Sirena (alarma)

Una sirena es un dispositivo que hace ruido fuerte. Las sirenas de defensa civil se montan en ubicaciones fijas y se utilizan para advertir de desastres naturales o ataques. Las sirenas se utilizan en vehículos de servicios de emergencia como ambulancias, coches de policía y camiones de bomberos. Hay dos tipos generales: mecánicos y electrónicos.

Muchas sirenas de incendio (utilizadas para convocar a los bomberos voluntarios) cumplen una doble función como sirenas de tornado o de defensa civil, alertando a toda una comunidad sobre un peligro inminente. La mayoría de las sirenas de incendio están montadas en el techo de una estación de bomberos o en un poste al lado de la estación de bomberos. Las sirenas de incendio también se pueden montar en edificios gubernamentales o cerca de ellos, en estructuras altas como torres de agua, así como en sistemas donde se distribuyen varias sirenas alrededor de una ciudad para una mejor cobertura de sonido. La mayoría de las sirenas de incendio son de un solo tono y son accionadas mecánicamente mediante motores eléctricos con un rotor unido al eje. Algunas sirenas más nuevas son parlantes accionados electrónicamente.

Las sirenas de incendio a menudo se denominan "silbatos de incendio", "alarmas de incendio" o "bocinas de incendio". Aunque no existe una señalización estándar para las sirenas de incendio, algunas utilizan códigos para informar a los bomberos de la ubicación del incendio. Las sirenas de defensa civil, también utilizadas como sirenas de incendio, a menudo pueden producir un sonido alternativo de "alto-bajo". señal (similar a los vehículos de emergencia en muchos países europeos) como señal de incendio, o ataque (lamento lento), típicamente 3x, para no confundir al público con las señales estándar de alerta (tono constante) y lamento rápido (vacilación rápida) de la defensa civil. tono). Las sirenas de incendio a menudo se prueban una vez al día al mediodía y también se denominan "sirenas de mediodía". o "silbatos del mediodía".

Los primeros vehículos de emergencia utilizaban un timbre. Luego, en los años 70, cambiaron a una bocina de aire bitono, que a su vez fue superada en los años 80 por un gemido electrónico.

Historia

Algún tiempo antes de 1799, la sirena fue inventada por el filósofo natural escocés John Robison. Las sirenas de Robinson se utilizaron como instrumentos musicales; específicamente, alimentaron algunos de los tubos de un órgano. La sirena de Robinson consistía en una llave de paso que abría y cerraba un tubo neumático. La llave de paso aparentemente era accionada por la rotación de una rueda.

En 1819, el barón Charles Cagniard de la Tour desarrolló y nombró una sirena mejorada. La sirena de De la Tour constaba de dos discos perforados que estaban montados coaxialmente a la salida de un tubo neumático. Un disco estaba estacionario, mientras que el otro giraba. El disco giratorio interrumpía periódicamente el flujo de aire a través del disco fijo, produciendo un tono. La sirena de De la Tour podía producir sonido bajo el agua, lo que sugiere un vínculo con las sirenas de la mitología griega; de ahí el nombre que le dio al instrumento.

En lugar de discos, la mayoría de las sirenas mecánicas modernas utilizan dos cilindros concéntricos, que tienen ranuras paralelas a su longitud. El cilindro interior gira mientras que el exterior permanece estacionario. A medida que el aire bajo presión sale de las ranuras del cilindro interior y luego escapa a través de las ranuras del cilindro exterior, el flujo se interrumpe periódicamente, creando un tono. Las primeras sirenas de este tipo fueron desarrolladas entre 1877 y 1880 por James Douglass y George Slight (1859-1934) de Trinity House; La versión final se instaló por primera vez en 1887 en el faro de Ailsa Craig en el Firth of Clyde de Escocia. Cuando la energía eléctrica comercial estuvo disponible, las sirenas ya no eran accionadas por fuentes externas de aire comprimido, sino por motores eléctricos, que generaban el flujo de aire necesario a través de un simple ventilador centrífugo, que estaba incorporado en el cilindro interior de la sirena.

