perturbador de alta frecuencia para evitar el robo de automoviles
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PERTURBADOR DE ALTA FRECUENCIA PARA EVITAR EL ROBO DE AUTOMOVILES REINEL DARIO AVILA BERNAL MANUEL DAVID GUEVARA ALVAREZ JAVIER ZAMBRANO RUSSI UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERIA DE SONIDO BOGOTA, D.C. 2006 PERTURBADOR DE ALTA FRECUENCIA PARA EVITAR EL ROBO DE AUTOMOVILES REINEL DARIO AVILA BERNAL MANUEL DAVID GUEVARA ALVAREZ JAVIER ZAMBRANO RUSSI Proyecto de Grado Ingeniería de Sonido Asesores MIGUEL PEREZ OLGA LUCIA MORA UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERIA DE SONIDO SANTAFE DE BOGOTA, D.C. 2006 ____________________ ____________________ ____________________ ____________________ Presidente del jurado ____________________ Jurado ____________________ Jurado CONTENIDO Págs. INTRODUCCIÓN 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 9 1.1 ANTECEDENTES 9 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACION DEL PROBLEMA 13 1.3 JUSTIFICACION 14 1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 15 1.4.1 Objetivo general 15 1.4.2 Objetivos específicos 16 1.5 16 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 1.5.1 Alcances 16 1.5.2 Limitaciones 16 2. 17 MARCO DE REFERENCIA 2.1 MARCO CONCEPTUAL 17 2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO 22 2.3 MARCO TEORICO 23 3. METODOLOGÍA 43 3.1 Primera medición 44 3.2 Segunda medición 46 3.3 Tercera medición 47 3.4 Cuarta medición 49 3.5 Quinta medición 50 3.6 Sexta medición 52 3.7 Séptima medición 53 3.8 Octava medición 55 3.9 Novena medición 56 3.10 Décima medición 58 3.11 Décimo primera medición 58 4.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACION 4.2 LINEA DE INVESTIGACION DE USB / SUB-LINEA DE FACULTAD / CAMPO TEMATICO DEL PROGRAMA 59 59 4.2.1 Línea de Investigación 59 4.2.2 Sublínea de Investigación 60 4.2.3 Campo Temático 60 4.3 HIPOTESIS 60 4.4 VARIABLES 61 4.4.1 Variables independientes 61 4.4.2 Variables dependientes 61 5. DESARROLLO INGENIERIL 62 6. GASTOS Y PRESUPUESTO 70 FUENTES DE INFORMACION (bibliografía) ANEXOS INTRODUCCION En la actualidad el robo de vehículos se ha convertido en un negocio rentable para quienes los obtienen de manera ilegal, ya sea para la venta de sus partes, fines terroristas, transporte ilegal de estupefacientes o la clonación de estos mismos en las diferentes ciudades del país. La investigación previa a esta propuesta toma factores socioeconómicos claros para la adquisición legal de un vehiculo para cualquier Colombiano, es decir, el valor comercial del mismo, la tramitología, etc. Las alarmas existentes en el mercado tienen un alto costo para los usuarios que en la actualidad la requieren o simplemente ya vienen incorporadas en los automóviles nuevos lo cual elevan el valor del auto como si fuera un accesorio más. Muchas de estas son obsoletas ante el robo del vehiculo. El dispositivo a diferencia de los actuales maneja frecuencias altas a niveles de presión considerables las cuales están incorporadas en el interior del vehiculo no visibles para el ladrón, de manera que no sea fácil de desactivar por parte de quien quiera llevárselo en forma indebida, lo cual permite que al activar esta alarma, el ladrón que esta en el interior del vehiculo sea fastidiado y perturbado por las frecuencias altas que son de una gran molestia si se encuentran dentro la mayor sensibilidad de oído humano ,permitiendo así que el individuo se retire del interior del vehiculo y no cumpla su objetivo. Este proyecto se desarrolla en el ámbito automotriz, teniendo en cuenta la aplicación de altas frecuencias a niveles de presión considerables para desalojar ladrones del interior del vehiculo, causando leves molestias que este ruido desencadena en los seres humanos. Electrónicamente el dispositivo esta conformado por diferentes partes las cuales funcionan con un fin determinado, tratando de prever los puntos débiles, como so son los cortos y la ubicación de sus componentes. -9- 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 ANTECEDENTES La compañía American Technology Corp. Obtuvo un contrato de millones de dólares para proveer de dispositivos (LRAD) a los diferentes cuerpos de las fuerzas militares. El equipo, llamado LRAD (Dispositivo Acústico de Largo Alcance), es un "arma no letal" Gráfica No 1 desarrollada inicialmente para mantener a distancia de los barcos de guerra a las pequeñas embarcaciones evitando el hurto de las pertenencias de las personas tales como la que atacó al US Cole en Yemen. Las fuerzas estadounidenses en Irak usarán la más alta tecnología para enfrentarse a las multitudes: un arma que dispara un ruido ensordecedor de 150 decibeles y 3.100 hertz - 10 - Gráfica No 2 Ahora la armada y los marines han agregado esta barrera sónica a su arsenal para controlar a multitudes, tales como las que se producen en Fallujah, un centro de insurgencia al oeste de Bagdad, informó CNN. Aunque oficialmente no pertenece a la directiva militar conjunta de armas no letales, el aparato con forma de plato y de 20 Kg. de peso, pertenece a un arsenal de tecnologías que intentan disuadir y no matar, lanzando una onda sonora de 150 decibeles. Expertos declararon que la exposición a sonidos con frecuencias tan altas -entre 2.100 y 3.100 hertz- puede ser peligroso en exposiciones largas. Para el uso de estas frecuencias se debe tomar en cuenta la siguiente tabla donde indica el SPL necesario. (Ver anexo No. 1) La compañía detrás de LRAD, American Technology Corp. de San Diego, obtuvo un contrato de US $ 1.1 millones de dólares para proveer de estos dispositivos al cuerpo de marines en Irak. - 11 - Otra de estas armas, que se espera sea probada pronto en el campo de batalla, es el Sistema de Denegación Activa. Éste repele al