним в цепочке технических элементов СОУЭ. При этом его технические характеристики позволяют произвести электроакустический расчёт для настройки всей системы оповещения.

На основании ряда нормативных документов к громкоговорителям применяют определённые требования: это и диапазон воспроизводимых частот (минимум от 200 до 5000 Гц), и уровень звука (от 75 дБ до 120 дБ), и некоторые другие указания. При этом громкоговорители в системах безопасности должны также соответствовать «Требованиям пожарной безопасности к звуковому и речевому оповещению и управлению эвакуацией людей», зафиксированным в своде соответствующих правил федерального закона (в частности ФЗ №123).

Занимаясь проектированием определённой системы оповещения и трансляции, необходимо детально изучить реальные условия по уровню шума для конкретного здания или помещения, его акустические особенности и конфигурацию всех внутренних помещений. Например, для завода уровень звука обычно составляет не менее 100 дБ, для торговых центров – не менее 65 дБ, а для медицинских учреждений этот параметр равен всего лишь 30 дБ. При этом в больницах акустика хуже, а малодоступных для оповещения дополнительных помещений – больше.

В целом, проектировщики системы оповещения, выбирая громкоговорители для того или иного проекта, должны опираться на следующие важнейшие характеристики этих устройств:

• соответствие нормативным документам
• динамический диапазон громкоговорителя
• дальность действия и зона покрытия
• прочие технические особенности модели
• сценарий возможного использования

Далее подробнее рассмотрим некоторые из основных параметров громкоговорителей и классифицируем устройства по различным показателям.

К основным систематизирующим параметрам громкоговорителей относят: технические характеристики, конструкторское исполнение, а также класс их собственной защиты (например, термостойкие, влагостойкие и т.п.).

Основные характеристики громкоговорителей

Чувствительность громкоговорителя определяет взаимосвязь между потребляемой громкоговорителем мощностью и исходящим звуком. Сейчас в основном используется термин «осевая чувствительность» и именно эту характеристику производители прописывают в паспортах приборов. Простыми словами: от чувствительности зависит то, насколько высокой должна быть громкость усилителя, чтобы громкоговоритель выдавал идеальное звучание. Существуют определённые стандарты для чувствительности громкоговорителей.

Мощность громкоговорителя в технических описаниях приборов российского производства определяется номинальной и паспортной мощностью, в то время как иностранные производители указывают гораздо больше характеристик мощности громкоговорителя: музыкальную, кратковременную, максимальную и синусоидальную. В рекомендациях Международного Электротехнического комитета предлагается фиксировать следующие виды мощности: характеристическую, шумовую, максимальную, синусоидальную, долговременную и кратковременную. Тем не менее, интуитивно понятными являются определения именно номинальной и паспортной мощностей громкоговорителя: номинальная мощность определяет уровень, при котором не происходит искажения звука, а паспортная мощность описывает наибольшие показатели мощности, при которых устройство может работать максимальное количество времени без механических повреждений (проще говоря, без поломок и перегрева). По сути, шумовая мощность в описании иностранных устройств совпадает в своём значении именно с паспортной мощностью российских громкоговорителей.

Диапазон воспроизводимых частот (АЧХ или амплитудно-частотная характеристика) – представляет собой прямую зависимость уровня звукового давления от частоты входного сигнала при условии постоянного значения входного напряжения.

Номинальное сопротивление определяет комплексное сопротивление громкоговорителя на частоте 1 кГц. Для трансляционных громкоговорителей, предусмотренных для работы в линиях с напряжением 70/100 вольт, номинальное сопротивление составляет десятки или сотни Ом (в зависимости от мощности устройства). Второй тип громкоговорителей в зависимости от сопротивления - низкоомные, от 4 до 16 Ом. О них поговорим чуть ниже.

Классификация громкоговорителей

По области применения громкоговорители делятся на три основных типа:

• для внутренних помещений
• для уличного использования
• для использования в агрессивной среде

По способу передачи звукового сигнала современные громкоговорители делятся на четыре типа, однако в 90% случаев в настоящее время используются исключительно громкоговорители первого типа:

• электродинамические
• электростатические
• электретные
• пьезоэлектрические

В электродинамическом громкоговорителе электрический сигнал преобразуется в звуковой посредством перемещения катушки с током в магнитном поле, после чего окружающая среда (воздух) начинает колебаться с помощью механических колебаний диффузора, главного элемента электродинамической головки (электродинамического излучателя). Такая головка относятся к типу конструкций прямого излучения. В рупорных речевых или музыкальных излучателях для максимальной эффективности к звуковой диафрагме примыкает непосредственно рупор.

В зависимости от конструкции, громкоговорители могут работать в узком или широком диапазонах частот. Большая часть малобюджетных громкоговорителей имеют только один среднечастотный излучатель, в то время как в высококачественных акустических системах встроены динамики для низких, средних и высоких частот одновременно.

По способу подключения громкоговорители делятся на два типа:

• трансляционные или трансформаторные
• низкоомные

К преимуществам установки трансляционных громкоговорителей относятся: минимальная потеря мощности сигнала при его передаче на значительные расстояния; возможность использовать кабель малого сечения для линии связи; несложное одномоментное согласование нескольких динамиков с выходом на один трансляционный усилитель. Но есть у трансляционных громкоговорителей и свой существенный недостаток: использование трансформатора добавляет нелинейные искажения, что в свою очередь может сильно сказаться на качестве звука. Тем не менее, трансляционные громкоговорители широко применяются в системах безопасности различного уровня, в построении экономичной, но практичной СОУЭ и таких её элементов, как речевое оповещение, громкоговорящая связь и музыкальные трансляции.