Para dirigir el sonido de una sirena y maximizar su potencia de salida, ésta suele estar equipada con una bocina, que transforma las ondas sonoras de alta presión de la sirena en ondas sonoras de menor presión al aire libre.

La primera forma de convocar a los bomberos voluntarios a un incendio era haciendo sonar una campana, ya sea montada en lo alto de la estación de bomberos o en el campanario de una iglesia local. A medida que estuvo disponible la electricidad, se fabricaron las primeras sirenas de incendio. En 1886, el ingeniero eléctrico francés Gustave Trouvé desarrolló una sirena para anunciar la llegada silenciosa de sus barcos eléctricos. Dos de los primeros fabricantes de sirenas contra incendios fueron William A. Box Iron Works, que fabricó el "Denver" sirenas ya en 1905, y la Inter-State Machine Company (más tarde Sterling Siren Fire Alarm Company), que fabricó el omnipresente modelo "M" sirena eléctrica, que fue la primera sirena de doble tono. La popularidad de las sirenas contra incendios despegó en la década de 1920, y muchos fabricantes, incluidos Federal Electric Company y Decot Machine Works, crearon sus propias sirenas. Desde la década de 1970, muchas comunidades han desactivado sus sirenas de incendio a medida que los buscapersonas estuvieron disponibles para uso del departamento de bomberos. Algunas sirenas todavía permanecen como respaldo de los sistemas de buscapersonas.

Durante la Segunda Guerra Mundial, la defensa civil británica utilizó una red de sirenas para alertar a la población en general de la inminencia de un ataque aéreo. Un solo tono denotaba "todo despejado". Una serie de tonos denotaban un ataque aéreo.

Tipos

Neumático

La sirena neumática, que es un aerófono libre, consta de un disco giratorio con orificios (llamado helicóptero, disco de sirena o rotor), de modo que el material entre los orificios interrumpe el flujo de aire desde los orificios fijos en el fuera de la unidad (llamado estator). Como los orificios en el disco giratorio impiden y permiten que el aire fluya alternativamente, se produce una presión de aire comprimido y enrarecido que se alterna, es decir, sonido. Estas sirenas pueden consumir grandes cantidades de energía. Para reducir el consumo de energía sin perder volumen del sonido, algunos diseños de sirenas neumáticas se potencian forzando aire comprimido desde un tanque que puede rellenarse mediante un compresor de baja potencia a través del disco de la sirena.

En el uso del idioma inglés de los Estados Unidos, las sirenas neumáticas para vehículos a veces se denominan sirenas mecánicas o de montaña rusa, para diferenciarlas de los dispositivos electrónicos. Las sirenas mecánicas accionadas por un motor eléctrico suelen denominarse “electromecánicas”. Un ejemplo es la sirena Q2B vendida por Federal Signal Corporation. Debido a su alto consumo de corriente (100 amperios cuando se aplica energía), su aplicación normalmente se limita a aparatos contra incendios, aunque se ha visto un uso cada vez mayor en ambulancias tipo IV y vehículos de equipos de rescate. Su distintivo tono de urgencia, su alto nivel de presión sonora (123 dB a 10 pies) y sus ondas sonoras cuadradas explican su eficacia.

En Alemania y algunos otros países europeos, la sirena neumática de dos tonos (alto-bajo) consta de dos juegos de bocinas de aire, una de tono alto y otra de tono bajo. Un compresor de aire sopla aire hacia un conjunto de bocinas y luego cambia automáticamente al otro conjunto. A medida que se produce este cambio de ida y vuelta, el sonido cambia de tono. Su potencia de sonido varía, pero puede llegar hasta aproximadamente 125 dB, dependiendo del compresor y las bocinas. En comparación con las sirenas mecánicas, utiliza mucha menos electricidad pero necesita más mantenimiento.