enemigo con un doloroso rayo de energía. Con esta sofisticada arma es posible emplearla en un tipo de dispositivo que brinde seguridad como puede ser un tipo de alarma para ser utilizada en el campo automotor. En Colombia podemos encontrar varios tipos de alarmas las cuales varían de acuerdo a la tecnología que se implementa en cada una. La intención de la instalación es siempre la misma: PROTEGER EL VEHICULO, algunas mas sofisticadas que otras, están desde una simple palanca hasta el sofisticado GPS. En el mercado se pueden encontrar: • GPS: instalado en el vehiculo y en un celular GSM, permite a los usuarios inmovilizar el vehículo en caso de robo. Además, ayuda a localizar el vehiculo. • ENFORCER: En el momento en que el vehiculo es tocado, además de avisar al dueño la situación mediante el llavero, le especifica en un visor la parte del vehículo que está siendo abierta o violentada. Como el dueño sabe con exactitud lo que sucede en su vehículo, mediante el mismo llavero puede tomar las acciones pertinentes, como inmovilizar el vehiculo, cerrar los vidrios, trabar las puertas y activar todas las funciones que tiene una alarma. Además, en caso de colisión si se lo roban, el llavero señala con exactitud la zona del golpe o rotura y si existe movimiento dentro del auto. Esta última función se activa porque la alarma instalada tiene sensores de movimiento. - 12 - • MTL 500: permite una programación personalizada, grabado de controles remotos adicionales, señales de confirmación sonoras y ópticas y rearmado automático (que se activa automáticamente al cerrar el coche). • AUTO-BLOQUEO: posee un sensor de ultrasonido, acciones antirrobo activo (el coche se bloquea en pleno movimiento, lo que impide que los ladrones se lo lleven a sitios alejados) y pasivo programable (cuando el carro está detenido) y opcionalmente el accionamiento de alza de vidrios y de cierres centralizados. • CHAPAS: Estos accesorios impiden la entrada de cualquier llave que no sea la adecuada y menos de una ganzúa. • CONTROL REMOTO: los sistemas a control remoto con los que el propietario del coche puede cerrar las cuatro puertas y, gracias a un accesorio adicional, bloquear la maletera y el capó. Viene con batería incorporada para que el sistema de alarma siga funcionando en caso de que por cualquier razón el sistema eléctrico del automóvil haya sido desconectado. Este tipo de alarma tiene controles remotos que no pueden ser fácilmente burlados. Todos estos tipos de alarmas tienen la misma funcionalidad la cual es proteger el vehiculo pero no garantiza que sea vulnerable para el ladrón - 13 - 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACION DEL PROBLEMA Particularmente en Bogotá, la inseguridad automotriz se presenta en cualquier sector, no basta para detener este usual problema la policía, o los pequeños y costosos dispositivos, sino que además se corre peligro en el intento de detener al ladrón. Aunque los reportes estadísticos de la Policía Nacional muestran que el número de autos robados en Colombia viene disminuyendo (45,39 por ciento a nivel nacional de 2001 a 2005), los casos reportados por este flagelo que azota a las principales ciudades del país sigue siendo alto (9.954 hurtos). Sólo en Bogotá se roban cerca de 12 vehículos en el día, cifra que se mantiene casi inalterada si se compara con los registros de 2004 cuando llegaban a 11 automotores diarios. La localidad más afectada por este fenómeno delincuencial es Suba con 15,15 por ciento, es decir, 576 vehículos por año. La cifra comparada con la de 2004 evidencia una variación al alza en 79 automotores. Según la Policía Metropolitana el panorama para el año que empieza puede ser positivo, pero se necesitan mejores controles. “En lo corrido de 2006 el robo de vehículos en Bogotá bajó 43 por ciento, pues de 372 carros arrebatados a sus propietarios en 2005 se pasó a 225 a la fecha”, muestran las cifras de las autoridades. En el primer mes del año van 421 vehículos hurtados, menos que lo observado en 2005 (740 automotores). Es decir que la disminución llegó a 43 por ciento. La importancia del trabajo y la aplicación del mismo es tratar de evitar el robo de autos ya que afecta el entorno de la sociedad colombiana, y es una preocupación - 14 - para el diario vivir, los beneficios que presenta esta solución es poder recuperar el vehiculo después de un tiempo corto sin afectar a quien lo hurta. Esta ingeniosa técnica no a sido aplicada a ningún sistema de seguridad vehicular, el cual permite innovar respecto a los sistemas de alarmas comunes, ya que este dispositivo logra evitar que la persona continué conduciendo el automotor gracias al perturbador instalado al interior de este. Es competente contra otras clases de alarmas, por su costo, instalación, y difícil acceso para quien no tiene conocimiento de este nuevo y novedoso dispositivo.. ¿Como implementar un perturbador de alta frecuencia, para ser utilizado en el interior del un vehiculo, con el fin de evitar el robo vehicular? 1.2 JUSTIFICACION El perturbador de alta frecuencia tiene una gran efectividad, ya que este dispositivo estará implementado al interior del vehiculo, el cual genera una gran cantidad de SPL 100.3 dB a frecuencias muy altas 5000 Hz, permitiendo así que el ladrón se retire del mismo. Posee una clave de activación y desactivación de la misma, un temporizador para insertar la clave y un sistema de seguridad en caso corto de la batería principal. La idea del perturbador es tener un bajo costo en cuanto a su realización, su producción y su fácil y estratégica instalación al interior del vehiculo sin sospechar de esta alternativa de seguridad. - 15 - Como actualmente las alarmas convencionales son bastante costosas dependiendo de las labores que cumpla en cuanto a la seguridad del vehiculo, este dispositivo es otra opción mas económica y funcional de seguridad vehicular. 