Systemy Public Adress

Współczesne przestrzenie i obiekty oraz projektanci opracowujący dla nich rozwiązania systemowe coraz częściej doceniają wartość, jaką niesie ze sobą kształtowanie środowiska poprzez zastosowanie systemów dźwiękowych. Niekiedy, w zależności od specyfiki obiektu, są one wymagane prawem i obwarowane wymogami bezpieczeństwa, ale w wielu przypadkach jest to już element technologii, który oferuje pewne dodatkowe możliwości rozszerzające funkcjonalność w danym miejscu czy wnętrzu, a także towarzyszy i dopełnia pozostałe systemy. Systemy dla takich przestrzeni nazywa się ogólnie systemami rozgłaszania (z ang. public address) ze względu na fakt, iż ich zadaniem jest przekaz informacji do szerokiej populacji odbiorców przebywających w danym miejscu, a nie konkretnej osoby czy stanowiska. Nazwa ta nie jest jednak zbyt precyzyjna ze względu na różnego rodzaju odmiany systemów w zależności od zastosowań i przeznaczenia.

Systemy tego typu w zależności od funkcji i przeznaczenia możemy podzielić na następujące grupy: dźwiękowe systemy rozgłaszania – DSR, dźwiękowe systemy informacyjne – DSI i dźwiękowe systemy ostrzegawcze – DSO. Istnieje jeszcze dość szczególna odmiana system rozgłaszania, jakim są systemy maskowania dźwiękiem, które stosowane z powodzeniem w dużych przestrzeniach open space w USA czy Wielkiej Brytanii, coraz częściej pojawiają się – głównie w korporacjach – również i w polskich biurach. Każdy z nich jest lub może być dźwiękowym systemem rozgłaszania, ale już nie każdy jest systemem informacyjnym lub ostrzegawczym, gdyż te odmiany są już obarczone pewnymi bardzo specyficznymi wymaganiami w odniesieniu do ich funkcjonalności oraz sposobu budowy i konstrukcji komponentów. Dobrze zaprojektowany i dobrany system rozgłaszania czy nagłośnienia przestrzeni wspólnej lub obszaru o dużej powierzchni czy kubaturze powinien na co dzień pozostawać w tle i nie przeszkadzać, w razie potrzeby skutecznie informować, a w przypadkach systemów, których funkcją jest informacja lub bezpieczeństwo – zapewniać skuteczny przekaz niezbędnych dla naszego bezpieczeństwa informacji. Zacznijmy od systemu rozgłaszania, którego podstawowym celem jest zapewnienie w danej przestrzeni dwóch podstawowych rzeczy: odpowiedniego tła muzycznego oraz równomiernego nagłośnienia przestrzeni. Przestrzeń należy tu rozumieć jako strefę nagłośnienia o jednakowym poziomie ciśnienia akustycznego dostarczanego przez taki system. Takich stref w systemie może być wiele. Strefa to obszar objęty systemem nagłośnienia, w którym nie zachodzi potrzeba różnicowania informacji lub poziomu głośności na całej jego przestrzeni i pełni wydzieloną funkcję. Jeśli mamy przykładowo budynek hotelowy, to strefami nagłośnienia są najczęściej: hall wejściowy, restauracja, korytarze, windy i toalety. Różnią się one funkcjami i wymagają niezależnego sterowania głośnością (w toaletach inny poziom głośności, w hallu wejściowym inny, a w korytarzach najczęściej bardzo dyskretny, aby nie przeszkadzać gościom). Równie często do tych stref kierowana jest także inna informacja muzyczna. Strefy te rzadko kiedy dzielone się na mniejsze, chociaż można sobie wyobrazić podział korytarzy hotelowych na poszczególne piętra lub stworzenie strefy cichej na jednym z nich, co będzie