En una sirena neumática, el estator es la parte que corta y vuelve a abrir el aire cuando las aspas giratorias de un helicóptero pasan por los orificios del estator, generando sonido. El tono del sonido de la sirena es función de la velocidad del rotor y del número de orificios en el estator. Una sirena con una sola fila de puertos se llama sirena de un solo tono. Una sirena con dos filas de puertos se conoce como sirena de doble tono. Al colocar un segundo estator sobre el estator principal y conectarle un solenoide, se pueden cerrar y abrir repetidamente todos los puertos del estator, creando así un tono llamado pulso. Si esto se hace mientras la sirena suena (en lugar de emitir un tono constante), se denomina aullido de pulso. Al hacer esto por separado en cada fila de puertos en una sirena de doble tono, se puede hacer sonar alternativamente cada uno de los dos tonos de un lado a otro, creando un tono conocido como Hi/Lo. Si esto se hace mientras la sirena suena, se llama gemido alto/bajo. Este equipo también puede generar pulso o lamento de pulso. Los puertos se pueden abrir y cerrar para enviar código Morse. Una sirena que puede emitir tanto pulsos como código Morse se conoce como sirena de código.

Electrónica

Las sirenas electrónicas incorporan circuitos como osciladores, moduladores y amplificadores para sintetizar un tono de sirena seleccionado (wail, Yelp, Pierce/priority/phaser, hi-lo, scan, airhorn, manual y algunos más) que se reproduce. a través de altavoces externos. No es raro, especialmente en el caso de los camiones de bomberos modernos, ver un vehículo de emergencia equipado con ambos tipos de sirenas. A menudo, las sirenas de policía también utilizan el intervalo de un tritono para ayudar a llamar la atención. La primera sirena electrónica que imitaba el sonido de una sirena mecánica fue inventada en 1965 por los empleados de Motorola Ronald H. Chapman y Charles W. Stephens.

Otros tipos

Los silbatos de vapor también se utilizaban como dispositivo de advertencia si había un suministro de vapor, como en un aserradero o una fábrica. Eran comunes antes de que las sirenas de incendio estuvieran ampliamente disponibles, particularmente en la ex Unión Soviética. Las bocinas de incendios, grandes bocinas de aire comprimido, también se utilizaban y se siguen utilizando como alternativa a las sirenas de incendios. Muchos sistemas de bocinas de incendio estaban conectados a cajas de disparo ubicadas alrededor de una ciudad, y esto "explotaba" los incendios. un código con respecto a la ubicación de esa casilla. Por ejemplo, cuando se tira de la caja número 233, la bocina de incendio hace sonar dos toques, seguidos de una pausa, seguidos de tres toques, seguidos de una pausa, seguidos de tres toques más. En la época anterior a los teléfonos, ésta era la única forma en que los bomberos sabían la ubicación de un incendio. Las explosiones codificadas solían repetirse varias veces. Esta tecnología también se aplicó a muchos silbatos de vapor. Algunas sirenas de incendio están equipadas con frenos y amortiguadores, lo que les permite también emitir códigos. Estas unidades solían ser poco fiables y ahora son poco comunes.

Física del sonido

Las sirenas mecánicas soplan aire a través de un disco o rotor ranurado. Las ondas cíclicas de la presión del aire son la forma física del sonido. En muchas sirenas, un ventilador centrífugo y un rotor están integrados en una sola pieza de material, hecho girar por un motor eléctrico.

Las sirenas electrónicas son altavoces de alta eficiencia, con amplificadores y generación de tonos especializados. Suelen imitar los sonidos de las sirenas mecánicas para ser reconocibles como sirenas.

Para mejorar la eficiencia de la sirena, utiliza una frecuencia relativamente baja, normalmente varios cientos de hercios. Las ondas sonoras de baja frecuencia pasan mejor por las esquinas y los agujeros.