1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.4.1 Objetivo general • Diseñar e implementar un dispositivo perturbador de alta frecuencia para evitar el robo de automóviles 1.4.2. Objetivos específicos • Determinar el nivel de presión sonora mas adecuado para ahuyentar al ladrón del vehiculo, por medio de las tablas existentes donde se indica el nivel de presión sonora para cada frecuencia. • Determinar cuales son las frecuencias altas audibles para el ser humano, que generan molestia pero no perjudiquen su salud con grandes consecuencias, por medio de las curvas isofónicas, las cuales indican las frecuencias de mayor sensibilidad para el oído humano. • Establecer una clave secreta para la desactivación del dispositivo, por medio de un microcontrolador instalado en el vehiculo. - 16 - 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 1.5.1 Alcances Con este dispositivo esperamos encontrar algunos beneficios los cuales pueden ser: • Disminución el robo vehicular. • Brindar tranquilidad y seguridad al dueño del vehiculo. • Disminución de las pólizas y seguros por este motivo. • Recuperar el vehiculo en el menor tiempo posible. • Formar empresa por medio de la venta de este dispositivo 1.5.2 Limitaciones • El potencial humano que pueda soportar un SPL. permitido a un tono determinado sin tener consecuencias. • Tapones en los oídos en el momento del robo. • El ladrón tenga algún problema con uno de sus oídos. - 17 - 2. MARCO DE REFERENCIA 2.1 MARCO CONCEPTUAL En el proyecto se manejaran distintos conceptos que serán debidamente explicados para un mejor entendimiento. En el medio ambiente, Se define como ruido todo sonido no deseado. En el ambiente humano, se considera como ruido todo sonido, con una intensidad alta, puesto que siempre habrá alguien que no lo desee. En la elaboración del proyecto se usara un dispositivo o aparato electrónico, (Ver grafica 43) que consiste en la combinación de diversos elementos o componentes organizados en circuitos, destinados a controlar y aprovechar las señales eléctricas, este dispositivo es un perturbador o inhibidor que se compone básicamente de un generador de señal y un transmisor. El primero genera una señal que es enviada a través del segundo con una potencia determinada según la necesidad. Esta señal carece de información útil, únicamente es una señal generada por un oscilador o generador de onda. Se utiliza principalmente por motivos de seguridad o con intenciones de sabotaje: Actualmente se pueden encontrar una diversa cantidad de dispositivos inhibidores o perturbadores entre los cuales estan: - perturbadores GPS - perturbadores para Radares - 18 - - perturbadores para Celulares (Telefonía Móvil Celular AMPS/GSM/CDMA, etc). - perturbadores para Dispositivos Infrarrojos - perturbadores RF (Radio Frecuencia) - perturbadores de Video - perturbadores de Audio (aplicaciones de contra-espionaje) La frecuencia es el número de oscilaciones que una onda efectúa en un determinado intervalo de tiempo. El número de ciclos por segundo se llama hercio (Hz), y es la unidad con la cual se mide la frecuencia. Alternativamente, se puede medir el tiempo entre dos ocurrencias del evento (periodo) y entonces la frecuencia es la inversa de este tiempo , Donde T es el periodo, medido en segundos (s). Frecuencia como magnitud de una onda sonora En mecánica ondulatoria, la frecuencia se define como el número de oscilaciones por unidad de tiempo (generalmente, por segundo). Entendiendo por oscilación el ciclo completo de una onda. - 19 - Si se producen muchas oscilaciones en un segundo estaremos hablando de altas frecuencias, si, por el contrario, son pocas, hablamos de bajas frecuencias. Gráfica No 3 La frecuencia se representa con la letra (f) y se expresa en hercios. • 1 Hz equivale a 1 ciclo/s • 1 Kilohercio (Khz.) = 1.000 Hz. • 1 Megahercio (MHz) = Un millón de hercios. • 1 Giga hercio (GHz) = Mil millones de hercios. La frecuencia está relacionada con la longitud de onda. De hecho, la velocidad de propagación se define como el producto de la longitud de onda por la frecuencia. Lo que significa que a longitudes de onda más pequeñas mayor frecuencia y viceversa. El oído humano es capaz de percibir frecuencias entre 20 y 20.000 hercios (ciclos por segundo). Esta respuesta en frecuencia del oído humano es lo que conocemos como audiofrecuencias, pero el espectro sonoro es mucho más amplio. - 20 - Para la utilización de estas frecuencias es necesario tener un Nivel de Presión Sonora (NPS o SPL)1. Se expresa en decibeles (dB) y se define por la siguiente relación matemática: NPS = 20 Log (P/Po) En que P: valor eficaz de la presión sonora medida. Po: valor eficaz de la presión sonora de referencia, Fijado en 2x10-5 [N/m2] Nivel de Presión Sonora Continuo Equivalente (NPSeq): Es aquel nivel de presión sonora constante, expresado en decibeles A, que en el mismo intervalo de tiempo, contiene la misma energía total (o dosis) que el ruido medido. Nivel de Presión Sonora Máximo (NPSi max) Es el máximo Nivel de Presión Sonora registrado durante un período de medición dado. Nivel de Presión Sonora Mínimo (NPSmin) 1 Ver Anexo numero 1 ( tabla de SPL para uso de frecuencias ) - 21 - Es el mínimo Nivel de Presión Sonora registrado durante un período de medición dado. El microcontrolador es el cerebro del ordenador. Es un chip, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles (o millones) de elementos llamados transistores, cuya combinación permite realizar el trabajo que tenga encomendado el chip. Los microcontroladores, suelen tener forma de cuadrado o rectángulo negro (ver grafica No. 4) y van, o bien sobre un elemento llamado zócalo (socket en inglés) o soldados en