محاسبات سامانه صوتی – طراحی سیستم بلندگو
یکی از مباحث مهمی که مهندسین برق و کارشناسان تاسیسات برق باید بدانند، نحوه محاسبات سامانه صوتی است که در مبحث 13 آمده است. از آنجایی که استفاده از سامانه صوتی و بلندگو در برخی از ساختمان‌ها و پروژه‌های تاسیساتی ضروری است، لذا لازم دانستیم محتوایی در باب محاسبات شدت و توان سیستم صوتی و فرمول‌های محاسباتی سامانه صوت، تولید کنیم. در ضمن باید بگوییم که خواندن این محتوا به مهندسینی که میخواهند در آزمون نظام مهندسی برق شرکت کنند، به شدت پیشنهاد میشود. در این مقاله مو به مو به سراغ محاسبات سامانه صوتی و بلندگو رفته ایم.
آموزش مو به مو محاسبات سامانه صوتی برای مهندسین
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 دارد مشکل طنین (Reverbation) ایجاد می‌‌نماید که وضوح صوت را از بین می‌‌برد. در توضیحات زیر از پرداختن به ملاحضات معماری صرف نظر شده و تنها از نقطه نظر نیازهای الکتریکی در خصوص طراحی سامانه صوتی و محاسبات مربوط به آن نگاه شده است.
مراحل طراحی سامانه صوتی به شرح زیر است:
- تعیین شدت صوتی صدای پس زمینه (نویز محیط)
- محاسبه شدت صوتی مورد نیاز
- انتخاب بلندگو و آرایش آن
- تعیین حداکثر افت در دورترین فاصله
- محاسبه توان موردنیاز بلندگو
در طراحی سیستم صوتی و بلندگو باید به چندین عامل توجه کرد تا بتوان یک سیستم صوتی با کیفیت عالی و عملکرد بهینه را طراحی کرد. در زیر به برخی از این عوامل و نکات مهم در طراحی و محاسبات سیستم صوتی و بلندگو اشاره می‌کنم:
1. انتخاب بهترین بلندگو و سیستم صوتی: انتخاب بلندگو و نوع سیستم صوتی بعد از انجام یک سری محاسبات باید انجام شود. نوع بلندگو، باید با توجه به نوع و کاربرد سیستم صوتی، نوع فضا و سلیقه کاربر منتخب شود. بلندگوهای با کیفیت بالا، صدایی با جزئیات بیشتر و کیفیت صدای بهتر ایجاد می‌کنند. برای مثال، در یک فضای کوچک میتوان از سیستم صوتی با توان کم استفاده کرد، در حالی که در فضای بزرگتری نیاز به سیستم صوتی با توان بیشتر و بلندگوهای بیشتر است.
3. انتخاب محل نصب بلندگو: محل نصب بلندگوها بسیار مهم است. در ادامه چند نوع آرایش بلندگو توضیح داده شده است. اما به طور کلی باید بدانید که بلندگوها باید در جایی قرار داده شوند که بتوانند صدای مطلوب را ایجاد کنند و همچنین بهترین توزیع صدا را در فضا ایجاد کنند.
4. تعادل بین بسامد‌ها: در طراحی سیستم صوتی باید تعادل بین بسامد‌ها را در نظر گرفت. برای مثال، اگر سیستم صوتی برای گوش دادن به موسیقی طراحی میشود، باید برای تعادل بین بسامد‌ها، بلندگوهایی با قابلیت پخش بسامد بالا، متوسط و پایین منتخب شوند.
