ЗВУКОВЫЕ УКАЗАТЕЛИ - Алгоритм Безопасности
реклама
ЗВУКОВЫЕ УКАЗАТЕЛИ ПОЖАРНЫХ ВЫХОДОВ И. Неплохов к.т.н., эксперт компании «Систем Сенсор» В системах оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях, по НПБ 10403, используются звуковые, речевые и световые способы опо вещения. Информация о путях эвакуации и о расположении пожарных выходов пере дается при помощи визуальных средств: световых мигающих указателей, световых оповещателей «Выход», статических и динамических указателей направления. Одна ко использование визуальной информации при пожаре затруднено даже на стадии от носительно небольшого задымления. М ногочисленные зарубежные исследования показывают, что один из наиболее харак% терных типов поведения человека в случае возникновения пожара – это покинуть здание тем же маршрутом, по которому он в него вошел. Но такой способ редко бывает наиболее быстрым и безопасным и часто становится вообще невозможным, например, при отключении лифтов. В та% ких условиях многие люди не способны быстро найти близлежащий выход и в не% которых случаях проходят мимо хорошо видимых пожарных выходов. Зрение явля% ется одним из главных способов воспри% ятия окружающей среды (по некоторым оценкам до 83% того, что мы запоминаем, является визуальной информацией), не% удивительно, что практически все эвакуа% ционные знаки пожарной безопасности – аварийное освещение, указатели аварий% ных выходов и флюоресцирующие стати% ческие указатели – предполагают только зрительное восприятие. Насколько эф% фективны такие указатели, если часть зда% ния полностью или частично заполнена дымом или если у человека имеются проб% лемы со зрением? Недавно был разработан новый тип оповещателей – звуковой указатель по% жарного выхода, который во многих слу% чаях значительно повышает эффектив% ность системы эвакуации. Обычные звуковые оповещатели с постоянной или линейно изменяющейся звуковой часто% той не могут использоваться для этой цели. В помещении звуковые сигналы отражаются от стен, потолка, пола, окру% жающих предметов, что обычно не по% зволяет даже примерно определить рас% положение звукового оповещателя. В отличие от нормальных ошибок в данном случае возникают аномальные ошибки определения направления на звуковой источник, характеризующиеся значитель% ной величиной, что не позволяет быстро найти пожарный выход. Для исключения этого эффекта был синтезирован специ% альный вид звукового сигнала: широко% полосный шумовой звук, который мож% но назвать направляющим звуком. Расположение такого звукового источ% ника легко и быстро определяется орга% нами слуха человека практически в любых условиях. Установленные в определен% ных местах, направляющие звуковые оповещатели являются указателями эва% куационных выходов. Кроме того, допол% нительные звуковые сигналы передают информацию о дальнейшем направлении пути эвакуации: в горизонтальном на% правлении, вверх или вниз по лестнице. Вид звуковых сигналов позволяет челове% ку интуитивно определить их значение даже в стрессовой обстановке. Все используемые ранее звуковые си% гналы при эвакуации представляют собой сигналы тревоги, оповещающие людей о надвигающейся опасности. Они не дают информации ни о направлении к ближай% шему пожарному выходу, ни о месте его расположения. Такая цель и не ставится при их использовании, необходимо лишь озвучить на требуемом уровне все помеще% ния, где могут находиться люди. Человек слышит широкий диапазон частот, примерно от 20 Гц до 20000 Гц, который условно можно разделить на три части: диапазон низких, средних и высо% ких частот. Речь занимает диапазон при% мерно от 500 Гц до 3,5 КГц. Наиболее слы% шимые частоты в области 2–3 КГц относятся к средним частотам. Обычно в этом диапазоне частот работают звуковые оповещатели. Возможности локализации источника звукового сигнала в большой мере зависят от диапазона частот и от условий окружающей среды. Определе% ние расположения источника звуковых сигналов в горизонтальной плоскости возможно по разнице в уровне сигнала, по временной задержке сигнала и по сдвигу фаз. При расположении источни% ка прямо перед слушателем звуковые си% гналы воспринимаются обоими ушами с одной громкостью, одновременно и, соот% ветственно, разность фаз равна нулю. Ес% ли источник расположен справа от слуша% теля, то громкость звука правого уха будет больше, чем левого, звук достигнет пра% вого уха раньше и, соответственно, по% является задержка по времени (рис. 1). Конечно, это упрощенная модель, ко% торая не может объяснить слуховые воз% Рис. 1. Вид звуковых сигналов при расположении