la placa en la cual permite que le sean programadas las funciones especificas para que las ejecute. √ Gráfica No 4 - 22 - 2.2 MARCO LEGAL En la investigación que se realizada se encontró que en COLOMBIA las resoluciones propuestas por los ministerios de salud y protección social, acaban de ser actualizadas e indican lo siguiente: RESOLUCION No. 8321 DEL 4 DE AGOSTO DE 1983. VALORES LÍMITES PERMISIBLES PARA RUIDO CONTINUO O INTERMITENTE MAXIMA DURACION DE EXPOSICION NIVEL DE PRESION SONORA DIARIA dB (A) 8 horas 90, 7 horas 6 horas 92, 5 horas 4 horas y 30 minutos 4 horas 95, 3 horas y 30 minutos 3 horas 97, 2 horas 100, 1 hora y 30 minutos 102, 1 hora 105, 30 minutos 110, 15 minutos o menos 115. Artículo 42: No se permite ningún tiempo de exposición a ruido continuo o intermitente por encima de 115 dB(A) de Presión sonora. Artículo 43: Cuando la exposición diaria conste de dos o más períodos de exposición a ruido continuo o intermitente de diferentes niveles sonoros y duración, se considerará el efecto combinado de las distintas exposiciones en lugar del efecto individual. Resolución No 08371. Ministerio de Salud. Bogotá, Colombia. 1983: No se permitirá exposición ocupacional a ruido, cuando éste exceda el nivel pico de 140 dB(C). - 23 - MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL RESOLUCIÓN NÚMERO (627) 07 de abril de 2006 Por la cual se establece la norma nacional de emisión de ruido y ruido ambiental. LA MINISTRA DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. En ejercicio de sus facultades legales, en especial de las contenidas en el Artículo 33 del Decreto Ley 2811 de 1974, el Artículo 5 de la Ley 99 de 1993, y el Artículo 14 del Decreto 948 de 1995, y considerando: Que corresponde al Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, de acuerdo con los numerales 10, 11 y 14 del Artículo 5 de la Ley 99 de 1993, determinar las normas ambientales mínimas y las regulaciones de carácter general aplicables a todas las actividades que puedan producir de manera directa o indirecta daños ambientales y dictar regulaciones de carácter general para controlar y reducir la contaminación atmosférica en el territorio nacional. Que de conformidad con el Artículo 14 del Decreto 948 de 1995, el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, fijará mediante resolución la norma nacional de emisión de ruido y norma de ruido ambiental para todo el territorio nacional. 2.3 MARCO TEORICO El oído, encargado de recibir los estímulos sonoros, procesarlos y transmitirlos al sistema nervioso central, se divide generalmente en tres grandes sectores: oído externo, oído medio y oído interno. - 24 - • El oído externo comprende el pabellón auditivo y el conducto auditivo externo, el cual termina en una delgada membrana denominada tímpano, límite entre el oído externo y el oído medio. • El oído medio tiene por pared a dicho tímpano y limita en su parte interna con la ventana oval. • El oído interno está constituido por dos sectores: el laberinto anterior y el laberinto posterior. Por otra parte además de sus partes el oído al igual que los micrófonos posee sensibilidad, la sensibilidad del oído varía de individuo a individuo y tiene una pronunciada relación con la frecuencia. A lo largo de los años se han realizado diversos estudios para hallar curvas de sensibilidad promedio, que puedan definir el comportamiento estadístico del oído humano. Uno de los primeros dio origen a las curvas de sonoridad de Fletcher. Actualmente se toma como referencia el trabajo de Robinsón - Danzón, adoptado por la Organización de Normas ISO en forma Internacional. La figura muestra las curvas isofónicas o de igual sonoridad, que relacionan un valor mensurable en coordenadas, esto es el nivel de presión sonora SPL, y su frecuencia en abscisas, con la sensación subjetiva de intensidad sonora (FONES) como parámetro. - 25 - Gráfica No. 5 La máxima Sensibilidad: • El ser humano posee una alta sensibilidad auditiva en las bandas de 3000 Hz y 9000 Hz. • Estas El canal auditivo externo posee un largo aproximado de 27 mm. dos afirmaciones están relacionadas y tienen su apoyo en el comportamiento de las ondas dentro de un tubo cerrado en un extremo. El efecto de resonancia en el canal auditivo incrementa la presión sonora a determinadas frecuencias. - 26 - La máxima resonancia se encuentra en la frecuencia correspondiente al 1/4 de longitud de onda (l) del canal auditivo, que corresponde a 3000 Hz.Los niños pequeños, quienes generalmente tienen la mejor audición, pueden a menudo distinguir sonidos desde 20 Hz, como el de la nota más baja de una gran pipa de órgano, y hasta los 20.000 Hz, tal como el agudo altísimo de un silbato para perros que muchas personas adultas son incapaces de oír. El lenguaje humano, que se extiende entre los 300 y los 4.000 Hz, suena para la mayoría de las personas más fuerte que los ruidos de muy alta o muy baja frecuencia. Cuando la pérdida auditiva comienza, se pierden primero las frecuencias altas, lo que explica porque la gente con pérdida auditiva a menudo tiene dificultades con las voces de tono alto de las mujeres y los niños. La pérdida de las frecuencias altas produce también distorsión del sonido, por lo que se hace difícil entender la palabra aunque se la escuche. Las personas con Hipoacusia suelen tener dificultad para detectar diferencias entre ciertas palabras que suenan parecido, especialmente las que contienen S, F, SH, CH, H, o C suave, porque el sonido de estas consonantes es de mucho mayor frecuencia que las vocales y otras consonantes. Un zumbido, llamado Acúfeno, aparece comúnmente después de una exposición al ruido, y a menudo es permanente. Algunas personas reaccionan con ansiedad e irritación al ruido fuerte. Y aumento del pulso y la presión, o acidez gástrica. El