نصب بلندگو برای پوشش صوتی یک مکان ترکیبی از ملاحظات معماری و الکتریکی است. مشخصه آکوستیکی مکان از عوامل معماری است که در طراحی سامانه صوتی موثر است. اتاقی که دارای دیوارهای سخت با قابلیت پائین جذب صوتی است مشکل طنین (Reverberation) ایجاد می نماید که وضوح صوت را از بین می برد.

در نوشته حاضر از پرداختن به ملاحظات معماری صرفنظر شده و تنها از نقطه نظر نیازهای الکتریکیبه مسئله نگاه شده است. مراحل طراحیسامانه صوتی به شرح زیر است:

1. تعیین شدت صوتی صدای پس زمینه (نویز محیط)
2. محاسبه شدت صوتی مورد نیاز
3. انتخاب بلندگو و آرایش آن
4. تعیین حداکثر افت در دورترین فاصله
5. محاسبه توان مورد نیاز بلندگو

محاسبات صوتی با عملیات لگاریتمی با واحد دسیبل انجام می شود. فشا رصوتی تابعی از دو عامل توان و فاصله است:

(مجذور نسبت فاصله به فاصله مبنا) : (نسبت توان به توان مبنا) لگاریتم * 10= فشار صوتی بر حسب دسیبل

10 x log ((P/P0) / (d/d0)^2)

=10 log (P/P0) – 20log (d/d0)

به طور معمول، در فرمول فوق توان، نسبت توانبه توان مبنای 1 وات و فاصله، نسبت فاصله به فاصله مبنای 1 متر است. به همین دلیل، مشخصه قدرت صوتی یک بلندگو در فاصله 1 متری با توان ورودی 1 وات مشخص می گردد.

بنابراین اگر فشار صوتی یک بلندگوی 3 واتی در فاصله 1 متری و با توان ورودی 1 وات، 92 دسیبل باشد، فشار صوتی همین بلندگو با حداکثر توان ممکن در فاصله 1 متری به ترتیب زیر به دست می آید :

10 log (3/1) = 10 log 3 = 4/77 dB

این مقدار به فشار صوتی مشخصه بلندگو اضافه می شود:

92 + 4/77 =96/77 dB

برای یافتن فشار صوتی این بلندگو با ورودی 3 وات ولی در فاصله 10 متری به ترتیب زیر عمل می نمائیم :

20 log (10/1)= 20 dB

این مقدار از فشار صوتی بلندگو در 1 متری کاسته می شود :

97-20= 77 dB

اگر نقطه ای تحت پوشش 2 بلندگو باشد، آنگاه باید در فرمول فوق 2P را قرار می دهیم :

10 log (2p/1)= 10log 2 + 10 log P= 3 + 10 log P

بنابراین 3 دسیبل نسبت به حالتی که تنها یک بلندگو این پوشش را به عهده داشت افزایش توان داریم.

بدیهی است با فرض 3 بلندگو:

10 log (3p/1)= 10log 3 + 10 log P= 4/8 + 10 log P

4/8 دسیبل به توان افزوده می شود.

اولین گام در طراحیتعیین سطح صدای پس زمینه یا مزاحم است. بدین منظور از جدول زیر می توان استفاده نمود :

منبع صدا	سطح فشار صوتی (بر حسب dB)
نزدیک موتور جت	120
بوق خودرو ، آژیر	110
داخل قطار	100
کارگاه ماشینکاری	90
تقاطع جاده ها، چاپخانه	80
فروشگاه؛ اداره پر سر و صدا	70
رستوران، لابی هتل، اداره، منطقه مسکونی شهری	60
سینما	50
منطقه مسکونی حومه شهر، بیمارستان، هتل	40
استودیوی پخش	30
تکان برگ درختان در نسیم	20
نجوا	10
کمترین حد شنوایی	0

 

پس از این مرحله، می توان شدت صوتی مورد نیاز محیط را مشخص نمود:

فشار صوتی مورد نیاز = میزان صدای مزاحم محیط + مقدار افزایش + ضریب افزایشی اوج

مقدار افزایش به طور متوسط بین 6 تا 10 دسیبل انتخاب می شود و ضریب افزایشی اوج برای مورد استفاده سامانه صوتی متفاوت است:

* ضریب افزایشی اوج برای پخش موسیقی =20dB

* ضریب افزایشی اوج برای سخنرانی یا سامانه فراخوان =10dB

فرضاً برای فراخوان صوتی در محیطی اداری، با فرض 60db نویز محیطی، فشار صوتی مورد نیاز بدین ترتیب محاسبه می گردد:

dB 76 تا 80 = 10 + (6 تا 10) + 60

که می توان مقدار متوسط 78 دسیبل(dB) را اختیار نمود.

گام های بعدی با مثال زیر شرح داده می شوند:

فرض می کنیم می خواهیم اتاقی با طول 20 متر را توسط بلندگوی ستونی 10واتی که درفاصله 1 متری با ورودی 1 وات 90 دسیبل فشار صوتی ایجاد می نماید پوشش دهیم. زاویه پوشش بلندگو به گونه ای است که تمام نقاط اتاق را می پوشاند. فشار صوتی مزاحم یا پس زمینه 60 دسیبل(dB) فرض می شود. امکان آن را بررسی می کنیم.

dB 76 =~ dB 78 تا 80 = 10 + (6 تا 10) + 60

سالن 20 متر طول دارد بنابراین حداکثر افت فشار dB 26 = 20 x 1/30 = 20 log (20) خواهد بود. پس میزان فشاری که این بلندگو باید تأمین کند:

104 = 26 + 78 دسیبل است.

حال باید دید آیا این بلندگو این توان را می تواند تأمین کند :

فشار صوتی با 1 وات ورودی : 90 دسی بل.

مابه التفاوت فشار صوتی مورد نیاز = 14 = 90-104دسیبل.

اگر این 14 دسیبل را بخواهیم با افزایش توان تأمین کنیم، مقدار توان به وات خواهد بود :

14= 10logP پس 1/4^10 = P یا P = 25/1 W می باشد که از میزان تحمل بلندگو بسیار بیشتر است. برای رفع این مشکل 2 راه حل موجود است:

1. افزایش تعداد بلندگو با همین مشخصات
2. انتخاب بلندگوی دیگر با قدرت بیشتر

همانطور که پیش از این گفته شد با 2 برابر کردن بلندگوها 3 دسی بل به فشار تأمینی اضافه خواهد شد. این بار با 93 دسیبل توان خروجی، امکان تأمین فشار مورد بررسی قرار می گیرد:

104 – 93 = 11 dB

11 = 10logP پس 1/1^10 = P یا P = 12/6 W که باز در محدوده توان قابل تأمین بلندگو نیست.

با اضافه کردن یک بلندگوی دیگر (وجود 3 بلندگو) خواهیم داشت:

10 log (3P) = 10 log P + 10 log 3 = 10 log P + 4/77

10 log P = dB 9/23 = 104 – (90 + 4/77)

0.923^10 = P یا P = 8/57 W که بلندگوی 10 واتی از عهده تأمین آن بر می آید.

در صورت استفاده از تنها یک بلندگو با توان بالاتر، توزیع صوت از یکنواختی کمتری برخوردار خواهد بود.

سامانه صوتی و محاسبات آن(بخش دوم)

در بخش اول مربوط به سامانه صوتی و محاسبات آن به محاسبات سیستم صوتی پرداخته شد و در این بخش(بخش دوم) آرایش های مختلف بلندگوها در فضاهای داخلی و بیرونی، مشخصه فرکانسی و سایر ویژگی های آنها در کاربری های مختلف پرداخته می شود.

انواع آرایش بلندگو

1- متمرکز

در روش متمرکز کلیه بلندگوها تنها در یک جهت روی دیوار نصب می شوند. مزیت این آرایش هزینهپائین آن است. ولی به علت انعکاس صوت، وضوح صدا کم است.