محاسبات صوتی با عملیات لگاریتمی
محاسبات صوتی با عملیات لگاریتمی با واحد دسیبل انجام میشود. فشار صوتی تابعی از دو عامل توان و فاصله است :
(مجذور نسبت فاصله به فاصله مبنا) : ( نسبت توان به توان مبنا ) لگاریتم x ١٠ = فشار صوتی بر حسب دسیبل
به طور معمول، در فرمول فوق توان، نسبت توان به توان مبنای ١ وات و فاصله، نسبت فاصله به فاصله مبنای ١ متر است. به همین دلیل، مشخصه قدرت صوتی یک بلندگو در فاصله ١ متری با توان ورودی ١ وات مشخص میگردد. بنابراین اگر فشار صوتی یک بلندگوی ٣ واتی در فاصله ١ متری و با توان ورودی ١ وات، ٩٢ دسیبل باشد، فشار صوتی همین بلندگو با حداکثر توان ممکن در فاصله ١ متری به ترتیب زیر به دست می‌‌آید :
این مقدار به فشار صوتی مشخصه بلندگو اضافه میشود:
dB 96/77= 4/77 + 92
برای یافتن فشار صوتی این بلندگو با ورودی ٣ وات ولی در فاصله ١٠ متری به ترتیب زیر عمل می‌‌نمائیم:
این مقدار از فشار صوتی بلندگو در ١ متری کاسته میشود:
dB ٧٧ =٢٠-٩٧
اگر نقطه ای تحت پوشش ٢ بلندگو باشد، آنگاه باید در فرمول فوق 2P را قرار می‌‌دهیم:
بنابراین ٣ دسیبل نسبت به حالتی که تنها یک بلندگو این پوشش را به عهده داشت افزایش توان داریم. بدیهی است با فرض ٣ بلندگو
4/8 دسیبل به توان افزوده میشود.
اولین گام در طراحی تعیین سطح صدای پس زمینه یا مزاحم است. بدین منظور از جدول زیر میتوان استفاده نمود :
پس از این مرحله، میتوان 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 ٦ تا ١٠ دسیبل انتخاب میشود و ضریب افزایشی اوج برای مورد استفاده سامانه صوتی متفاوت است:
ضریب افزایشی اوج برای پخش موسیقی = ٢٠dB
ضریب افزایشی اوج برای سخنرانی یا سامانه فراخوان = ١٠dB
فرضا برای فراخوان صوتی در محیطی اداری، با فرض 60dB نویز محیطی، فشار صوتی مورد نیاز بدین ترتیب محاسبه میگردد:
dB ٧٦ تا ٨٠ = ١٠ + (٦ تا ١٠) + ٦٠
که میتوان مقدار متوسط ٧٨ dB را اختیار نمود.
لینک های مرتبط با محاسبات سیستم صوت که قطعا به دردتان میخورد 🙂
جزوه طراحی سیستم های صوتی حرفه ایی
مثال هایی از محاسبات سامانه صوتی
فرض میکنیم میخواهیم اتاقی با طول ٢٠ متر را توسط بلندگوی ستونی ١٠واتی که درفاصله ١ متری با ورودی ١ وات ٩٠ 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 ٦٠ dB فرض میشود . امکان آن را بررسی میکنیم.
برای سیستم فراخوان، فشار صوتی مورد نیاز :
dB ٧٨ dB # ٧٦ تا ٨٠ = ١٠ + (٦ تا ١٠) + ٦٠
سالن ٢٠ متر طول دارد بنابراین حداکثر افت فشار به فرمول زیر خواهد بود.
میزان فشاری که این بلندگو باید تامین کند به شرح زیر است:
dB ١٠٤ = ٢٦+٧٨
حال باید دید آیا این بلندگو این توان را می تواند تامین کند؟
فشار صوتی با ١ وات ورودی : ٩٠ دسی بل.
مابه التفاوت فشار صوتی مورد نیاز dB ١٤=٩٠-١٠٤
اگر این ١٤ دسیبل را بخواهیم با افزایش توان تامین کنیم، مقدار توان به وات خواهد بو :
logP ١٠= ١٤ پس P=25/1 W یا P=10^1/4 می باشد. که از میزان تحمل بلندگو بسیار بیشتر است. برای رفع این مشکل ٢ راه حل موجود است:
١- افزایش تعداد بلندگو با همین مشخصات
٢- انتخاب بلندگوی دیگر با قدرت بیشتر
همانطور که پیش از این گفته شد با ٢ برابر کردن بلندگوها ٣ دسی بل به فشار تامینی اضافه خواهد شد. این بار با ٩٣ دسیبل توان خروجی، امکان تامین فشار مورد بررسی قرار میگیرد : dB ١١=٩٣-١٠٤
10logP=11 بنابراین P=10^1/1=12/6W که باز در محدوده توان قابل تامین بلندگو نیست.
