Системы оповещения в сфере транспорта

В соответствии с Поручением Президента РФ во всех регионах России начата деятельность по внедрению АПК "Безопасный город". Для губернаторов данное направление является одним из приоритетных в их деятельности.

03 декабря 2014 года Распоряжением Правительства РФ №2446 утверждена Концепция построения и развития АПК "Безопасный город", которая предполагает реализацию единого системного подхода к обеспечению комплексной безопасности и включает в себя: безопасность населения; безопасность на транспорте; координация работы экстренных служб и ведомств.

Каждому из нас не раз доводилось слышать объявления в троллейбусах, электропоездах, на автовокзалах, ж/д станциях, в метрополитенах, аэропортах. Все эти объявления осуществляются системами оповещения.

Системы оповещения имеют самое широкое применение практически во всех сферах человеческой деятельности, в том числе и в сфере транспорта. В сфере транспорта строятся:

• Системы аварийного оповещения;

• Звуковые информационные системы;

• Системы громкой связи.

Системы аварийного оповещения

Основное назначение системы аварийного оповещения – оповещение людей об угрожающей им опасности в случае пожаров, чрезвычайных ситуаций, техногенных катастроф, природных катаклизмов, террористических угроз, донесение до них информации, касающейся их личной безопасности.

Системы оповещения являются обязательной составляющей практически любой системы безопасности, в которой являются конечным исполнительным элементом – посредником между техническими средствами и человеком. Для обеспечения безопасности зданий строятся системы оповещения и управления эвакуацией, являющиеся комплексом организационных мероприятий и технических средств, направленных на обеспечение безопасности людей. К данным системам предъявляются высокие нормативные требования, а также требования заказчика, определяющие специфику их применения.

По нормативным требованиям система оповещения должна быть:

• высоконадежной – функционировать в течение длительного времени;

• автоматической – включаться автоматически без участия оператора;

• контролируемой – иметь возможность автоматического контроля всех узлов (блоков) системы;

• резервируемой – при пропадании питания должна функционировать в течение времени, необходимого для завершения эвакуации.

Современной системе оповещения присуще требование интеграции с другими системами и комплексами, достигаемое внедрением и применением цифровых технологи, позволяющим осуществлять стыковку как на протокольном, так и на физическом уровне.

Звуковые информационные системы

Звуковые информационные системы по своей сути очень просты. Звуковая информация от микрофона или источника заранее записанных звуковых сообщений поступает на усилитель, где усиливается и транслируется в линию громкоговорителей. В более сложных задачах, например, в аэропортах, применяется система представляющая собой сложный информационно-технический комплекс, функционирующий под управлением программного обеспечения, обслуживаемого несколькими операторами и инженерами. С точки зрения технической реализации, такие системы строятся как многоканальные и многоприоритетные системы. К данным системам предъявляются очень высокие требования по функционалу и качеству звучания.

Многоприоритетные системы

Многоприоритетные системы позволяют транслировать информацию, различающуюся по степени важности - сигналы о чрезвычайных ситуациях, пожарное оповещение, служебные сообщения, информационные (рекламные) объявления, иногда фоновая музыка. При этом высокоприоритетный сигнал должен прерывать или приглушать низкоприоритетный сигнал.

Многоканальные системы

Многоканальные системы позволяют одновременно или раздельно транслировать звуковую и речевую информацию в различные зоны по раздельным каналам.

Системы громкой связи

Примером системы громкой связи может служить система, используемая в электропоездах, где реализована т.н. полудуплексная система прямой канал – канал связи абонентских панелей установленных в каждом вагоне, с селектором связи машиниста. Обратный канал - система (звукоусиления) громкой связи со всеми вагонами одновременно.

Система громкой связи предназначена:

• для оперативной связи пассажира с машинистом с целью передачи какого-либо экстренного сообщения через встроенную вызывную панель системы связи (находящейся: в середине вагона: в метро; в конце вагона в ж/д электропоездах);

• для передачи информации от машиниста пассажирам.