источника справа Рис. 2. При расположении источника спереди, сзади или сверху сигналы правого и левого уха одинаковы можности человека. Разница по времени прихода сигнала может определяться по сравнительно коротким сигналам или по сигналам со сложным спектром. По не% прерывному одночастотному сигналу воз% можно определить разность фаз, которая зависит от частоты сигнала. Однозначное измерение разности фаз в двух точках обеспечивается только в пределах 0° – 180°, к тому же, при частотах выше 1 КГц, даже в этом секторе одному значе% нию разности фаз будет соответствовать несколько направлений прихода сигна% ла. Если рассматривать каждое ухо в ви% де точки, то невозможно объяснить, ка% ким способом человек определяет расположение источника звука спереди, сзади или сверху (рис. 2). Все парамет% ры сигналов по обоим ушам в этих случа% ях совершенно одинаковы: задержка си% гналов и разность фаз равны нулю и уровни сигналов одинаковы. Можно предположить, что наши слуховые орга% ны представляют собой распределенную в пространстве систему. В помещении звуковые сигналы отра% жаются от окружающих предметов, что оп% ределяет резкое снижение возможностей человека в определении расположения источника звука. Ситуация еще больше ухудшается при наличии в помещении не% скольких источников. Например, при вос% произведении одного звукового сигнала через два разнесенных громкоговорителя слушателю будет казаться, что источник расположен точно посредине между ними. Этот эффект используется в стереофониче% ских системах и в домашних кинотеатрах. Все это обуславливает невозможность ис% пользования стандартных звуковых опове% щателей в качестве указателей пожарных выходов. шумового сигнала. Спектр оповещателя имеет линейчатый характер, максимумы располагаются на частоте 3 кГц и на гар% мониках. Спектр шумового сигнала на% против – непрерывный и практически равномерный во всем диапазоне звуко% вых частот. Было проведено большое количество тестов в различных условиях, и всегда от% мечалась высокая эффективность направ% ляющего шумового звука. Первый тест проводился в относитель% но большой телевизионной студии студен% ческого городка Университета Лидса в Ан% глии. Испытуемых поместили в студию, заполненную искусственным дымом, и сни% мали на инфракрасную камеру. Полагаясь в основном на свою память об окружающей обстановке и двигаясь на ощупь, испытуе% мые затратили 3 мин 50 с, чтобы найти ава% рийный выход. А когда были включены звуковые источники широкополосного шу% ма, расположенные непосредственно над выходом, на эвакуацию потребовалось только 15 с. Один из экспериментов проводился в здании заброшенной школы. После за% полнения здания искусственным дымом каждый испытуемый был доставлен в ис% ходную точку движения на втором этаже по внешней пожарной лестнице. Испыту% емые не имели информации о расположе% нии помещений в здании и о звуковых устройствах на путях эвакуации. Путь эва% куации был отмечен источниками направ% ляющего звука, расположенными в на% иболее важных точках, главным образом над пожарными выходами. Импульсы шу% мовых сигналов чередовались стандарт% ными звуковыми сигналами пожарной тревоги (рис. 4). Там, где за пожарным выходом путь эвакуации продолжался вверх по лестни% це, широкополосный шумовой сигнал чередовался с сиреной, нарастающей по частоте, что являлось указанием под% няться по лестнице (рис. 5). Там, где дальнейший путь вел вниз по лестнице, в промежутках звучал сигнал сирены, снижающийся по частоте, – указание о не% обходимости спуститься по лестнице. Кро% ме того, на различных этапах пути эваку% ации шумовые импульсы включались с различной частотой. На первом этапе шу% мовые импульсы подавались с частотой 1,5 Гц, т.е. примерно через 0,66 с. На сле% НАПРАВЛЯЮЩИЙ ЗВУК Путем анализа характеристик различ% ных типов звуковых сигналов был найден сигнал, направление на который с высо% кой точностью определяется даже в усло% виях замкнутых пространств сложной конфигурации с высоким уровнем отра% жений. Это шумовой сигнал с широкопо% лосным спектром, с отношением макси% мальной частоты к минимальной порядка 10. На рисунке 3 для сравнения приведе% ны спектры стандартного звукового опо% вещателя на 3 кГц и широкополосного дующих этапах частота шумовых импуль% сов последовательно повышалась и в точ% ке выхода из здания составляла уже при% мерно 5 Гц, т.