już wymagało niezależnego dla tego korytarza sterowania poziomem głośności. Zanim przejdzie się do doboru komponentów, trzeba daną przestrzeń, budynek czy obiekt przeanalizować pod kątem funkcji i rodzaju oraz liczby informacji dostarczanej do każdej z wydzielonych stref. Ma to wpływ na dobór urządzeń i funkcji zarządzania systemem, a także na zaprojektowanie i wykonanie okablowania. Decyzje podejmowane w tym miejscu są kluczowe, gdyż późniejsze zmiany w razie konieczności podziału innego niż pierwotnie zakładany rzadko kiedy są możliwe, a systemy umożliwiające takie swobodne adresowanie są relatywnie drogie. To sytuacja w pewnym stopniu podobna do podziału oświetlenia na obwody. Raz wykonany podział często nie może ulec zmianie bez modyfikacji instalacji oświetleniowej. W przypadku systemów informacyjnych o podziale stref decydują również rodzaj informacji i obszary, do jakich powinna być przekazana. Może ich być więcej niż stref wynikających z funkcji i obszaru zajmowanego przez dane pomieszczenie, gdyż możemy przyjąć, że na przykład toalety, hall, recepcja czy korytarze to części wspólne i gra w nich ta sama muzyka, może się jednak okazać, że w określonym przypadku musimy nadać określoną muzykę wyłącznie do hallu, a do toalet już nie. Taka opcja warunkuje rozłączenie hallu i toalet na dwie różne strefy. Kolejnym decydującym elementem jest – w przypadku systemów ostrzegawczych DSO – podział na strefy pożarowe obiektu. To jest kolejny czynnik, jaki należy brać pod uwagę, gdyż nie dopuszcza się łączenia stref pomiędzy strefami pożarowymi, czyli jeśli w hallu mamy dwie strefy pożarowe, automatycznie dzielone są na dwie strefy nagłośnienia. Oczywiście ma to miejsce w przypadku, kiedy system DSO ma pełnić rolę systemu rozgłaszania muzyki. Niezależnie od tego w przypadku system DSO i cały jego projekt muszą zostać uzgodnione z rzeczoznawcą pożarowym, gdyż działanie DSO jest podyktowane priorytetem bezpieczeństwa w trakcie pożaru. Szczegółowe wytyczne odnośnie tego, czy obiekt wymaga takiego system, są zawarte w normach: 

• Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU nr 109, poz. 719),
• PN-EN 54-16:2011 „Systemy sygnalizacji pożarowej. Część 16: Centrale dźwiękowych systemów ostrzegawczych”,
• PN-EN 54-24:2008 „Systemy sygnalizacji pożarowej. Część 24: Dźwiękowe systemy ostrzegawcze. Głośniki”,
• PN-EN 54-4:2001+A1:2004+ +A2:2007 „Systemy sygnalizacji pożarowej. Część 4: Zasilacze”,
• Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie wykazu wyrobów służą-cych zapewnieniu bezpieczeństwa publicznego lub ochronie zdrowia i życia oraz mienia, a także zasad wydawania dopusz-czenia tych wyrobów do użytkowania (DzU nr 143, poz. 1002, zm. DzU z 2010 r., nr 85, poz. 553),
• ISO 7240-19:2007 „Fire detection and alarm systems. Part 19: Design, installation, commissioning and service of sound sys-tems for emergency purposes”,
• PN-EN 60849:2001 „Dźwiękowe systemy ostrzegawcze”,
• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690, z późniejszymi zmianami),
• ISO 7240-16:2007 „Fire detection and alarm systems. Part 16: Sound system control and indicating equipment”,
• prEN 54-xx: „Fire detection and fire alarm systems. Part xx: Planning, design, installation, commissioning, use and maintenance of voice alarm systems”.