Звуковая информация от машиниста передается с микрофона или звукового источника и транслируется одновременно на все громкоговорители, установленные в вагонах электропоезда.

Рассмотренные выше системы являются системами экстренного оповещения, следовательно, к ним (в равной мере) предъявляются высокие требования по качеству и надежности.

Рассмотрим некоторые аспекты эксплуатации и проектирования данных систем.

Базовые принципы построения систем оповещения

Системы оповещения классифицируются по различным признакам. По способу передачи информации системы оповещения делятся на беспроводные и проводные. Проводной способ передачи звуковой информации является наиболее простым и надежным с точки зрения проектирования, монтажа и обслуживания. Системы оповещения, осуществляющие передачу звуковой информации по проводам, называются трансляционными системами. В основе функционирования трансляционной системы заложен принцип трехэтапного преобразования, реализующий поэтапную передачу речевого сообщения от источника (диктора) к получателю (слушателю), рис.1.

На первом этапе происходит преобразование акустической энергии на входе системы в низкоуровневый электрический сигнал на выходе. Данную функцию выполняет акустико-электрический преобразователь – микрофон. На втором этапе осуществляется усиление и преобразование электрического сигнала. Эту функцию выполняет система звукоусиления, например, трансляционный усилитель, рис.2

На третьем этапе осуществляется преобразование электрического сигнала в слышимый акустический сигнал на выходе всей системы. Данную функцию осуществляет громкоговоритель.

Общие аспекты проектирования систем оповещения

Качество воспроизводимого речевого сообщения определяется параметрами и согласованием всех трех составляющих – микрофона, усилителя и громкоговорителя. Данное условие является необходимым, но не достаточным для обеспечения воспринимаемого звука надлежащим качеством. Для обеспечения последнего необходимо организационное мероприятие, называемое электроакустическим расчетом. Электроакустический расчет выполняется на начальной стадии проектирования, и в существенной мере определяет параметры проектируемой системы. В процессе проектирования выполняется расчет звукового давления в определенных точках, для чего замеряются уровни фактического шума, выявляются источники шума, определяются уровни ожидаемого шума, определяются параметры, количество и схема расстановки громкоговорителей обеспечивающих надлежащее качество звучания. Акустический расчет подразумевает анализ условий распространения звука внутри помещения или на открытой площадке, учитывает множество дополнительных факторов психо-акустического характера.

По существующим нормам система оповещения должна воспроизводить звуковую информацию в определенных диапазонах:

• примерно от 100Гц до 16кГц, в частотном диапазоне;

• примерно от 75дБ до 130дБ, в динамическом диапазоне,

транслировать ее, по возможности, на большие расстояния, с минимальными потерями и искажениями. Наиболее важным элементом системы оповещения, параметры которого необходимо учитывать в электроакустическом расчете, является громкоговоритель.

Немного о громкоговорителях

Громкоговорители применяются во всех областях и сферах, в которых осуществляется громкое оповещение людей. Громкоговоритель является основным исполнительным элементом любой системы оповещения и в существенной мере определяет качество звука. Наиболее важным параметром, определяющим качество звука, является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Громкоговоритель считается качественным, если неравномерность его АЧХ не превышает 10%.

Параметры громкоговорителей

Наиболее важными параметрами громкоговорителей, необходимыми для электроакустического расчета, являются: чувствительность P₀, дБ, мощность, P_вт, Вт, ширина диаграммы направленности громкоговорителя, ШДН, град. В зависимости от этих параметров можно определить звуковое давление P_дб, дБ развиваемое громкоговорителем или его громкость, как:

Зная уровень шума в защищаемом помещении УШ, дБ и диаграммы направленности используемого громкоговорителя ШДН, град, можно оценить эффективную площадь, озвучиваемую громкоговорителем:

Классификация громкоговорителей

Громкоговорители классифицируются по области применения, характеристикам, по конструктивному исполнению, по классу защиты и т.д. Рассмотрим два наиболее широко применяемых типа громкоговорителей, различающихся по способу преобразования: электродинамические и рупорные.