Las sirenas suelen utilizar bocinas para apuntar las ondas de presión. Esto utiliza la energía de la sirena de manera más eficiente al apuntarla. Las bocinas exponenciales logran eficiencias similares con menos material.

La frecuencia, es decir, los ciclos por segundo del sonido de una sirena mecánica está controlada por la velocidad de su rotor y el número de aperturas. El aullido de una sirena mecánica se produce cuando el rotor acelera y desacelera. Los lamentos suelen identificar un ataque o una emergencia urgente.

El timbre característico o la calidad musical de una sirena mecánica se debe a que es una onda triangular, cuando se representa gráficamente como presión en el tiempo. A medida que las aberturas se ensanchan, aumenta la presión emitida. A medida que se cierran, disminuye. Entonces, la distribución de frecuencia característica del sonido tiene armónicos en múltiplos impares (1, 3, 5...) de la fundamental. La potencia de los armónicos cae en un cuadrado inverso a su frecuencia. Las sirenas distantes suenan más "suaves" o "más cálido" porque sus duras altas frecuencias son absorbidas por los objetos cercanos.

Las sirenas de dos tonos a menudo están diseñadas para emitir una tercera menor, musicalmente considerada una sirena "triste". sonido. Para ello cuentan con dos rotores con diferente número de aberturas. El tono superior es producido por un rotor con un número de aberturas divisible por seis. El rotor del tono inferior tiene un número de aberturas divisible por cinco. A diferencia de un órgano, la tercera menor de una sirena mecánica casi siempre es física, no templada. Para lograr relaciones moderadas en una sirena mecánica, los rotores deben estar engranados, accionados por diferentes motores o tener un gran número de aberturas. Las sirenas electrónicas pueden producir fácilmente una tercera menor templada.

Una sirena mecánica que puede alternar entre sus tonos utiliza solenoides para mover contraventanas giratorias que cortan el suministro de aire a un rotor y luego al otro. Esto se utiliza a menudo para identificar una advertencia de incendio.

Durante la prueba, no es deseable un sonido aterrador. Por lo tanto, las sirenas electrónicas suelen emitir tonos musicales: las campanadas de Westminster son comunes. Las sirenas mecánicas a veces se autoprueban "gruñendo", es decir, funcionando a bajas velocidades.

En la música

Las sirenas también se utilizan como instrumentos musicales. Han aparecido de forma destacada en obras de compositores clásicos contemporáneos y de vanguardia. Los ejemplos incluyen las composiciones de Edgard Varèse Amériques (1918–21, rev. 1927), Hyperprism (1924) e Ionización (1931).); la Sinfonía de sirenas de fábrica de Arseny Avraamov (1922); el Ballet Mécanique de George Antheil (1926); La Sinfonía nº 2 de Dimitri Shostakovich (1927) y "The Klaxon: March of the Automobiles" de Henry Fillmore. (1929), que presenta un claxofón.

En la música popular, las sirenas se han utilizado en las canciones de The Chemical Brothers. "Canto a la Sirena" (1992) y en un segmento 60 Minutes de CBS News interpretado por la percusionista Evelyn Glennie. Una variación de una sirena, tocada en un teclado, son las notas iniciales de la canción de REO Speedwagon "Ridin' la tormenta fuera". Algunas bandas de heavy metal también utilizan introducciones de sirenas tipo ataque aéreo al comienzo de sus shows. El compás de apertura de Money City Maniacs 1998 de la banda canadiense Sloan utiliza múltiples sirenas superpuestas.

Montada en vehículo

Aprobaciones o certificaciones

Los gobiernos pueden tener normas para las sirenas montadas en vehículos. Por ejemplo, en California, las sirenas se denominan Clase A o Clase B. Una sirena de Clase A es lo suficientemente fuerte como para poder montarse en casi cualquier lugar de un vehículo. Las sirenas de Clase B no son tan ruidosas y deben montarse en un plano paralelo al nivel de la carretera y paralelo a la dirección en la que viaja el vehículo cuando se conduce en línea recta.