W przypadku systemów DSR i DSI nie ma już tak ścisłych wytycznych i normatywnych obostrzeń, pozostają jedynie wytyczne odnośnie wymagań użytkownika, zarządcy obiektu lub osób decydujących o konkretnych funkcjach systemu. Może się też zdarzać, że systemy te muszą być skonfigurowane do współpracy z innymi systemami audiowizualnymi, co wymusza wprowadzenie dodatkowych źródeł do system lub jeszcze inny podział na strefy (na przykład obszary z możliwością podziału ścianami ruchomymi – sale targowe, wystawowe). Jeśli już zostanie ustalony podział i funkcje systemu oraz liczba źródeł, to w zależności od tego, który system stosujemy, można zacząć dobierać komponenty. I ponownie największą dowolność mamy w przypadku systemów DSR, a dalej dowolność ta ulega ograniczeniu, gdyż w grę wchodzą dodatkowe normy i certyfikaty, tak jak w przypadku systemów DSO, gdzie urządzenia muszą już spełniać wymogi pożarowe i odznaczać się aprobatami i certyfikatami CNBOP (warto zwrócić uwagę, że certyfikaty i zgodność z normami europejskimi EN-54 nie zapewniają zgodności z CNBOP, które musi wydać swój własny certyfikat dopuszczający do stosowania w systemach DSO). O tym powiemy szerzej nieco później. Musimy zacząć od tego, że w zależności od projektowanego systemu określamy poziom ciśnienia akustycznego oraz rodzaj informacji ze względu na jej zrozumiałość, klarowność i przekaz w środowisku z określonym poziomem tła akustycznego chcemy przekazać. Niezależnie od systemu jednym z najważniejszych parametrów jest zrozumiałość mowy (w przypadku muzyki operujemy wieloma aspektami przekazu, więc niezrozumienie frazy w muzyce tła nie jest kluczowe dla całości atmosfery, jaką tworzymy za pomocą systemu nagłośnienia, ale już w przypadku systemu informacyjnego czy DSO jest to cecha kluczowa). Zrozumiałość mowy nie wynika tylko i wyłącznie z tego, że komunikat zostanie nadany głośno i po prostu go usłyszymy – na jego prawidłowe zrozumienie wpływa ogromna liczba czynników wynikających zarówno z pracy systemu (zniekształcenia głośników, wzmacniaczy, zakłócenia, nierównomierność charakterystyki głośników itp.), jak i z warunków otoczenia – akustyka wnętrza, poziom hałasu tła, wielkość pomieszczenia, rozmieszczenie głośników, aby podać tylko te najważniejsze. Przyjmuje się, że w dobrze zaprojektowanych systemach zrozumiałość mowy nie powinna być mniejsza niż 0,7 na wspólnej skali zrozumiałości mowy CIS – Common Intelligibility Scale, szczególnie w przypadku systemów DSI i DSO. Do określenia zrozumiałości mowy wykorzystuje się także kilka innych wskaźników: wskaźnik transmisji mowy (STI, ang. Speech Transmission Index), zmodyfikowany test rymów (MRT, ang. Modified Rhyme Test), fonetycznie zrównoważone oceny wyrazowe (PB, ang. Phonetically Balanced), wskaźnik zrozumiałości mowy (SII, ang. Speech Intelligibility Index), wskaźnik artykulacji (Al), strata wyrazistości spółgłosek %ALcons. W przypadku systemów DSO szczegółowe parametry w tym zakresie zawarte są w normach i rozporządzeniach i muszą być spełnione ze względu na to, iż warunkują one odbiór obiektu przez służby takie jak Państwowa Straż Pożarna, a następnie Nadzór Budowlany. Jeśli w obiekcie system DSO nie jest wymagany lub dany system jest całkowicie odrębny od DSO, to nie podlega on takim rygorystycznym wymogom i należy zapewnić zgodność z wymogami użytkownika i zrozumiałością przekazu dla populacji osób w obiekcie. Jednak i wtedy, jeżeli jest to system odrębny, ale współistnieje z DSO w jednym obiekcie, to w przypadku pożaru i zadziałania systemu DSO każdy inny system musi być odłączony natychmiast, aby nie zakłócać pracy systemu nadrzędnego, jakim jest DSO.