Электродинамические громкоговорители

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. Колебания катушки передаются диффузору, который в свою очередь создает акустические колебания, распространяющиеся в воздушной среде. Громкоговорители с электродинамическим преобразованием имеют широкое применение в закрытых помещениях – зданиях автовокзалов, вестибюлях метрополитенов, вагонах электропоездов. Такие громкоговорители как правило имеют высокое качество звучания. Характерным примером такого громкоговорителя может служить потолочный громкоговоритель ROXTON PA-620T, рис.3.

Рупорные громкоговорители

Рупорный громкоговоритель состоит из рупора и драйвера. Рупор является согласующим элементом между драйвером (излучателем) и окружающей средой. Драйвер, жестко связанный с рупором, преобразует электрический сигнал в звуковую энергию, поступающую и усиливающуюся 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. Рупорные громкоговорители активно применяются в железнодорожном, морском и речном транспорте – на любых открытых площадках, в том числе ж/д платформах, а также станциях метро, широко применяются для озвучивания парковок, устанавливаются на "агитационных" автомобилях. Характерными примерами являются рупорные громкоговорители ROXTON HP-15T (ROXTON HP-30T) или ROXTON HS-30T (ROXTON HS-50T), рис.4.

В трансляционных системах используется принцип трансформаторного согласования, позволяющий передавать звуковую информацию на большие расстояния, минимизировать потери на проводах, паразитные обратные связи, воздействия электромагнитного и электростатического характера. В трансляционных системах используются трансформаторные громкоговорители, рис.5.

Трансформаторные громкоговорители имеют несомненные преимущества по сравнению с низкоомными громкоговорителями – они просты с точки зрения проектирования и монтажа. Принцип трансформаторного согласования позволяет строить длинные линии, которые в сочетании с параллельным подключением, позволяют реализовать многозонные и распределенные системы оповещения.

Специфика проектирования систем оповещения в сфере транспорта

Громкие объявления на вокзалах и платформах

Многим из вас наверняка приходилось сталкиваться с ситуацией, когда, находясь на вокзале или платформе, вы не могли разобрать или расслышать информационное объявление. Здесь несколько проблем, как организационного, так и технического характера. Для озвучивания открытых площадок требуется грамотный подход, учитывающий возможные коллизии – отражение звука, высокие уровни шумов. Можно указать множество примеров неправильного озвучивания вокзалов и ж/д платформ. Наиболее распространенной ошибкой является превышение допустимого шага расстановки громкоговорителей. Причиной этой ошибки является желание «убить двух зайцев» – справиться с высоким уровнем шума минимальными средствами, для чего, как правило, количество громкоговорителей уменьшают, а их мощность увеличивают. Да, так получается дешевле, но это приводит к возникновению эха, превышению допустимой громкости, неравномерному озвучиванию территории.

Возникновение эха

Эхо – паразитное явление, связанное с повторным восприятием одного и того же звука. Эхо становится возможным тогда, когда слушатель воспринимает одну и ту же звуковую информацию задержанную, например, за счет отражения более, чем на 50-80мс. В распределенной системе источником эха может служить не только отраженный звук, но и другой громкоговоритель. Зная время задержки, при которой эхо становится возможным, и скорость распространения звука в воздухе (340м/с), нетрудно рассчитать критический шаг расстановки громкоговорителей в распределенной системе, рис.6

Пример. После реконструкции Казанского вокзала в г. Москве, на территории платформ появился эффект эха. Первоначально территория была открыта и для ее озвучивания были установлены мощные звуковые кластеры (звуковые колонны ROXTON CS-840T). При появлении крыши (отражающего покрытия) проявился эффект эха с очень ощутимой задержкой ~ 1с. Существуют и обратные примеры. Платформы Московского ж/д вокзала г. Санкт-Петербурга озвучены правильно. Громкоговорители расставлены с оптимальным шагом; информационные объявления хорошо слышны, звук на платформах приятный и комфортный.