با اضافه کردن یک بلندگوی دیگر (وجود ٣ بلندگو) خواهیم داشت :
P=10^0/933=8/57 W که بلندگوی ١٠ واتی از عهده تامین آن بر می آید.
در صورت استفاده از تنها یک بلندگو با توان بالاتر توزیع صوت از یکنواختی کمتری برخوردار خواهد بود.
انواع آرایش بلندگو
١ – آرایش بلندگو به روش متمرکز
در روش متمرکز کلیه بلندگوها تنها در یک جهت روی دیوار نصب میشوند. مزیت این آرایش هزینه پائین آن است. ولی به علت انعکاس صوت، وضوح صدا کم است.
در اتاق‌های کنفرانس، ورزشگاه‌ها و کلاس‌های درس و دفاتر میتوان از این روش استفاده نمود. نصب بلندگو روبروی یکدیگر وضوح صدا را کاهش میدهد.
٢ – آرایش بلندگو به روش پراکنده
بلندگوهای سقفی در این روش برای پخش موسیقی به صورت پس زمینه به خاطر یکنواختی صدا به کار میروند. در اماکنی که انعکاس صدا مشکل ایجاد می کند از این طریقه میتوان استفاده نمود. کاربرد این روش در رستوران‌ها، فروشگاه‌ها و ادارات که ارتفاع سقف کم است می باشد.
در راهروها ، لابی‌ها، ایستگاه‌های قطار و فرودگاهها از این طریقه استفاده میشود.
توصیه میشود برای حصول پوشش صوتی یکنواخت و عدم تداخل، بلندگوها را به صورت یک در میان (زیگزاگ) آرایش داد.
٣ -آرایش بلندگو به روش 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 سالنهای اجتماعات و آمفی تئاترها این طریقه کاربرد دارد.
محاسبات عایق صدا در سامانه صوتی
در محاسبات افت فشار صوتی، موانع میباید در نظر گرفته شود.
در محاسبات بر حسب دسیبل میزان افت مانع صوتی با افت حاصل از فاصله جمع میشود. از جدول زیر به عنوان راهنما میتوان استفاده نمود.
مشخصه فرکانسی در محاسبات سامانه بلندگو
گوش انسان به صداهائی در محدوده فرکانس ٢٠٠٠ تا ٦٠٠٠ هرتز حساس است. هر اتاق یا ساختمانی مشخصه فرکانسی خود را دارد، که به معنای منحنی زمان طنین در برابر صداهای با فرکانس مختلف است.
معمولا در ورزشگاه‌ها و آمفی تئاترها، سازه و پوشش سطوح به گونه ایست که که صداهای بم به سختی جذب شده و بنابراین پژواك یافته و شدت بیشتری میابند، که این مسئله باعث عدم وضوح صدا میشود. به عبارت دیگر زمان طنین اتاق فوق در این فرکانس‌ها پائین است. چنین مشکلی را بوسیله Graphic Equalizer میتوان برطرف نمود. این دستگاه شدت صوت را در فرکانسهای مختلف به مقادیر متفاوتی تغییر میدهد.
سوی انتشار در محاسبات سیستم بلندگو
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 (فزضا یک سالن اجتماعات یا ورزشگاه) به وضعیت زیر می رسیم :
همانطور که دیده میشود، وصعیت در فرکانسهای بالا مطلوب نیست. این مشکل را میتوان به کمک بلندگوئی با پاسخ تخت Flatt Power Response حل نمود. از این بلندگوها باید در سالنهای اجتماع و ورزشگاه‌ها استفاده کرد. در این نوع، اصوات زیر تقویت می شوند. بلندگوهای معمولی به غیر از انواع شیپوری در محدوده اصوات بم جهت دار نیستند. اما اگر دو بلندگوی معمولی را به صورت عمودی روی یکدیگر قرار داد شدت صوتی آنها جهت دار می شود.