ruido muy fuerte puede reducir la eficiencia para realizar tareas difíciles, al producir distracción. - 27 - HIPOACUSIA 1. DE ACUERDO AL GRADO DE PÉRDIDA AUDITIVA Dentro de los distintos rangos de perdida auditiva se encuentran2: • Normal : • Hipoacusia leve : 20-40 dB • Hipoacusia moderada : 40-60 dB • Hipoacusia severa : 60-80 dB • Hipoacusia profunda o sordera: • Restos auditivos 0-20 dB 80 dB o más El perturbador de alta frecuencia tendrá un dispositivo electrónico, el cual estará conectado al switch del vehiculo, y por medio de un microprocesador se ara una identificación previa y desactivación por medio de un pad numérico el cual será el controlador de activación y desactivación del dispositivo. Para un mejor entendimiento se muestra en la grafica No. 43 un diagrama de bloque de la configuración del perturbador de alta frecuencia. Para la medición del Nivel De Presión Sonora (NPS o SPL), se mide el ruido según la resolución (627) 07 de Abril del 2006 DE LOS EQUIPOS DE MEDIDA Y LAS MEDICIONES Artículo 18. Equipos de Medida: La selección de equipos de medida se debe hacer de manera que tengan capacidad para medir el nivel equivalente de presión 2 Ver anexo numero 2 ( rango de nivel de presión sonora de percepción audible) - 28 - sonora con ponderación frecuencial A, -LAeq -, directa o indirectamente; los instrumentos deben cumplir las especificaciones de sonómetros, Tipo 1 o mínimo Tipo 2 y los sonómetros integradores premediadores deben ser clase P. Parágrafo Primero: Donde sea necesario efectuar correcciones por tonos y bajas frecuencias, se debe disponer de filtros de tercios de octava y los respectivos equipos deben tener la capacidad para recibirlos y operarlos o tenerlos incorporados. Parágrafo Segundo: Cada equipo de medida debe estar dotado de un pistófono o calibrador, una pantalla antiviento y un trípode para su montaje. Para mediciones de ruido ambiental, además de los anteriores elementos, se recomienda dotar el equipo con una extensión de micrófono que permita realizar las mediciones de ruido ambiental. Artículo 19. Calibraciones: Antes de iniciar una toma de mediciones, en el sitio de medida, el equipo tiene que ser calibrado a las condiciones del lugar en el que se van a tomar las mediciones, para lo cual se utilizará un pistófono o calibrador. Los certificados de calibración electrónica de cada equipo deben estar vigentes de acuerdo con las especificaciones del fabricante y copia de los mismos deben ser adjuntados en el informe técnico. Para efectuar las mediciones se debe tener en cuenta las indicaciones facilitadas por el fabricante de los equipos de medida, en cuanto a rangos de medida, tiempos de calentamiento, influencia de la humedad, influencia de los campos magnéticos y electrostáticos, vibraciones y toda aquella información adicional que asegure el correcto uso del equipo. - 29 - Artículo 20. Condiciones Meteorológicas: Las mediciones de los niveles equivalentes de presión sonora ponderados A, -LAeq,T - deben efectuarse en tiempo seco, no debe haber lluvias, lloviznas, truenos o caída de granizo, los pavimentos deben estar secos, la velocidad del viento no debe ser superior a tres metros por segundo (3 m/s). Parágrafo: La velocidad del viento se debe medir utilizando un anemómetro o un dispositivo medidor de velocidad del viento, si está es mayor a tres metros por segundo (3 m/s), se debe utilizar una pantalla antiviento adecuada de acuerdo con la velocidad del viento medida, y aplicar la respectiva corrección de acuerdo con las curvas de respuesta que el fabricante de las pantallas antiviento y micrófonos suministra. Artículo 21. Informe Técnico: Los informes técnicos de las mediciones de emisión de ruido y ruido ambiental, deben contener como mínimo la siguiente información: • Fecha de la medición, hora de inicio y de finalización. • Responsable del informe (Información mínima de quien lo hace). • Ubicación de la medición • Propósito de la medición. • Norma utilizada (Si esta resolución u otra norma, en caso de ser otra especificar razones). Tipo de instrumentación utilizado: • Equipo de medición utilizado, incluyendo números de serie. - 30 - • Datos de calibración, ajuste del instrumento de medida y fecha de vencimiento del certificado de calibración del pistófono. • Procedimiento de medición utilizado. En caso de no ser posible la medición del ruido residual, las razones por las cuales no fue posible apagar la fuente. Condiciones predominantes: Condiciones atmosféricas (dirección y velocidad del viento, lluvia, temperatura, presión atmosférica, humedad). Resolución Número 627 del 07 de abril de 2006 Hoja No. 8. Procedimiento para la medición de la velocidad del viento: • Naturaleza / estado del terreno entre la fuente y el receptor; descripción de las condiciones que influyen en los resultados: acabados de la superficie, geometría, barreras y métodos de control existentes, entre otros. • Resultados numéricos y comparación con la normatividad aplicada. • Descripción de los tiempos de medición, intervalos de tiempos de medición y de referencia, detalles del muestreo utilizado. • Variabilidad de la(s) fuente(s). • Descripción de las fuentes de sonido existentes, datos cualitativos. • Reporte de memoria de cálculo (incertidumbre, ajustes, aporte de ruido, entre otros). - 31 - Conclusiones y recomendaciones: • Croquis detallado que muestre la posición de las fuentes de sonido, objetos relevantes y puntos de observación y medición. • Copia de los certificados de calibración electrónica de los equipos. Estos informes deben estar disponibles para su revisión y evaluación por parte de las autoridades competentes. En el Anexo 4 se presenta un modelo de formato para la elaboración del informe técnico de medición de ruido. Algunos métodos de medición para