Превышение допустимой громкости

Первая ошибка автоматически приводит ко второй, связанной с превышением допустимого уровня громкости (звукового давления) в точке прослушивания. Звук не должен быть очень громким; это может привести к испугу и панике. Так по существующим нормативам звуковое давление в точке прослушивания не должно превышать 120дБ. В виде формулы это можно выразить следующим образом:

где r₁ – расстояние от громкоговорителя до ближайшего слушателя.

Значение r₁ введено в формулу не случайно. Так, например, рупорный громкоговоритель ROXTON HS-50T (рис.4) имеет звуковое давление порядка 126дБ, что априори превышает критическое значение. Но практически всегда (для увеличения зоны охвата) мощные рупора устанавливают на достаточно большой высоте (r₁).

Пример. Над входами станций метрополитена г. Москвы (м. Выхино, Электрозаводская и др.) на высоте ~ 2.5м установлены мощные рупора. Минимальное расстояние между громкоговорителем и точкой прослушивания составляет примерно 1м. Данное расположение, при учете того, что звуковое давление большинства рупоров больше 120дБ, является несомненной ошибкой.

Громкоговорящая связь в электропоездах

На сегодняшний день качество громких объявлений, осуществляемых машинистами электропоездов (ж/д, метро), оставляет желать лучшего. Низкое качество приводит не только к раздражению, но и к потере необходимой информации. Причины. Первая и самая банальная – моральное и физическое устаревание используемой аппаратуры. Вторая причина субъективная и связана с некорректным использованием технических средств. Так, например, неправильное пользование микрофоном приводит к плохой слышимости. Причины тому могут быть разные, например, не нормированное расстояние между говорящего и капсюлем микрофона, рис.7.

И наоборот, если расстояние между говорящим и капсюлем микрофона мало, то слышимость может оказаться искаженной. Плохое качество звука может быть связано с плохой настройкой звукового тракта, например, неправильного соотношения чувствительности микрофонного входа и коэффициента усиления. Серьезной причиной, мешающей хорошему восприятию звуковой информации внутри вагона, являются различные шумы, например, шум проходящего встречного электропоезда, шум людей, собственный шум электропоезда. Но данный шум может существенно повышаться, например, за счет проникновения в открытые форточки шума от проходящего встречного поезда. Такие добавочные шумы ухудшают слышимость примерно в 6-10 раз (каждая открытая форточка повышает уровень шума в вагоне на 1дБ).

Учесть приведенные факторы можно путем комплексного (включающего систему кондиционирования) переоснащения вагонов. И такие примеры имеются. Отечественные аэроэкспрессы оснащены более качественной звуковой системой. Речевые объявления (в т.ч. рекламные) в вагонах предваряются сигналом привлечения внимания, осуществляются приятным женским голосом. Объявления хорошо воспринимаются, так как в изолируемых и кондиционируемых вагонах практически тихо.

Экстренная ситуация

Система аварийного оповещения является комплексом не только технических средств, предназначенных для передачи экстренной информации, но и организационных мероприятий, направленных на обеспечение безопасности людей. Так, например, организация экстренных сообщений в вагонах метро оставляет желать лучшего. Во время длительной остановки электропоезда в тоннеле метро, среди пассажиров непременно нарастает тревога (провоцирующая панику). Неожиданное, резкое, неразборчивое объявление машиниста (о том, что поезд скоро тронется) можно заменить грамотным (заранее записанным) информационным объявлением общего плана. В случае более длительной остановки можно запустить дополнительное сообщение касающееся, например, правил поведения людей в метрополитене (что успешно реализуется при озвучивании эскалаторов).

Автор: Кочнов Олег Владимирович