En algunos casos, las sirenas también deben ser aprobadas por agencias locales. Por ejemplo, la Patrulla de Caminos de California aprueba modelos específicos para su uso en vehículos de emergencia en el estado. La aprobación es importante porque garantiza que los dispositivos funcionen adecuadamente. Además, el uso de dispositivos no aprobados podría ser un factor a la hora de determinar la culpa en caso de colisión.

El comité internacional de luces y dispositivos de advertencia de emergencia de SAE supervisa las prácticas de iluminación de vehículos de emergencia de SAE y la práctica de sirenas, J1849. Esta práctica se actualizó mediante la cooperación entre la SAE y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Aunque esta versión sigue siendo bastante similar al estándar del Título 13 de California para la salida de sonido en varios ángulos, esta práctica actualizada permite a un laboratorio acústico probar un sistema de sirena con dos altavoces para una salida de sonido compatible.

Mejores prácticas

Los parlantes de sirena, o sirenas mecánicas, siempre deben instalarse delante del compartimiento de pasajeros. Esto reduce el ruido para los ocupantes y hace que el audio de la radio bidireccional y del teléfono móvil sea más inteligible durante el uso de la sirena. También pone el sonido donde será útil. Un estudio de 2007 encontró que los niveles de sonido del habitáculo podían superar los 90 dB(A).

Las investigaciones han demostrado que las sirenas montadas detrás de la parrilla del motor o debajo de los pasos de rueda producen menos ruido no deseado dentro de la cabina de pasajeros y en los lados y la parte trasera del vehículo, manteniendo al mismo tiempo los niveles de ruido para dar advertencias adecuadas. La inclusión de sonido de banda ancha en las sirenas tiene la capacidad de aumentar la localización de las sirenas, como en una sirena direccional, ya que una variedad de frecuencias utiliza las tres formas en que el cerebro detecta la dirección de un sonido: diferencia de nivel interaural, diferencia de tiempo interaural y Función de transferencia relacionada con la cabeza.

Las peores instalaciones son aquellas en las que el sonido de la sirena se emite por encima y ligeramente detrás de los ocupantes del vehículo, como en los casos en los que se utiliza un altavoz montado en una barra de luces en un sedán o una camioneta. Los vehículos con sirenas ocultas también suelen tener altos niveles de ruido en el interior. En algunos casos, instalaciones ocultas o deficientes producen niveles de ruido que pueden dañar permanentemente a los ocupantes del vehículo. audiencia.

Las sirenas mecánicas accionadas por motor eléctrico pueden consumir de 50 a 200 amperios a 12 voltios (CC) cuando alcanzan la velocidad de funcionamiento. El cableado apropiado y la protección transitoria para las computadoras de control del motor es una parte necesaria de una instalación. El cableado debe ser similar en tamaño al cableado del motor de arranque del vehículo. Los dispositivos mecánicos montados en vehículos suelen tener un freno eléctrico, un solenoide que presiona una almohadilla de fricción contra el rotor de la sirena. Cuando un vehículo de emergencia llega al lugar o se cancela en ruta, el operador puede detener rápidamente la sirena.

A menudo se alega que las sirenas electrónicas de varios altavoces tienen puntos muertos en ciertos ángulos con respecto a la dirección de marcha del vehículo. Estos son causados por diferencias de fase. El sonido proveniente del conjunto de altavoces puede cancelarse en algunas situaciones. Esta cancelación de fase se produce en frecuencias únicas, según la separación de los altavoces. Estas diferencias de fase también representan aumentos, según la frecuencia y el espaciado de los altavoces. Sin embargo, las sirenas están diseñadas para barrer la frecuencia de su salida de sonido, normalmente no menos de una octava. Este barrido minimiza los efectos de la cancelación de fase. El resultado es que la salida de sonido promedio de un sistema de sirena con dos altavoces es 3 dB mayor que la de un sistema de un solo altavoz.

Notas y referencias