ЗВУКОВЫЕ УКАЗАТЕЛИ - Алгоритм Безопасности

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.