vehículos son realizados por la IASCA (International Auto Sound Challenge Association) la cual se dedica a todo lo referente a competitividad, marcas, normatividad, divulgación y promoción de sonido sobre ruedas. Equipo de medición IASCA utiliza el Audio Control © SA - 3056 junto con el sensor SPL-190 como el medidor oficial para usarse en eventos regionales, el cual puede medir de manera correcta hasta 190dB y esa es la única combinación que se permite para romper el Record del Mundo de IASCA/IdBL cuando en el evento se cuenta con un oficial calificado para certificar el rompimiento de record mundiales. Otros modelos de RTA de Audio control se permiten en eventos de un punto. Directrices para la colocación del sensor / micrófono Los Jueces deben asegurarse de que la altura y la orientación del sensor o micrófono debe ser absolutamente coherente de vehículo a vehículo. - 32 - El sensor o micrófono se colocará según lo siguiente: La cápsula del micrófono será dirigida hacia el frente del vehículo en todo momento. Los chupones del soporte del micrófono deben ser utilizados para colocar el micrófono adecuadamente. Un pie ajustable para el micrófono puede ponerse en el asiento del pasajero o en el suelo como alternativa a la los chupones y será aceptada por el Juez en Jefe. Si se tiene que poner un pie ajustable se deberá colocar de tal manera que cumpla con los requerimientos del posicionamiento del micrófono, los cuales son de la siguiente manera: La cápsula del Micrófono se colocará a: • 12 pulgadas (30cms.) del pilar “A” de la ventana lateral del pasajero. • pulgadas (10cms.) de la parte de arriba del tablero. • 1 pulgada (2,5cms.) del parabrisas. Y lo más horizontal posible. Para el sensor SPL-190, la posición es 4 pulgadas (10cms.) de la parte de arriba del tablero, y 12 pulgadas (30cms.) del pilar de la ventana lateral del pasajero. Estos se cumplen utilizando las reglas de posicionamiento certificadas de IASCA. Para el micrófono SPL-180 la plantilla debe esta posicionada verticalmente encima del tablero y el micrófono debe estar posicionado lo mas horizontal posible para asegurar una distancia apropiada ente el micrófono y el parabrisas. Para el SPL190 la plantilla debe estar posicionada contra el parabrisas por completo y el sensor se colocará en el espacio designado en la plantilla. - 33 - Una vez que este posicionado, el competidor tendrá la oportunidad de verificar que esta bien colocado. El competidor no esta autorizado para tocar el sensor o micrófono, si ellos consideran que no esta bien colocado, ellos deberán pedir al juez que vuelva a colocar el sensor y el juez así lo hará. La técnica de programación de del PIC 16F877 de la familia Microchip se hace por medio de un software especializado llamado MPLAB, dicho programa tiene sus propios comandos de programación y su lenguaje es Asembler .Todo programa que su lenguaje de programación sea Asembler, crea complicaciones por ser un lenguaje de programación de bajo nivel. Gráfica No 6 Otro lenguaje de programación el cual fue utilizado para el desarrollo de la parte eléctrica del perturbador, fue el compilador llamado PIC C, el cual tiene como objetivo escribir el programa en le lenguaje de programación C, y el internamente - 34 - realiza la conversión a lenguaje Asembler. Al ser el lenguaje C de alto nivel la programación se facilita. El software de simulación para este lenguaje, es decir, el lenguaje C, es denominado Proteus versión 6.0 Demo, el cual permite simular toda la parte eléctrica y electrónica del perturbador antes de ser ensamblado. - 35 - 3. METODOLOGIA La idea de un perturbador de alta frecuencia fue tomada de un arma no letal inventada en una compañía norte americana, la cual consistía en dispersar manifestaciones, generando un nivel de presión sonora muy fuerte (150) dB a 1 metro con un determinado rango de frecuencias altas. Teniendo en cuenta un numero alarmante de robos de vehículos que se genera en Bogota, se decidió implementar este dispositivo al interior de un vehiculo, utilizando las frecuencias altas que generan mayor sensibilidad para el oído humano, con un nivel de presión sonora lo suficientemente fuerte que obligue al ladrón a retirarse lo antes posible. Este dispositivo cuenta con una activación por medio del switch de vehiculo y su desactivación se realiza por medio de una pad numérico digitando la clave secreta, también cuenta con un dispositivo de seguridad en caso de corto. Con la implementación y la unión de estos dispositivos nace el perturbador de alta frecuencia, para ser instalado en el interior de cualquier vehículo tipo sedan o camioneta. Para llegar a los resultados obtenidos se realizaron las mediciones pertinentes al interior del vehiculo utilizando un sonómetro de marca Svantek (grafica 8), tipo II con un micrófono tipo I, el software adecuado Spectralab, adobe Audition 1.0 y la cabeza Binaural de la Universidad de San Buenaventura. En las investigaciones realizadas previas a las mediciones dentro del vehiculo, no se encontraron normas para la medición de ruido al interior del mismo, donde se - 36 - expliquen las distancias y posiciones de medición, el tipo de micrófono, el tiempo de medición etc. En el mercado existen varias clases de tweeters, los cuales reproducen diferentes frecuencias altas, para este perturbador se selecciono un tweeter el cual tiene su propio generador de tono, se encontraron tres tipos, realizando la medición de su diagrama polar cada 15 grados, (grafica 7) por la frecuencia generada por estos: Gráfica No 7 Gráfica No 8 TWITER TIPO A r = 0.5 cm Gráfica No 9 Gráfica No 10 - 37 - DIAGRAMA POLAR Grados dB 90º 76,4 75º 79,1 60º 76,8 45º 79,1 30º 79 15º 78 0º 81,2 345º 75,2 330º 78 315º 80,3 300º 78 285º 76,9 270º 76,3 255º 78,9 240º 76,5 225º 74,5 210º 76,8 