5.3.5 В случае значительного превалирования расчетного времени реверберации Tрасч>Tопт, следует проводить вторую коррекцию проекта (пятый этап по рисунку 5.2) на предмет существенного увеличения фонда звукопоглощения зала станции Aрасч, определяемого по формуле
Aрасч = ᾱрасчS. (5.15)
Требуемый добавочный фонд звукопоглощения ∆Атреб вычисляют по формуле
∆Атреб = Aопт – Aрасч, (5.16)
где Aопт – оптимальный фонд звукопоглощения зала станции, вычисляемый по формуле
Aопт = ᾱоптS, (5.17)
здесь ᾱопт – оптимальный коэффициент звукопоглощения, вычисляемый по формуле
 | |
| 310 × 55 пикс. Открыть в новом окне | |
Имея данные о необходимом ∆Атреб (f) путем подбора соответствующих КЗП, типа, количества и мест размещения звукопоглощающей отделки методом последовательных приближений следует обеспечить достижение Tопт(f).
Необходимо отметить, что расчет времени реверберации по формулам (5.13)–(5.18) справедлив для помещений станций с диффузным звуковым полем, имеющим равномерное распределение звуковых потоков по всем возможным направлениям их прихода и единый акустический объем зала станции. Диффузность поля существенно нарушается при явной диспропорцианальности зала станции (длинные залы станций с низкими потолками), а также при наличии гладких отражающих поверхностей большой площади, приводящих к фокусировке звука (например, сводчатый потолок с центром кривизны, близким к плоскости пола). Такая конфигурация ограждений может привести к вырождению времени реверберации по разным модам и направлениям и сделать неэффективным акустическую отделку отдельных ограждений (например, стен). Другой опасностью необработанных акустически длинных залов станций является наличие в них плоскопараллельных участков большой площади (например, стен открытых платформ), могущих создавать эффект флаттера – порхающего эха, особенно наглядного при некоторой заглушенности потолка. Вследствие этого даже введение формально правильно рассчитанной, но неправильно распределенной по ограждениям звукопоглощающей отделки может привести к существенным нарушениям равномерности звуковых потоков в зале станции, избыточному шумовому фону и, особенно, падению разборчивости речевой информации. Во избежание указанных дефектов акустическую обработку зала станции рекомендуется проводить в следующей последовательности:
1) эффективная отделка звукопоглощающей облицовкой стен и сводов над платформами станции (рисунок 5.3);
2) эффективная отделка верхних поверхностей и сводов массивных пилонов, отделяющих платформы от центрального зала станции;
3) эффективное членение различными выступами и кессонами звукоотражающего потолка над центральной частью зала станции (если по данным расчета на нем не требуется размещение звукопоглощающей отделки), причем для увеличения рассеяния во всем диапазоне звуковых частот членения должны быть апериодическими и, по крайней мере, хотя бы часть из них должна иметь размеры не менее 0,5–1,0 м по шагу сетки кессонов и 20–30 см по ширине и глубине;
4) введение, в случае необходимости, звукопоглощающей отделки также и в центральную часть, в первую очередь на потолок зала станции, совмещенную с элементами членений. Здесь возможно также применение объемных звукопоглотителей.
В случае разделения общего воздушного объема зала станции на три акустически связанных объема, при площади лицевых ограждений пилонов более 30 % площади проемов, процесс реверберации не может быть описан единой экспоненциальной кривой и, следовательно, формула (5.13) не может быть использована в прямом виде для описания хода отзвука единообразно во всем объеме зала станции. При этих условиях процесс реверберации в каждом из раздельных объемов (посадочные платформы и центральный зал станции) определяется следующими формулами (каждый из раздельных объемов условно назван по номерам: первым и вторым):
 | |
| 456 × 42 пикс. Открыть в новом окне | |
где δ1 и δ2 – постоянные затухания звука в соседних объемах станции, вычисляемые по формулам:
 | |
| 340 × 60 пикс. Открыть в новом окне | |
здесь V1 и V2 – воздушные объемы каждого из связанных объемов станции;
Ś́1= S1 – S1,2, Ś́2= S2 – S1,2 – общие площади ограждений каждого из связанных объемов станции;
S1,2 – общая площадь проемов между связанными объемами станции;
ᾱ1 и ᾱ2 – средние КЗП каждого из объемов станции;
K1,2 – коэффициент акустической связи между соседними объемами станции, вычисляемый по формуле
(5.21)Расчеты по формулам (5.19)–(5.21) следует проводить численно, с кусочно-линейной аппроксимацией отдельных участков отзвуков, наиболее важными из которых является начальный процесс реверберации от 0 до –10 (–15) дБ уровней спадания и поздняя реверберация по спаду уровней от –10 (–15) дБ до –30 (–40) дБ. Влияние последней особенно важно, если она значительно больше начальной реверберации и, следовательно, маскирует ее и нарушает нормальное восприятие речи. Следует отметить, что в случае массивных пилонов, разделяющих общий объем станции на три части (размер каждой стороны которых не менее 1 м), площади и объемы воздушных проемов между ними должны быть, для упрощения расчетов, включены в один из связанных акустических объемов.