Kolejnym elementem jest określenie poziomu ciśnienia akustycznego, jakiego wymagamy w danej przestrzeni, aby osiągnąć powyższe parametry, uwzględniając właśnie akustykę panującą w danym miejscu. W przypadku, kiedy chcemy jedynie odtwarzać muzykę tła, musimy zadbać, aby poziom ciśnienia akustycznego przekraczał tło (szum, hałas) panujące w danym wnętrzu. W praktyce, na co dzień i z dużym uogólnieniem, wszystkie dźwięki pojawiające się poniżej 10 dB w stosunku do hałasu panującego w otoczeniu, będą dla nas niesłyszalne i zamaskowane przez ten szum. Nie chodzi oczywiście o to, aby doszukiwać się jakiejkolwiek informacji w otaczającym nas środowisku, ale żeby była ona dla nas od razu słyszalna, a mimo to nie powodowała efektu niekorzystnego (czyli zwiększenia hałasu). Z tego powodu przyjmuje się, że jeśli jest to muzyka tła, to nie powinna posiadać poziomu głośności wyższego niż 0–6 dB ponad istniejący poziom tła akustycznego. Przy czym 6 dB to już cztery razy głośniej; należy mieć na uwadze, że jeśli całkowity poziom muzyki przekroczy o 3 dB poziom rozmowy dwóch osób, czyli 65 dB, to może się to okazać już dźwiękiem przeszkadzającym. Udaje się to jednak zredukować poprzez zastosowanie regulacji głośności w urządzeniach lub mocy we wzmacniaczach. Ostatecznie właściwe ustawienia na urządzeniach dobiera się na podstawie pomiaru na miejscu w trakcie instalacji. W przypadku systemów informacyjnych i DSO kryteria są dość jasno określone w normach:

• średni czas pogłosu w pasmach oktawowych 500 Hz, 1000 Hz i 2000 Hz nie może być większy niż 1,3 s,
• minimalny poziom dźwięku w całym obszarze musi wynosić minimum 65 dB (norma wymaga nawet 75 dB), w porze spoczynku 75 dB,
• stosunek komunikatu do poziomu tła powinien zawierać się w przedziale od 6 do 20 dB • maksymalny poziom dźwięku 120 dB.

W praktyce przyjmuje się, że odstęp komunikatu od poziomu tła powinien wnosić minimum 10 dB. W wielu obiektach dochodzą jeszcze szczegółowe wymagania na przykład sieci hotelowych, które określają i rozszerzają wymogi prawne o swoje własne wytyczne odnośnie poziomu dźwięku na przykład przy wezgłowiu łóżka hotelowego. Jeszcze inaczej jest w przypadku obiektów sportowych czy wielkoobszarowych przestrzeni otwartych, gdzie też istnieje potrzeba ewakuacji za pomocą systemu DSO, a poziomy ciśnień akustycznych są często bliskie granicznemu maksymalnemu poziomowi dźwięku określonemu w normie. Biorąc pod uwagę poziom ciśnienia dźwięku, zrozumiałość, hałas w otoczeniu i jego akustykę, dobieramy moc oraz konstrukcję głośników, tak aby zapewnić kolejny parametr, czyli równomierność pokrycia dźwiękiem całości przestrzeni, jaką chcemy nagłośnić. Równomierność oznacza, że na pozycji dominującej w danej przestrzeni – siedzącej, czyli na wysokości 1,2 m, lub stojącej – 1,6 m, poziom głośności nie ulega istotnym zmianom na całości powierzchni, a jednocześnie zapewnione są wszystkie powyższe parametry, czyli: poziom natężenia dźwięku oraz zrozumiałość. Zależy to przede wszystkim od charakterystyki kierunkowej pionowej i poziomej głośnika, a w przypadku głośników sufitowych – kąta promieniowania stożka. Te kąty różnią się od siebie i zmieniają wraz z częstotliwością. Należy więc wybrać przedział tych częstotliwości, na które ludzkie ucho jest najbardziej podatne: 500–2000 Hz. Samo pomieszczenie i warunki w nim panujące pozwolą nam