195º 76,7 180º 77,1 165º 76,8 150º 78,1 135º 76,4 120º 76 105º 77,9 90º 105º 120º 82 75º 60º 80 135º 45º 78 150º 30º 76 74 165º 15º 72 180º 0º 70 195º 345º 210º 330º 225º 315º 240º 300º 255º 285º 270º Gráfica No 11 A : 81 dB Lin: 80.2 dB Gráfica No 12 - 38 - TWITER TIPO B r = 1.4 cm Gráfica No 13 Gráfica No 14 DIAGRAMA POLAR Grados dB 90º 83,4 75º 84,9 60º 84,6 45º 84,7 30º 85,2 15º 84,1 0º 84,4 345º 84,5 330º 83,1 315º 83,2 300º 82,2 285º 83,6 270º 84,1 255º 84,6 240º 84,3 225º 83,2 210º 79,5 195º 80,9 180º 78 165º 84,6 150º 82,8 135º 81,8 120º 82 105º 84,4 90º 105º 120º 86 75º 60º 84 135º 45º 82 150º 30º 80 78 165º 15º 76 180º 0º 74 195º 345º 210º 330º 225º 315º 240º 300º 255º 285º 270º Gráfica No 15 - 39 - A: 84.4 dB Lin: 83.2 dB Gráfica No 16 TWITER TIPO C r = 1.0 cm Gráfica No 16 Gráfica No 17 DIAGRAMA POLAR Grados dB 270º 86,9 90º 88,3 255º 81,4 75º 88,7 240º 86,8 60º 91,9 225º 87,3 45º 90,6 210º 87 30º 91,3 195º 89,2 15º 91,6 180º 90,5 0º 93,1 165º 91,1 345º 91,3 150º 88,8 330º 91,5 135º 86,1 315º 90,7 120º 83,4 300º 92,8 105º 86,6 285º 84,5 - 40 - 90º 105º 120º 135º 150º 165º 180º 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 75º 60º 45º 30º 15º 0º 195º 345º 210º 330º 225º 315º 240º 300º 255º 285º 270º Gráfica No 18 A: 93.1 dB Lin 92.5 dB Gráfica No 19 - 41 - Después de haber hecho un análisis de cada uno de los tres tipos de twiters (ver gráficas 9 a 19) que fueron escogidos por sus características, se seleccionó el tweeter tipo C (ver Gráficas 16 a 19) por los resultados obtenidos del diagrama polar y respuesta en frecuencia de 5000 Hz y 93 dB en el eje central (0º). Para la implementación del perturbador de alta frecuencia se utilizaría mínimo dos twiters, o cuatro twiters dependiendo del resultado de las mediciones, ubicados estratégicamente dentro del vehiculo. Al realizar las diferentes mediciones con la cabeza binaural y el sonómetro en cada una de las posiciones encontramos los siguientes resultados con las diferentes combinaciones en sus diferentes posiciones: Mediciones Tweeter Tweeter Tweeter Tweeter Delantero Delantero Lateral Lateral izquierdo Derecho Izquierdo Derecho Ruido de fondo Ruido de fondo 0 Ruido de fondo 1 X 2 X 3 X 4 X Ruido de fondo X X X 5 X 6 X 7 X X X 8 X 9 X 10 11 X X X X X TABLA No. 1 tabla de posiciones dentro del vehiculo X - 42 - Gráfica No. 20 Ruido de fondo al interior del vehiculo Para iniciar las mediciones, es necesario medir el ruido de fondo, el cual dará un parámetro de nivel, en este caso los mayores niveles se presentan en las frecuencias bajas con un realce de 39.5 dB a 50 Hz, como era de esperarse. Estas frecuencias no afectaran las mediciones realizadas ya que los niveles y la frecuencia que se utilizara están por encima de este rango dinámico 5000 Hz. - 43 - 3.1 PRIMERA MEDICIÓN SONÓMETRO: Tweeter Delantero izquierdo A : 92.9 dB Lin : 92.2 dB Gráfica No. 21 CABEZA BINAURAL: Tweeter Delantero izquierdo Gráfica No. 22 - 44 - La ubicación de este Tweeter, como se puede apreciar en la foto (Gráfica No. 21), esta ubicado en la parte delantera izquierda en los canales de aireación del vehiculo, cerca de ventana delantera (panorámico) y al frente del conductor. Las mediciones realizadas por medio del sonómetro (Gráfica No.21) y la cabeza binaural (Gráfica No. 22) al interior del vehiculo permite apreciar el análisis espectral que en este caso muestra que para una frecuencia de 5000 Hz el nivel de presión sonora (SPL) es de 92.2 dB, En ponderación A el SPL es de 92.9 dBA, y en ponderación lineal el SPL es de 92.2 dB (Gráfica No.21). En las mediciones con la cabeza binaural se puede apreciar la cantidad de energía que llega con mayor intensidad al oído izquierdo en comparación con el iodo derecho, esto se puede apreciar por que la onda directa afecta con mayor calidad de nivel, más la primera reflexión que se daría por el vidrio lateral izquierdo, mientras el oído derecho obtiene un menor nivel de presión sonora ya que solo recibe la onda incidente. 3.2 SEGUNDA MEDICION SONÓMETRO: Tweeter Delantero izquierdo y Tweeter Delantero derecho A : 91.9 dB Lin : 91.2 dB Gráfica No. 23 - 45 - CABEZA BINAURAL: Tweeter Delantero izquierdo y Tweeter Delantero derecho Gráfica No. 24 La grafica No. 23 Muestra que la frecuencia se mantiene en 5000 Hz, pero el nivel de presión sonora (SPL) a disminuido, debido a una pequeña cancelación de fase en el pico de la misma frecuencia. Adicional a esto son notables las frecuencias posteriores a la de 5000Hz que han aumentado de presión debido a la sumatoria y correlación que existe entre ellas. En la medición con cabeza binaural (Gráfica No. 24) indica que el sonido incidente y reflejado es de similar nivel (Gráfica No. 24), esto indica que la posición molestara de igual manera al ladrón. - 46 - 3.3TERCERA MEDICION SONÓMETRO: Tweeter Delantero izquierdo y Tweeter lateral izquierdo A : 97.8 dB Lin: 97.2 dB Gráfica No. 25 CABEZA BINAURAL: Tweeter Delantero izquierdo y Tweeter lateral izquierdo Gráfica No. 26 - 47 - En la medición de el Tweeter Delantero izquierdo y Tweeter lateral izquierdo, se puede apreciar que la frecuencia de 5000 Hz se mantiene constante y tiene un gran aumento aproximadamente de 6 dB, seguramente debido a que los dispositivos están ubicados lo suficientemente cerca de la posición del conductor, lo cual implica un mayor (SPL) en el interior. Los resultados en la medición de la cabeza binaural se pude apreciar el nivel que se maneja hacia cada uno de los oídos es muy parejo con un muy buen nivel, lo cual indica que hay una buena dispersión sonora al interior del vehiculo. 