е. период их следования сокращался до 0,2 с. Изменение частоты следования шумовых импульсов ясно ука% зывало на продвижение человека к выхо% ду из здания. Эффективность использования шумо% вых сигналов в качестве звуковых ука% зателей точек выхода была очевидна. Никто из испытуемых ни на одном пути эвакуации не ошибся в выборе маршру% та выхода. Все испытуемые после теста подтвердили, что повышающиеся и по% нижающиеся тональности сирен они вос% принимали как информацию о наличии лестницы и как указание о дальнейшем направлении движения. Они интуитивно поняли ассоциативное значение каждого звука. Время эвакуации приближалось к периоду времени, которое можно было бы ожидать при эвакуации в условиях идеальной видимости и хорошего знания плана здания. Эти испытания показали, Алгоритм безопасности № 3 2007 ТЕМА НОМЕРА 9 Рис. 3. Спектр сигнала звукового оповещателя на 3 кГц (крас% ная линия) и шумового сигнала (синяя линия) Рис. 4. Вид стандартного сигнала пожарной тревоги: (a) – звуковой сигнал «включен» в течение 0,5 с; (b) – звуковой сигнал «выключен» в течение 0,5 с; (c) – звуковой сигнал «выключен» в течение 1,5 с; [(c) = (a) + 2(b)]. Рис. 5. Скрытая за панелью лестница даже в нормальных усло% виях обнаруживается с трудом Алгоритм безопасности № 3 2007 10 что технология направляющего звука яв% ляется также важным средством инфор% мации для людей, имеющих проблемы со зрением. Обеспечивая информацию по направлению движения, сигналы сняли необходимость предварительного изуче% ния здания, снизили степень неуверенно% сти и полностью устранили ошибки при выборе пути. Вообщем, время эвакуации было существенно сокращено – в некото% рых случаях более чем на две трети. В экспериментах, когда проверялись возможности ориентации в лабиринте, участники проходили через серию комнат в поисках безопасного выхода. В ла% биринте были установлены устройства направляющего звука и визуальные ука% затели, показывающие направление к вы% ходу из лабиринта. Цель исследования заключалась в определении времени на% хождения участниками теста безопасно% го выхода в различных условиях. Зву% ковые указатели точек выхода были отрегулированы на уровень сигнала 93 дБ(А) и находились на высоте 3,2 фу% та (0,97 м). Участники эксперимента, ко% торых попросили просто найти выход из комнат, заполненных дымом, потратили на поиски до 124 с (в среднем – 97,8 с). При использовании технологии направля% ющего звука и визуальных указателей было затрачено минимум 13,3 с (в сред% нем 51,3 с). Причем при поиске выхода из комнаты без дыма на поиски выхода бы% ло затрачено до 14 с, а при включении звуковых указателей выхода и визуальных средств тестируемые вышли к безопас% ному выходу через 7 с. Один из интересных выводов, выте% кающих из проведенных экспериментов, заключается в том, что использование звуковых направляющих сигналов и све% товых указателей одновременно приво% дит в результате к более быстрой эваку% ации, чем при использовании только световых указателей. СОВМЕСТИМОСТЬ С ТРАДИЦИОННЫМИ ОПОВЕЩАТЕЛЯМИ Существует достаточно много приме% ров использования направляющего зву% ка, но один из наиболее важных видов применения – это указание путей эваку% ации в аварийных ситуациях. Направля% ющий звук можно применять в зданиях и на других объектах, где в настоящее вре% мя установлено аварийное оповещение. Сигналы можно использовать для опреде% ления точек выхода и указания направле% ния эвакуации в сложных условиях, таких как большие здания со сложной конфи% гурацией и т.д. Технология направляюще% го звука не заменяет традиционных зву% ковых и световых оповещателей, но достаточно хорошо сочетается с ними. Стандартные звуковые сигналы пожар% ных оповещателей имеют импульсный вид (рис. 4) и практически не мешают лока% лизации устройств направляющего зву% ка. При распределении традиционных звуковых оповещателей необходимо учи% тывать зоны озвучивания устройствами Exit Point и установленный на них уровень звуковых сигналов. При сочетании с ре% чевым оповещением возможно разделе% ние оповещения по времени с указанием в тексте технологии использования на% правляющих звуковых сигналов. При ис% пользовании адресно%аналоговых СПС возможно включение устройств Exit Point на оптимальных путях эвакуации. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Технология направляющего звука незаменима в системах эвакуации при задымлении путей эвакуации и на объ ектах, где могут присутствовать лю ди с ослабленным зрением. При нор мальной видимости и в сочетании с визуальными средствами оповещения акустические указатели точек выхо да обеспечивают значительное со кращение времени эвакуации. Исполь зование комбинации визуальных и звуковых указателей пожарных выхо дов позволяет достичь требуемого в большинстве случаев уровня без опасности.