اگر از بلندگوهای جهت دار فرضا 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 میگیرد.
با اضافه کردن یک بلندگوی شیپوری که اختصاصا برای تقویت امواج زیر طراحی شده است این مشکل حل میشود. همانطور که مشهود است، در این حالت تفاوت فشار صوتی در تمام فرکانس‌ها کم و تقریبا یکسان است.
بررسی فضاهای بیرونی از نظر پوشش دهی صوتی
بلندگوئی ١٠ واتی با ١ وات ورودی در ١ متری ١٠٤ dB فشار صوتی ایجاد می کند. اگر ٧٦ dB فشار مطلوب باشد.
فشار اضافه در ١ متری dB ٢٨=٧٦-١٠٤ اضافه فشار با ١٠ وات توان
کل فشار اضافه در ١ متری dB ٣٨=١٠+٢٨ این فشار تا مسافت زیر را پوشش می دهد :
آرایش‌های مناسب خیابان‌ها برای نصب سیستم صوتی
محل نصب سیستم صوتی در خیابان با تیرها با فاصله کم
محل نصب سیستم صوتی در خیابان با تیرها با فاصله زیاد
محل نصب سیستم صوتی در میادین ورزشی و بازارها
محل نصب سیستم صوتی در پارک‌ها
محل نصب سیستم صوتی در کارخانه ها
محل نصب سیستم صوتی در مساجد
نکته: برای موارد بالا بلندگوهای ٣٠ تا ٥٠ وات برای این منظور مناسب هستند.
در محاسبات برای فضاهای بیرونی با پوشش وسیع، ملاحظاتی مانند اثرات باد، تفاوت درجه حرارت، اختلاف ارتفاع و نویز باعث میشوند که توان بلندگو بالاتر از آنچه محاسبات نشان میدهد انتخاب گردد. یکی از روش‌های 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:
محدوده فرکانسی هر بلندگو میتواند 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.
طراحی سیستم صوتی بر چه اساسی صورت می گیرد؟
شاید فکر کنید که طراحی سیستم های صوتی ساده باشد اما این گونه نیست زیرا باید برای هر محیطی سیستمی طراحی شود که مطابق با آن فضا باشد و همه ی آن ها یک نصب را ندارند. امروز می خواهیم بیشتر با این اصول طراحی آشنا شویم پس با ما همراه شوید.
زمانی که برای نصب یک سیستم صوتی می خواهید اقدام کنید اولین گامی که بر می دارید باید در جهت تطبیق میکروفون ها با میکسر باشد. در ضمن مطئن شوید که آمپلی فایر شما به اندازه کافی قدرت برای راه اندازی بلند گو ها را داشته باشد. در صورت کلی برای نصب نمودن سیستم به موارد زیر دقت فرمائید:
تعداد اتاق هایی که قرار است از صدا برخوردار شوند.
ابعاد اتاق ها
شلوغی و صداهایی که در محیط وجود دارد.
منابع ورودی
و اینکه از چه طریقی می خواهید سیستم صوتی خود را کنترل نمائید.
در نظر داشته باشید که طراحی سیستم صوت خانگی با سیستم های تجاری متفاوت است. در سیستم های خانگی باید به نحوی بلندگوها را قرار داد که در هنگام پخش صوت، صداها بسیار دلنشین پخش شده و صداهای ایجاد شده افراد را غرق در خود نماید. در حالی که اگر این مدل را برای یک شرکت یا مثلا فروشگاه در نظر بگیریم چندان خوش آیند نمی آید بلکه باید این سیستم در مکان های تجاری به نحوی تعبیه شود که نیاز مردم برطرف گردد.
قسمت اصلی سیستم های صوتی عمومی
به صورت کلی یک سیستم صوت عمومی از 4 قسمت به وجود می اید.