Расчет остальных акустических критериев, и в первую очередь критериев разборчивости речи, следует проводить на стадии электроакустического расчета зала станции, т. к. станции метрополитена работают только в режиме оповещения через систему озвучения. Исключением здесь является расчет и построения структуры отражений зала станции от виртуального источника звука на предмет анализа эффектов возможной концентрации отражений, эхо и флаттера. Такие построения делают или графически на масштабных чертежах станций, или с помощью программ компьютерного моделирования акустики зальных помещений.
5.3.6 Электроакустический расчет залов станций метрополитена (шестой этап по рисунку 5.2) следует начинать с выбора типа системы озвучения и расчета необходимой общей мощности электроакустических трактов. Для хорошей разборчивости информационной речи в шумных станциях с тенденцией к повышенной гулкости, поздней реверберации из связанных объемов и опасностью эхообразований, следует выбирать зонально-распределенные цепочки громкоговорителей, с направлениями акустических осей на места наибольшего скопления пассажиров. При этом, в речевых системах отдается предпочтение средне- и маломощным громкоговорителям, имеющим хорошее отношение сигнал/шум в диапазоне средних и высоких частот и меньшую отдачу в диапазоне низких частот (ниже 200 Гц), мало влияющего на увеличение разборчивости речи.
Минимально требуемую общую акустическую мощность звукоизлучателей Pак, Вт, вычисляют по формуле
 | |
| 264 × 48 пикс. Открыть в новом окне | |
где V – общий воздушный объем зала станции, м3;
Т– время реверберации, с;
L̅треб(f) – требуемые уровни звукового давления, дБ, в основных частотных полосах (низкие, средние, высокие).
Для точных расчетов по формуле (5.22) следует учесть допустимые уровни шума в октавных полосах частот (таблица 5.1), при условии, что обеспечение этих уровней в исследуемом зале станции уже достигнуто на предыдущих этапах расчета. Далее следует увеличить значения расчетных уровней звука в каждом диапазоне частот на требуемое отношение сигнал/шум. При этом считается допустимым обеспечить отношение сигнал/шум не менее 15 дБ в диапазоне высоких частот; не менее 10 дБ – в диапазоне средних частот и достаточным в 5–6 дБ – в диапазоне низких частот.
Для ориентировочных расчетов допускается использовать обычно рекомендуемый средний уровень звука на станции метрополитена, равный L̅треб 100 дБ, исходя из которого формула (5.22) преобразуется к виду
(5.23) Общую минимально требуемую электрическую мощность источников звука Pэл вычисляют по формуле
(5.24) где η – КПД звукоизлучателей (обычно не более 1 %);
П – пик-фактор акустического сигнала (у средней речи не более пяти).
Требуемую общую мощность системы озвучения следует равномерно распределять системой излучателей по всем зонам нахождения пассажиров. При этом минимально необходимое количество громкоговорителей и структуру их размещения (цепочки, решетки) определяют исходя из конкретного объемно-планировочного решения зала станции метрополитена на основе двух условий:
1) в каждой, даже самой удаленной, точке озвучения уровень прямого поля излучателя должен быть не менее чем в 2 раза выше уровня реверберационной составляющей поля, что является необходимым условием обеспечения хорошей разборчивости речи (особенно требуется выполнение этого условия в диапазоне средних и высоких частот);
2) разность хода по времени между соседними и каждыми последующими в цепочке громкоговорителями должна быть даже в точке максимального запаздывания в зоне восприятия звука не более 20 мс, что соответствует разности хода по расстоянию около 7 м (последнее условие предусматривает одинаковую мощность излучения всех источников звука).
Исходя из первого условия, радиус действия прямого звука системы озвучения Rd вычисляют по формуле
(5.25)где В – постоянная помещения станция метрополитена, зависящая от диапазона частот (низкие, средние, высокие);
D(Θ) – показатель направленности излучателя на исследуемую точку в зависимости от угла Θ (в том же диапазоне);
– общее количество громкоговорителей в исследуемой зоне зала станции, на которое после предварительного анализа распределена минимально необходимая общая мощность озвучения и которое является оптимальным по геометрии зала станции метрополитена.
Учитывая, что значение постоянной станции уже определено акустическим расчетом, а параметр D(Θ) современных акустических систем известен, то варьируя величины Rd и М можно дополнительно оптимизировать распределение громкоговорителей по ограждениям зала станции.
Следующим этапом электроакустического расчета является расчет поля уровней и его неравномерности в зависимости от предварительного решения о размещении громкоговорителей на стенах или на сводах зала станции метрополитена (или на обеих поверхностях); при этом каждый участок озвучиваемой одним громкоговорителем площадки аппроксимируется прямоугольником, размеры которого определяются высотой подвеса, наклоном акустических осей и эксцентриситетами эллипсоидов, моделирующих диаграмму направленности каждого громкоговорителя. Параметрами данного расчета являются предварительно выбранный тип громкоговорителя, его чувствительность, среднее стандартное звуковое давление и зависимость диаграммы направленности от частоты. Целью данного расчета является проверка точности предварительного расчета оптимального отношения сигнал/шум и достижение требуемой допустимой неравномерности поля ±3 дБ.
При правильно проведенном расчете практически все зоны озвучиваемого зала станции метрополитена окажутся фактически в зоне действия прямого звука Lпр, дБ, уровень которого вычисляют по формуле