Lпр = 20lgp1 + 20 lg D(Θ) – 20lg(r/r0) + 94, (5.26)
где p1 – среднее стандартное звуковое давление, Па, развиваемое громкоговорителем на расстоянии r0 = 1 м.
Контрольные расчеты уровней звука по формулам (5.23)–(5.26) позволяют проверить правильность выбранных типов, мест размещения и направленности акустических осей распределенной системы озвучения.
В заключение электроакустического расчета следует провести контрольный расчет разборчивости речи в зоне наихудших условий слухового восприятия, т. е. в месте минимального уровня прямого звука Lпр(r).
При корректности всего проведенного перед этим расчета используется упрощенный метод расчета разборчивости речи по шести основным октавным полосам с центральными частотами: 1) 250 Гц; 2) 500 Гц; 3) 1000 Гц; 4) 2000 Гц; 5) 4000 Гц; 6) 8000 Гц. Последняя частота должна относится к центральной частоте 6000 Гц, соответствующей последней, 20-й полосе, равной разборчивости речи. Далее следует определить уровень ощущения формант Е в каждой полосе по формуле
Е = Lp – Lш, (5.27)
где Lp – расчетный уровень звука в данной зоне станции, дБ;
Lш – расчетный уровень шума в данной полосе частот, дБ.
П р и м е ч а н и е – Форманты – это основные спектральные максимумы обобщенного спектра речи, совокупность которых определяет разборчивость передаваемой речевой информации.
Затем определяют коэффициент разборчивости W в каждой полосе по формуле
(5.28)что позволяет определить формантную разборчивость A по формуле
A = 0,05 [W1 + 3 W2 + 4 W3 + 6 W4 + 5 W5 + W6], (5.29)
где 1–6 – номера октав.
По формантной разборчивости А определяют слоговую разборчивость S по таблице 5.2.
Т а б л и ц а5.2 – Зависимость слоговой разборчивости S от формантной разборчивости А
А | 0,25 | 0,30 | 0,35 | 0,40 | 0,45 | 0,50 | 0,55 | 0,60 | 0,65 | 0,70 | 0,75 | 1,0 |
S, % | 46 | 54 | 62,5 | 69 | 75 | 80 | 84 | 87 | 90 | 92,5 | 95,2 | 100 |
Задачей расчета должно быть достижение слоговой разборчивости речи во всех зонах станции метрополитена не менее 80 %.
При использовании в акустических расчетах применяют два критерия разборчивости: быстрая оценка индекса передачи речи и индекс четкости. Значения первого из них не должны быть менее 0,75, а второго – не менее –3 дБ.
5.3.7 Акустическое и электроакустическое проектирование станций метрополитена завершают выводом данных (седьмой этап акустического проектирования по рисунку 5.2) по всем требуемым акустическим параметрам станции метрополитена, с необходимыми рекомендациями по отделке и конфигурации ограждений, а также с требованиями по размещению и техническим характеристикам акустических систем для озвучивания станции.
5.4 Методика акустической реконструкции действующих станций метрополитена
При подготовке к реконструкции действующие залы станций метрополитена, эксплуатация которых выявила акустический дискомфорт (что наблюдается на большинстве станций без мероприятий по шумозащите, повышенной гулкости зала станции и некорректным размещением системы громкоговорителей), нуждаются в разработке акустической части проекта реконструкции, как неотъемлемой части общего проекта реконструкции зала станции.
Разработка проекта акустической реконструкции зала станции включает в себя следующие этапы.
5.4.1 Подготовительный этап, состоящий из ознакомления на месте с акустической обстановкой зала станции, субъективной оценки уровней шумового фона и разборчивости информационной речи, подготовки и анализа масштабных чертежей зала станции метрополитена, подготовки и поверки измерительных комплектов приборов.
5.4.2 Натурное обследование акустических условий зала станции. Перед началом обследования необходимо провести разметку точек измерений с тем, чтобы они охватили все наиболее показательные и критичные в отношении акустики зоны, требующие обязательного акустического контроля, указанные в 5.3.
Акустические измерения проводят в следующей последовательности.
5.4.2.1 Измерения октавных уровней звуковой мощности движущегося поезда при входе на станцию (при отсутствии соответствующих паспортных данных или данных специально проведенных измерений). Измерения проводят в пустом зале станции с необходимой статистической выборкой.
