Свод правил по проектированию и строительству СП 23-104-2004 "Оценка шума при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов метрополитена" (принят постановлением Госстроя РФ от 9 марта 2004 г. N 19) стр. 15

где

(4.16);

где и - воздушные объемы каждого из связанных объемов станции;

- обшие площади ограждений каждого из связанных объемов станции;

- общая площадь проемов между связанными объемами станции;

- коэффициент акустической связи между соседними объемами станции;

и - постоянные затухания звука в соседних объемах станции;

и - средние КЗП каждого из объемов станции.

Расчеты по формулам (4.15), (4.16) следует проводить численно, с кусочно линейной аппроксимацией отдельных участков отзвуков, наиболее важными из которых являются 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, должен производится на стадии электроакустического расчета зала станции, так как станции метрополитена работают только в режиме оповещения через систему озвучения. Исключением здесь является расчет и построение структуры отражений зала станции от виртуального источника звука на предмет, как уже говорилось, анализа эффектов возможной концентрации отражений, эхо и флаттера. Такие построения делают или графически на масштабных чертежах станций, или с помощью известных программ компьютерного моделирования акустики зальных помещений.

4.3.6 Электроакустический расчет залов станций метрополитена (шестой этап по рисунку 4.2) следует начинать с выбора типа системы озвучения и расчета необходимой общей мощности электроакустических трактов. Из практики озвучения зала станции метрополитена хорошо известно, что 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.

Расчет минимально требуемой общей акустической мощности звукоизлучателей следует проводить по формуле

\ , (4.17)

где V - общий воздушный объем зала станции, ;

T - время реверберации с;

- требуемые уровни звукового давления, дБ, в основных частотных полосах (низкие, средние, высокие).

Для точных расчетов по формуле (4.17) следует учесть допустимые уровни шума в октавных полосах частот (таблица 4.1) при том условии, что обеспечение этих уровней в исследуемом зале станции уже достигнуто на предыдущих этапах расчета. Далее следует увеличить величины 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 можно использовать обычно рекомендуемый средний уровень звука на станции метрополитена, равный , исходя из которого формула (4.17) преобразуется к виду:

. (4.18)

Общую минимально требуемую электрическую мощность источников звука следует определять по формуле

, (4.19)

где - к.п.д. звукоизлучателей (обычно не более 1%);

П - пик-фактор акустического сигнала (у средней речи не более 5).

Требуемую общую мощность системы озвучения надо равномерно распределить системой излучателей по всем зонам нахождения пассажиров. При этом минимально необходимое количество громкоговорителей и структура их размещения (цепочки, решетки) определяются 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 1-го условия можно определить радиус действия прямого звука системы озвучения:

, (4.20)

где В - постоянная помещения станции метрополитена, зависящая от диапазона частот (низкие, средние, высокие);

D( ) - показатель направленности излучателя на исследуемую точку в зависимости от угла (в том же диапазоне);

М - общее число 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 величина постоянной станции уже определена акустическим расчетом, а параметр D( ) современных акустических систем хорошо известен, то варьируя величины и М можно дополнительно оптимизировать распределение громкоговорителей по ограждениями 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 той и другой 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 здесь 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. Методика этих расчетов хорошо известна и подробно изложена в соответствующей справочной литературе.

В случае правильности проведенного расчета практически все зоны озвучиваемого зала станции метрополитена окажутся фактически в зоне действия прямого звука, уровень которого определяется следующим выражением:

, (4.21)

где - среднее стандартное звуковое давление, развиваемое громкоговорителем на расстоянии = 1 м, Па.

Контрольные расчеты уровней звука по формулам (4.18) - (4.21) позволят 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 .

При корректности всего проведенного перед этим расчета можно использовать упрощенный метод расчета разборчивости речи по 6 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, строго говоря, должна относиться к центральной частоте 6000 Гц, соответствующей последней, 20-й полосе, равной разборчивости русской речи. Далее определяется уровень ощущения формант Е в каждой полосе по следующей формуле:

, (4.22)

где - расчетный уровень звука в данной зоне станции, дБ;

- расчетный уровень шума в данной полосе частот, дБ.

Примечание - Форманты - это основные спектральные максимумы обобщенного спектра речи, совокупность которых определяет разборчивость передаваемой речевой информации.

Затем определяется коэффициент разборчивости в каждой полосе:

, (4.23)

что позволяет определить формантную разборчивость (1-6 - номера октав):

. (4.24)

По формантной разборчивости А определяется слоговая разборчивость S по таблице 4.2.

Общей задачей расчета должно быть достижение слоговой разборчивости речи во всех зонах станции метрополитена не менее 80%.