در اتاق های کنفرانس، ورزشگاه ها و کلاس های درس و دفاتر می توان از این روش استفاده نمود. نصب بلندگو روبروی یکدیگر وضوح صدا را کاهش می دهد.

2- پراکنده

بلندگوهای سقفی در این روش برای پخش موسیقی به صورت پس زمینه به خاطر یکنواختی صدا به کار می روند. در اماکنی که انعکاس صدا مشکل ایجاد می کند از این روش می توان استفاده نمود. کاربرد این روش در رستوران ها، فروشگاه ها و ادارات که ارتفاع سقف کم است می باشد.

در راهروها ، لابی ها، ایستگاه های قطار و فرودگاه ها از این روش استفاده می شود.

توصیه می شود برای حصول پوشش صوتی یکنواخت و عدم تداخل، بلندگوها را به صورت یک در میان (زیگزاگ) آرایش داد.

3- ترکیبی

ترکیبی از بلندگوهای متمرکز برای رسیدن به فشار صوتی موردنظر و تعدادی بلندگوی پراکنده در نقاطی که سطح صدا کمتر از میزان مورد نیاز است این روش را نتیجه می دهد. در سالن های اجتماعات و آمفی تئاترها این طریقه کاربرد دارد.

عایق صدا

در محاسبات افت فشار صوتی، موانع می باید در نظر گرفته شود.

در محاسبات بر حسب دسیبل میزان افت مانع صوتی با افت حاصل از فاصله جمع می شود. از جدول زیر به عنوان راهنما می توان استفاده نمود:

نوع مانع صوتی	میزان افت صوت (بر حسب دسیبل dB)
شیشه (ضخامت 3 میلیمتر)	افت تقریبی 10 دسیبل
در چوبی (ضخامت 9 میلیمتر)	افت تقریبی 25 دسیبل
بلوک بتنی (ضخامت 100 میلیمتر)	افت تقریبی 45 دسیبل
بتن (ضخامت 100 میلیمتر)	افت تقریبی 50 دسیبل

مشخصه فرکانسی

گوش انسان به صداهائی در محدوده فرکانس 2000 تا 6000هرتز حساس است. هر اتاق یا ساختمانی مشخصه فرکانسی خود را دارد که به معنای منحنی زمان طنین در برابر صداهای با فرکانس مختلف است.

معمولاً در ورزشگاه ها و آمفی تئاترها، سازه و پوشش سطوح به گونه ایست که صداهای بم به سختی جذب شده و بنابراین پژواک یافته و شدت بیشتری می یابند، که این مسئله باعث عدم وضوح صدا می شود. به عبارت دیگر زمان طنین اتاق فوق در این فرکانس ها پائین است چنین مشکلی را بوسیله Graphic Equalizerمی توان برطرف نمود. این دستگاه شدت صوت را در فرکانس های مختلف به مقادیر متفاوتی تغییر می دهد.

سوی انتشار

اگر برای بلندگو محوری فرضی مانند شکل زیر در نظر بگیریم، نقاط مختلفی در اطراف این محور با فاصله های متفاوت وجود دارند که باید کیفیت یکسانی از نظر صوتی با روی محور داشته باشند.

این نکته به علت تفاوت در انتشار صداهای زیر و بم محقق نمی شود. اصوات بم در فواصل دور انتشار بهتری داشته و کمتر افت می کنند ولی صداهای زیر تاثیر بیشتری می پذیرند.

اگر فواصل نقاط B , C نسبت به A زیاد باشند (فزضاً یک سالن اجتماعات یا ورزشگاه) به وضعیت زیر می رسیم :

همانطور که دیده میشود، وضعیت در فرکانس های بالا مطلوب نیست. این مشکل را می توان به کمک بلندگوئی با پاسخ تخت Flat Power Responseحل نمود. از این بلندگوها باید در سالنهای اجتماع و ورزشگاه ها استفاده کرد. در این نوع، اصوات زیر تقویت می شوند.