5.4.2.2 Измерения шумового режима станции во всех отмеченных точках, согласно ГОСТ 23337. Измерения проводят в часы пик, при полном заполнении станции, при въезде на станцию одного-двух поездов и при их отсутствии. Полное количество точек измерений и продолжительность выборок должны соответствовать требуемой статистической погрешности результатов измерений.
5.4.2.3 Измерения времени реверберации проводят в обязательном порядке в пустом зале станции согласно ГОСТ Р ИСО 3382-1. Для контрольных измерений времени реверберации могут быть использованы дополнительные данные измерений шумового фона на современных программируемых спектроанализаторах, имеющих соответствующие сменные модули. В последнем случае измерения проводят в заполненном зале станции.
5.4.2.4 Комплекс электроакустических измерений, включающих измерения поля уровней, частотной характеристики передачи и неравномерности звукового поля в 1/3-октавных полосах частот. Все измерения проводят в пустом зале станции, в номинальном режиме озвучения, при подаче на вход системы розового шума.
5.4.2.5 Испытания разборчивости речи на системе озвучения зала станции согласно ГОСТ 25902. При сложности организации артикуляционных испытаний на действующих станциях метрополитена следует использовать расчетный метод оценки разборчивости речи по формулам (5.26)–(5.28) на основании данных натурных измерений октавных уровней полезного сигнала и шума или использовать приборы и процессорные устройства, измеряющих разборчивость методом оценки индекса передачи речи (RASTI).
5.4.3 Лабораторная и камеральная обработка результатов измерений позволяет получить полную информацию о шумовых, акустических и электроакустических характеристиках зала станции метрополитена. Здесь необходимо учесть, что в связи с тем, что измерения времени реверберации и измерения поля уровней проводились в пустом зале станции, при обработке результатов измерений следует вводить поправки на максимальное заполнение зала станции пассажирами в часы пик. Для этого необходимо используя формулу (5.13) вводить путем обратного пересчета поправку ∆Aп из расчета 0,5 м2/чел. согласно приложению Е. Это дает возможность рассчитать как время реверберации заполненного зала станции, так и поправки на снижение уровней звука при озвучении в соответствующих октавных полосах ∆L по формуле
(5.30)где An – общий фонд ЭЗП зала станции, полученный на основе измерений времени реверберации в пустом зале станции;
Aз = An + ∆Aпас – общий фонд ЭЗП зала станции при максимальном заполнении пассажирами,
Где ∆Aпас – добавочное звукопоглощение, вносимое пассажирами, вычисляемое по формуле
∆Aпас = 2Sполаa1(f), (5.31)
где Sпола – площадь пола станции, м2;
a1(f) – КЗП стоящих пассажиров при плотности расстановки 0,5 м2/чел.
5.4.4 Анализ результатов измерений служит основанием для технического задания на разработку акустической части проекта реконструкции залов станций. При этом сама методика акустического проектирования должна соответствовать общей структурной схеме (рисунок 5.2). Следует учитывать фактор существования уже построенной станции с соответствующими конструкциями ограждений. Вследствие этого акустическая коррекция зала станции (этапы 2 и 4 по рисунку 5.2) должны быть совмещены в один этап, после завершения которого необходимо проведение контрольных акустических измерений. Также контрольные измерения должны быть произведены после завершения электроакустической коррекции зала станции.
5.5 Пример акустического проектирования зала станции в уровне посадочной платформы метрополитена
Рассматривается типовой проект зала станции в уровне посадочной платформы метрополитена мелкого заложения. По общей форме зал станции близок к прямоугольному параллелепипеду с размерами в плане 162 17,6 м, при общей высоте зала ~ 6 м; при этом ширина посадочной платформы составляет 10 м и высота кессонированного потолка над ней ~ 5м. Станции такого типа получили достаточно широкое распространение.
Ввиду того, что обследуемые залы не имеют разделяемых объемов, несмотря на диспропорциональность их основных размеров, расчеты времени реверберации Т, общего фонда звукопоглощения А и постоянной помещения В следует проводить на основании формулы (5.13). В таблице 5.3 приведены результаты расчетов времени реверберации зала станции T0(f), среднего КЗП ᾱ(f) и постоянной помещения B0(f). Интерьер зала станции на уровне посадочной платформы: пол – шлифованный камень, стены – гладкие плиты, потолок и своды – бетонные поверхности с побелкой и покраской. В таблице 5.3 приведены результаты измерений уровней звуковой мощности подвижного состава при входе на станцию Lмакс(f). Все расчеты проводят из условия минимального заполнения зала станции пассажирами (~ 6 м2/чел.).