منابع صوتی:
این منابع صوتی مانند ابزارهایی همچون میکروفون، پخش کننده های موسیقی، تلویزیون و .. می باشند.
آمپلی فایر:
برای تغذیه نمودن بلندگوها شما نیاز به دست کم یک تقویت کننده دارید و در این راستا باید از یک آمپلی فایر استفاده نمائید.
کنترل کننده صدا:
در سیستم های صوتی امکان زون بندی وجود دارد و فرد قادر است از یک کنترل برای کلیت سیستم و یا از چند کنترل برای هر محیط استفاده نماید.
بلندگوها:
همان طور که می دانید بلندگوهای متفاوتی در بازار ارائه می گردد و در زمان انتخاب و تهیه ی آن ها حتما محیطی که سیستم صوتی را قرار است در آن تعبیه نمائید در نظر بگیرید. انتخاب بلند گوی مناسب یکی از فاکتور های اصلی داشتن یک سیستم صوتی خوب است. بلند گوها انواع مختلفی دارند همچون بلندگوهای دیواری یا سقفی، بلند گوهای دکواتیو و بلند گوهای آویز.
آمپلی فایر با کیفیت
از دیگر ابزار مورد استفاده در هر سیستم صوتی آمپلی فایر می باشد. توجه داشته باشید که معمولا سیگنال های صوتی کیفیت و استاندارد قابل قبولی ندارند و برای بهبود بخشی، به آن ها باید از یک آمپلی فایر قدرت مند استفاده نمود. آمپلی فایرها اساسا دارای تعدادی ورودی برای استفاده ی همزمان چند بلندگو هستند.
توجه به اندازه و ابعاد فضا
توجه داشته باشید اگر فضای اتاق شما بزرگ می باشد ممکن است پخش صوت و صدا کمی با مشکل مواجه شود. در اتاق ها و هر فضایی چیزهایی وجود دارد که صدا را به خود جذب نموده و سپس آن را بازتاب می نماید. به طور مثال اتاقی که دارای اشیای چوبی می باشد با اتاقی که سراسر آینه است جذب و انعکاسشان متفاوت است. پس هیچوقت از یک سیستم صوتی مشابه برای همه ی اتاق ها استفاده نکنید.
سخن آخر در مورد محاسبات سامانه صوتی و بلندگو
تا به اینجا، به آموزش مو به مو محاسبات سامانه صوتی برای مهندسین پرداختیم و فرمول های محاسباتی برای نصب بلندگو، شدت صوت، توان و…. را مشاهده کردید. در صورتی که سوالی برایتان پیش آمده میتوانید با ما در میان بگذارید.
مطالب مربوط به طراحی تاسیسات برقی، فصل به فصل
فصل اول: محاسبات و سایزینگ کابل برق
فصل دوم: مفهوم و جدول ضریب همزمانی
فصل سوم: تجهیزات تابلویی تابلو برق
فصل چهارم: برقگیر چیست؟ + محاسبه تعداد برقگیر در ساختمان
فصل پنجم: برق اضطراری چیست؟
فصل ششم : محاسبات روشنایی داخلی
فصل هشتم:نحوه محاسبه تابلو برق خازن
فصل نهم: تاسیسات برقی استخر
فصل دهم: هماهنگی حفاظت های الکتریکی
فصل یازدهم: محاسبات تابلو کنتور برق
فصل دوازدهم: ترانسفورماتور چیست؟
فصل سیزدهم: بررسی الکتروموتور آسنکورن
فصل چهاردهم: محاسبات سیستم اعلام حریق
فصل پانزدهم:محاسبات آنتن مرکزی
فصل شانزدهم: محاسبات سیستم صوتی و بلندگو
فصل هفدهم:محاسبات دوربین مدار بسته
فصل هجدهم: شبکه کامپیوتر
اصول طراحی و محاسبات بانک خازنی (بررسی و تحلیل جامع پیوست ۵ مبحث ۱۳)