określić, ile i jaką moc głośników zastosować, przy czym najczęściej będziemy posiłkować się symulacjami numerycznymi, które pozwalają oszacować efekt w postaci mapy poziomu ciśnienia akustycznego, zrozumiałości, pogłosu, ale i wielu innych czynników oraz parametrów akustycznych środowiska. Warto tylko zaznaczyć, że wyniki te są zawsze pewnym przybliżeniem wynikającym z zastosowanej w programie metody obliczenia, niedokładności parametrów akustycznych środowiska (dane materiałów) oraz samych urządzeń (chociaż tutaj producenci coraz częściej dostarczają dość precyzyjne numeryczne modele swoich głośników). Jeśli już uda nam się dobrać i rozmieścić głośniki w zależności od ich parametrów i zakresu mocy potrzebnej do prawidłowego wyregulowania ich punktu pracy w danym środowisku, dobieramy wzmacniacze, matryce i procesory dźwięku; w przypadku systemu DSO będą to urządzenia spełniające wymogi normy pożarowej, które są dość szczegółowe i traktują cały głośnik nie pod kątem jakości – membranę, zawieszenia, reprodukcji dźwięku; na pierwszym miejscu stawiają fakt, iż taki głośnik w całości, łącznie od złącza kablowego, aż do membrany musi wytrzymać 30 minut w warunkach pożaru. Z tego powodu certyfikacji podlega całość głośnika, a nie tylko poszczególne jego części, tak aby razem z przewodem pożarowym i wzmacniaczem umieszczonym w certyfikowanej szafie dystrybucyjnej stanowił całość odporną na sytuacje pożarowe. Dodatkowo istnieje wymóg zabezpieczenia głośnika odpowiednim uchwytem bądź linką (również wynika to z certyfikacji), aby taki głośnik w trakcie pożaru nie spadł nikomu na głowę. Normy określają też odpowiednie prowadzenie kabli (rozdzielenie stref, przeplot, stosowanie dwóch niezależnych linii w danej strefie, aby w razie awarii jednej przynajmniej druga linia pracowała prawidłowo). Trzeba pamiętać, że system DSI w zasadzie podlega dość podobnym wymogom, pomimo że nie wymaga się certyfikacji, ale jednak przyczyny ewakuacji mogą wynikać nie tylko z powodów pożaru w obiekcie czy zagrożenia nim. Wtedy również zachodzi potrzeba nadawania komunikatów w określony sposób i coraz częściej tak się to odbywa. Systemy DSI I DSO mają także możliwość podłączania i konfigurowania pulpitów z mikrofonami – stacji mikrofonowych – które ułatwiają obsłudze nadawanie komunikatów oraz zarządzanie strefami i treściami w nich nadawanymi. Dlatego coraz częściej, o ile nie ma innego wymogu, system DSO lub DSI łączy też i zawiera w sobie funkcje systemu DSR, czyli muzyki tła, którą nadaje w warunkach normalnej pracy, a przy tym zapewnia możliwość nadawania komunikatów. Napisałem o „innych wymogach” – wynikają one często z tego, że dany obiekt czy obszar (strefa) ze względu na nieco wyższą jakość lub specyfikę treści (wystawy, muzea, hotele, restauracje, sklepy w galeriach handlowych) wymagają odrębnego systemu nagłośnienia. Oczywiście w przypadku systemów DSO I DSI instalacje te wykonywane są w technologii 100 V i przewodami ze stosowną certyfikacją (DSO), jednak w przypadku już systemu przeznaczonego tylko do muzyki i komunikatów decyzja zależy od konkretnego systemu, ale w znakomitej większości, szczególnie w dużych obszarach, ze względu na odległości, liczbę elementów, sposób prowadzenia okablowania, znajdziemy instalacje 100 V. Nie są to instalacje audiofilskie i nie wymaga się od nich przenoszenia szerokiego pasma