بلندگوههای معمولی به غیر از انواع شیپوری در محدوده اصوات بم جهت دار نیستند. اما اگر دو بلندگوی معمولی به صورت عمودی روی یکدیگر قرار گیرند شدت صوتی آنها جهت دار می شود.

اگر از بلندگوهای جهت دار فرضاً در ورزشگاه که تفاوت زیادی بین فاصله شنوندگان وجود دارد استفاده شود، شدت صوتی در نقاط مختلف یکنواخت نخواهد بود. زیرا تقویت امواج صوتی در این آرایش فقط در اصوات بم صورت می گیرد.

با اضافه کردن یک بلندگوی شیپوری که اختصاصاً برای تقویت امواج زیر طراحی شده است این مشکل حل می شود.

همانطور که مشهود است، در این حالت تفاوت فشار صوتی در تمام فرکانس ها کم و تقریباً یکسان است.

فضاهای بیرونی

طریقه محاسبات مانند پوشش صوتی داخلی است :

بلندگوئی 10 واتی با 1 وات ورودی در 1 متری 104 دسیبل فشار صوتی ایجاد می کند. اگر 76 دسیبل فشار مطلوب باشد.

فشار اضافه در 1 متری 28 = 76-104 دسیبل اضافه فشار با 10 وات توان:

10 log P = 10 log 10 = 10 dB

کل فشار اضافه در 1 متری 38 = 28+10 دسیبل این فشار تا مسافت زیر را پوشش می دهد:

20 log d = 38 dB (or) d = 79/4 m =~ 80 m

آرایش های مناسب

– خیابان ها

– تیرها با فاصله کم

– تیرها با فاصله زیاد

میادین ورزشی و بازارها

– پارک ها

– کارخانه ها

– مساجد

بلندگوهای 30 تا 50 وات برای این منظور مناسب هستند.

در محاسبات برای فضاهای بیرونی با پوشش وسیع، ملاحظاتی ماننداثرات باد، تفاوت درجه حرارت، اختلاف ارتفاع و نویز باعث می شوند که توان بلندگو بالاتر از آنچه محاسبات نشان می دهد انتخاب گردد.

یکی از روش های افزایش فشار صوتی، نصب چند بلندگو به صورت عمودی روی یکدیگر است.

مشخصات بلندگو

مشخصات بلندگوهای سازندگان مختلف و مدلهای گوناگون متفاوت است. در جدول زیر مشخصات بعضی از تولیدکنندگان داخلی آمده است:

نوع بلندگو	فشار صوتی (1w،1m)	توان خروجی rms	محدوه فرکانس
سقفی	91 dB	5 W	100-200 Hz
سقفی	94-97 dB	3/5 W	60-16000 Hz
سقفی	92 dB	5 W	100-10000 Hz
ستونی	91 dB	10,20,30 W	100-12000 Hz
ستونی	96 dB	10,20,30,40 W	50-20000 Hz
ستونی	90-94 dB	20,30,40,50 W	100-16000 Hz
ستونی	92 dB	10,20,30 W	200-11000 Hz
شیپوری	115-117 dB	15,25,35,50 W	350-7500 Hz
شیپوری	92 dB	7/5,10 W	300-7000 Hz
شیپوری	104 dB	10 W	300-7000 Hz

 

محدوده فرکانسی هر بلندگو می تواند کیفیت پخش صوت را تعیین کند. بلندگوئی با محدوده کوچکتر کیفیت پخش پائین تری خواهد داشت و برای بعضی مصارف مانند پخش موسیقی مناسب نخواهد بود. بلندگوهای شیپوری از این جمله اند.

 

منبع: راهنمای طراحی تأسیسات برقی ساختمان – سازمان نظام مهندسی

دپارتمان تأسیسات الکتریکی سامانه جامع صنعت ساختمان – کارگشا

سایر مطالب منتخب در حوزه صوت، تصویر، داده و برآوردها و محاسبات را دنبال و ما را با نظرات ارزشمند خویش همراهی نمایید.