В свою очередь, низкоомные громкоговорители применяются в акустических системах, где применяются повышенные требования к качеству звука. Использование низкоомного подключения предполагает наличие профессионально усилителя. Основное преимущество низкоомных громкоговорителей и акустических систем – отсутствие трансформатора, что снимает ограничения на качество звука. К недостаткам можно отнести короткую протяженность линии, быструю потерю сигнала. А это значит, что для наилучшей работы низкоомных громкоговорителей в системе безопасности необходимо применять кабели большого сечения. Кроме того, чем больше громкоговорителей используется, тем большей номинальной выходной мощности должно быть у усилителя, так как она зависит от суммарной мощности громкоговорителей.

Виды громкоговорителей по исполнению корпусов

Потолочные громкоговорители – наиболее часто встречающийся тип громкоговорителей. Такие устройства, как видно из названия, устанавливаются внутри помещений и прикрепляются к потолку с помощью различных способов монтажа: чаще всего используются врезной, накладной или подвесной способы крепления. Они могут быть трансляционными, низкоомными или комбинированными. Конструкция громкоговорителей данного типа позволяет устанавливать до двух излучателей. Приборы, соответственно, могуть быть однополосными или двухполосными.

Настенные громкоговорители также устанавливаются внутри помещений. Крепятся к стенам навесным способом или с помощью кронштейнов. Настенные громкоговорители широко применяются в системах оповещения и управления эвакуацией. Обычно используют однополосную конструкцию в простом пластиковом корпусе, что полностью удовлетворяет требованию разборчивой речевой трансляции и в то же время существенно экономит средства заказчика.

При необходимости воспроизведения музыки применяют двухполосные громкоговорители. Двухполосные потолочные и двухполосные настенные способны воспроизводить более качественное звучание фоновой музыки. Также для потолочных и настенных громкоговорителей возможно подобрать различные цветовые решения и выбрать материал корпуса, что позволит органично вписать устройства в помещение с любым дизайном. На нашем сайте представлен широкий выбор как потолочных, так и настенных громкоговорителей.

Звуковые колонны – еще один популярный тип громкоговорителей. Эксплуатируют в помещениях с высокими потолками, большой открытой площадью, в различных рекреациях и залах. Звуковая колонна представляет собой несколько динамиков, расположенных в один вертикальный ряд и заключённых в продолговатый корпус. Обычно материал из которого делабт корпус дерево, металл или пластик (в зависимости от пожеланий заказчика и дизайнерских решений в помещении).

Акустические системы делятся на два подвида: пассивные колонки и активные колонки. Первые подключаются к усилителям мощности с помощью акустического кабеля, что позволяет подсоединить их к низкоомным усилителям мощности. Активные колонки, в свою очередь, имеют встроенный усилитель мощности, что легко позволяет подключить к ним микрофон или источники звука с линейным уровнем сигнала.

Акустические системы – это высококачественные приборы, в которых применяются динамики различной полосности с целью вывести качество звука на максимально возможный уровень. Хорошим примером подобных систем является линейный массив (LA-200).

Рупорный громкоговоритель отличается по своей конструкции от электродинамического громкоговорителя с традиционным диффузором. Звуковая мембрана находится непосредственно в устье рупора. Этот вид громкоговорителя незаменим в проектировании систем безопасности, ведь именно речевые рупорные громкоговорители способны максимально чётко передавать звуковые сигналы в условиях шума, прежде всего на улице, а также на предприятиях с высокой громкостью внутренних звуков. Непосредственно конструкция рупора позволяет воспроизводить низкочастотные звуки, только с её помощью можно добиться идеального речевого звучания и его слышимости. В большинстве случаев рупорный громкоговоритель крепится к вертикальной опоре (к стене или столбу) с помощью специальной металлической скобы. Без уличных громкоговорителей рупорного типа не обходится ни одно массовое мероприятие (концерт, митинг, спортивные матчи). Кроме того уличные рупоры являются основным способом оповещения населения на улицах городов и посёлков в случае возникновения масштабной чрезвычайной ситуации, как природного, так и техногенного характера.

Как рассчитать необходимое количество громкоговорителей?  

Число и мощность громкоговорителей для каждого конкретного объекта рассчитывается индивидуально. Как говорилось ранее, их количество и месторасположение напрямую зависит от площади и геометрии помещения. В небольших закрытых помещениях чаще всего применяются потолочные громкоговорители, так как они способны равномерно распределять звук. Стадионы, концертные залы, галереи, открытые площадки, предназначенные для массового скопления людей, оснащаются рупорными громкоговорителями. Для грамотного распределения звука в любом помещении необходимо устанавливать громкоговорители таким образом, чтобы площади покрытия звукового сигнала перекрывали друг друга. Во избежание эффекта эхо, пол и стены в помещениях целесообразно покрывать звукопоглощающими материалами. Как было описано выше, в помещениях с высокими потолками нецелесообразно устанавливать потолочные громкоговорители, в таких местах лучше использовать громкоговорители на шнурах, настенные громкоговорители или звуковые колонны.