częstotliwości, ale też i treści są ograniczone do informacji zawartej w paśmie bardzo ograniczonym (100 – 8000 Hz, rzadko szerzej). Tam, gdzie potrzebne są wyjątkowe cechy systemu nagłośnienia, jak duże moce i wyższa jakość dźwięku, szerszy zakres pasma częstotliwości, realizuje się to już zgodnie z technologiami charakterystycznymi dla nagłaśniania takimi systemami dźwiękowymi ze względu na adekwatne do mocy przekroje przewodów, pasmo przenoszenia itp. Na koniec warto wspomnieć o dźwiękowych systemach maskujących. Jak pisałem na wstępie, to dość ciekawe systemy, których zadaniem nie jest przekazanie informacji, ale takie wyprodukowanie odpowiednio zmodulowanego i filtrowanego sygnału, aby przykryć hałas występujący w danej przestrzeni. W naszych warunkach obejmuje to najczęściej pomieszczenia typu open space, call center, ale zapewne niebawem w wielu miejscach znajdzie on swoje zastosowanie. Jest to system nieco odrębnej konstrukcji, wymagający innego podejścia do jego projektowania. Wykorzystuje zjawisko akustyczne polegające na tym, iż niektóre dźwięki potrafią maskować (z racji posiadanego pasma i mocy) częstotliwości otaczające to pasmo, ale znajdujące się mocowo w jego „cieniu”. Systemy te oparte są na procesorach i filtrach cyfrowych adaptacyjnych przypominających chociażby technologię słuchawek do aktywnego usuwania hałasu, ale zasada jest inna. Nie usuwamy hałasu, ale go przykrywamy, tak aby nie powodować jego zwiększenia, bo przekrzyczeć hałas nie jest problemem. Jednak w ten sposób spowodowalibyśmy jedynie większe zmęczenie większym poziomem dźwięku. W tym systemie komunikacja między głośnikami odbywa się w sekcjach i poprzez okablowanie komunikacyjne Cat5/Cat6 ze względu na to, iż są to element aktywne, wyposażone w filtry i mikrowzmacniacze, grupowane za pomocą jednostek zbiorczych – tzw. wzmacniaczy operacyjnych, a te z kolei zbiegają się w jednostce zarządzającej z odpowiednimi interfejsami, do której wprowadza się na podstawie pomiarów odpowiednie nastawy. Systemy te mają też funkcje systemu DSR I DSI, ale nie mogą pełnić roli systemów DSO, a przynajmniej w naszym kraju na dzień dzisiejszy nie jest to jeszcze możliwe. Powyższe rozważania to tylko fragment problematyki, jaka zawiera się w systemach zwanych Public Address. Pokazują, jak istotna i często skomplikowana, pomimo pozornej prostoty, jest to materia, a właściwy dobór i konfiguracja systemu składa się z wielu etapów analiz. Umiejętne połączenie i decyzja projektowa, uwzględnienie potrzeb użytkownika, norm, celów i funkcji, jakie ma spełniać taki system, zapewnią prawidłowość jego działania, niezawodność, a także funkcjonalność, z której użytkownik będzie zadowolony, również w odniesieniu do poniesionych nakładów finansowych. Technologie oferowane przez producentów coraz lepie
j uwzględniają różnorodność potrzeb i trendy rynkowe, więc projektanci, wykonawcy i integratorzy dysponują już dzisiaj dość szeroką gamą produktową. Z tego powodu stworzenie systemu Public Address staje się dzisiaj dużo prostszym zagadnieniem, także w dużej skali. Jednak im większy system, tym istotniejszy staje się udział wiedzy i doświadczenia w projektowaniu oraz realizacji jako dopełnienie doskonałej jakości i funkcjonalności urządzeń, które w niewłaściwie dobranej infrastrukturze nie wykażą tychże doskonałych cech.

TEKST: Grzegorz Augustyn