Средний радиус действия прямого звука R, согласно формуле (5.8), составил порядка 12 м. Отсюда следует, что максимально неблагоприятными местами для восприятия речевой информации при подходе двух встречных поездов являются точки на оси зала станции, т. е. при r 5–7 м. Расчетный уровень фонового шума по формуле (5.7) для уровня Lмакс на полосе максимального излучения, согласно таблице 5.3 при 500 Гц, показывает величину L0 ≅ 84,5 дБ. Но по таблице 5.1 полученное значение оказывается для выбранной полосы частот более на 6,5 дБ допустимого Lдоп = 78 дБ. Т. к. вся платформа находится в зоне действия прямого звука, для расчета требуемого для достижения нормативного уровня фонового шума общего фонда звукопоглощения Атреб следует применить не упрощенную формулу (5.10), а проводить расчеты по полной формуле (5.7). Указанное условие выполняется при обеспечении постоянной помещения Bтреб ≥ 2200. Отсюда по формуле (5.2) следует, что средний КЗП зала станции должен возрасти до ᾱ ≥ 0,2.
Т а б л и ц а 5.3 – Результаты расчетов величин T0, ᾱ0, B0 и измерение уровня Lмакс
| Величина | f, Гц | |||||
125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | |
| T0, с | 2,6 | 2,3 | 2,1 | 2,0 | 1,9 | 1,7 |
| ᾱ0 | 0,11 | 0,12 | 0,13 | 0,14 | 0,15 | 0,16 |
| B0, м2 | 976 | 1077 | 1180 | 1286 | 1394 | 1505 |
| Lмакс, дБ | 86 | 91,5 | 99 | 97 | 86 | 77,5 |
Для обеспечения среднего КЗП, равного 0,2 и более следует отделать потолок над полом платформы стандартными звукопоглощающими плитами, имеющими КЗП 0,3–0,6 в диапазоне от низких к высоким частотам (приложение Д). В таблице 5.4 приведены значения среднего КЗП ᾱ1(f), времени реверберации T1(f) и постоянной помещения зала станции метрополитена B1(f), которые рассчитаны указанными выше методами при наличии звукопоглощающей отделки потолка станции над платформой. В таблице 5.4 приведены также результаты расчетов уровней фонового шума Lш (см. формулу (5.6)).
Т а б л и ц а 5.4 – Результаты расчетов величин ᾱ1, T1, B1 и уровня фонового шума Lш
| Величина | f, Гц | |||||
125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | |
| ᾱ1 | 0,17 | 0,18 | 0,21 | 0,23 | 0,25 | 0,26 |
| T1, с | 1,6 | 1,4 | 1,2 | 1,1 | 1,0 | 0,9 |
| B1, м2 | 1618 | 1734 | 2100 | 2360 | 2633 | 2776 |
| Lш, дБ | 70,0 | 75,5 | 83,0 | 81,0 | 70,0 | 71,5 |
Из сравнения уровней фонового шума, рассчитанных при звукопоглощающей отделке центральной части потолка станции метрополитена с допустимыми уровнями шума в соответствующих октавных полосах по таблице 5.1, следует, что в диапазонах 500–1000 Гц наблюдается существенное превышение нормативных уровней; критичным моментом является также частота 4000 Гц, важная для обеспечения разборчивости речевой информации. Эффективное снижение уровней шума в диапазоне средних частот может быть достигнуто как снижением шума в источнике, так и дополнительным эффективным заглушением ближних ограждений части потолка, расположенного над путями, и стен сбоку от путей (см. рисунок 5.3). Возможен также вариант с тщательной проработкой системы озвучения, с тем чтобы по всем зонам обеспечить существенное превалирование прямого звука и высокое отношение сигнал/шум. Для этого необходимо получить оптимальное значение времени реверберации, что, как показал расчет, обеспечено во всем диапазоне, кроме частот ниже 250 Гц. Последнее должно быть учтено при расчете системы звукоусиления.