3.4 CUARTA MEDICION SONÓMETRO: Tweeter Delantero izquierdo y Tweeter lateral derecho. A : 97.6 dB Lin: 96.9 dB Gráfica No. 27 - 48 - CABEZA BINAURAL: Tweeter Delantero izquierdo y Tweeter lateral derecho. Gráfica No. 28 Los resultados de esta medición son muy similares a la interior, ya que manejan un (SPL) muy similar, con una frecuencia de 5000 Hz y en ponderación A, no varia mucho los resultados obtenidos, teniendo en cuenta que los twiters están ubicados en ambos costados en la parte delantera izquierda y el la parte lateral derecha, pero en los resultados obtenidos por la cabeza binaural se pude apreciar un leve aumento en el oído derecho, esto indica que el sonido directo por parte de twiter lateral derecho es un poco mas fuerte para este oído. - 49 - 3.5 QUINTA MEDICION SONÓMETRO: Tweeter Delantero derecho A : 94.0 dB Lin: 93.2 dB Gráfica No. 29 CABEZA BINAURAL: Tweeter Delantero derecho Gráfica No. 30 - 50 - Teniendo en cuanta los resultados obtenidos por cada uno de los métodos de medición, en la ubicación de este Tweeter delantero derecho, como se puede apreciar en la grafica, el resultado obtenido en frecuencia no varia 5000 Hz, pero si disminuye su (SPL), ya que es uno solo y no genera mayor nivel 93 dB, pero en el análisis de la cabeza binaurual se puede ver notablemente que hay una buena dispersión sonora ya que tanto en el oído derecho , como en el oído izquierdo gracias a la reflexión producida por la ventana izquierda del vehiculo ,por lo tanto se ve un nivel similar en cada canal. 3.6 SEXTA MEDICION SONÓMETRO: Tweeter Delantero derecho y lateral izquierdo A : 95.1 dB Lin: 94.3 dB Gráfica No. 31 - 51 - CABEZA BINAURAL: Tweeter Delantero derecho y lateral izquierdo Gráfica No. 32 Para esta medición los twiters están ubicados en la parte delantera derecha y en la parte lateral izquierda como se puede apreciar en (Gráfica No. 31) el resto de las anteriores mediciones la frecuencia no varia, pero tampoco varia considerablemente, pero se puede determinar por medio de las graficas de la cabeza binaural que el sonido que proviene de el twiter lateral izquierdo contiene un nivel un poco mayor. El nivel que se maneja al interior del vehículos para la frecuencia de 5000 Hz es de 93.9, en ponderación A es 95.1 y en ponderación lineal es. 94.3 - 52 - 3.7 SEPTIMA MEDICION SONÓMETRO: Tweeter Delantero derecho y lateral derecho A : 100.4 dB Lin: 99.5 dB Gráfica No. 33 CABEZA BINAURAL: Tweeter Delantero derecho y lateral derecho Gráfica No. 34 - 53 - En esta medición se puede apreciar que los niveles en 5000 Hz aumentaron considerablemente 99.3 dB, teniendo en cuenta que los twiters están ubicados totalmente en la parte delantera derecha y en la parte lateral derecha, en comparación con la medición anterior hubo un aumento de 5.4 dB, en ponderación A es 100.4 dB y en ponderación lineal es de 99.5 dB. La dispersión sonora de hacia el interior del vehiculo es muy similar en ambos canales de audición, aumenta solo un poco en el canal derecho. También se puede ver que el que el tono empieza en 4K hasta 6k con su máximo nivel en 5000 Hz. 3.8 OCTAVA MEDICION SONÓMETRO: Tweeter Lateral izquierdo A : 88.3 dB Lin : 87.3 dB Gráfica No. 35 - 54 - CABEZA BINAURAL Tweeter Lateral izquierdo Gráfica No. 36 En los datos arrojados por las mediciones realizadas de este tweeter en esta posición Lateral izquierda podemos ver notablemente que la frecuencia cae a 4000 Hz (grafica) debido a la ubicación del tweeter por detrás del sonómetro, donde el choque de la primera onda llega a el apoya cabezas del conductor el cual tiene un coeficiente de absorción de 0.73 en 4000 Hz con una tendencia de una absorción mayor a altas frecuencias donde se ve reflejado en la grafica con los tweeter ubicados en los párales laterales del vehiculo. En la grafica… de cabeza binaural se aprecia también que el lado izquierdo esta soportando mayor nivel de presión sonora (spl), pero aun así es muy bajo porque se encuentra a 87.2 dB a los 4000 Hz. - 55 - 3.9 NOVENA MEDICION SONÓMETRO: Tweeter lateral izquierdo y Tweeter lateral derecho A : 89.8 dB Lin : 88.9 dB Gráfica No. 37 CABEZA BINAURAL: Tweeter lateral izquierdo y Tweeter lateral derecho Gráfica No. 38 - 56 - La grafica No. 37 Muestra que se mantiene la frecuencia de 4000 Hz, lo cual confirma que hay absorción, por la ubicación de los tweeter en la parte lateral del vehiculo además el nivel de presión sonora aumenta en comparación a la octava medición pero no es suficiente para causar molestia para alejar pronto ala ladrón. La medición con cabeza binaural muestra el mismo nivel en ambos lados pero no garantiza que el perturbador funcione como se necesita. 3.10 DECIMA MEDICION SONÓMETRO: Tweeter lateral derecho A : 81.2 dB Lin: 80.3 dB Gráfica No. 39 - 57 - CABEZA BINAURAL: Tweeter lateral derecho Gráfica No. 40 Esta grafica muestra los mismos resultados de el análisis anterior, por absorción la frecuencia de 5000 Hz baja su nivel de presión sonora (spl) y se realza la de 4000 Hz con un SPL de 80.2 dB lo cual indica que hay absorción por parte de los apoya cabezas y resultando no viable para la realización del perturbador. En el análisis de la cabeza binaural es referencia con mayor nivel de presión el lado derecho, pero insatisfactorio para los resultados esperados. - 58 - 3.11 ONCEAVA MEDICION SONÓMETRO: todos los Tweeter A: 101.4 dB Lin:100.7 dB Gráfica No. 41 CABEZA BINAURAL: todos los Tweeter Gráfica No. 42 - 59 - Las graficas muestran los niveles máximos de presión sonora la cual indica 101.4 dBA dentro del vehiculo, la cual es la máxima potencia alcanzada y optimizar el objetivo propuesto. En la grafica 42 de cabeza binaural, podemos observar la diferencia de presión sonora que llega a los oídos y tenemos variación de presión entre el oído izquierdo y el derecho; el oído izquierdo presenta cancelaciones de fase por las reflexiones que se reciben de la ventana lateral y el sonido directo del tweeter lateral izquierdo. El lado derecho muestra una constante en la onda, con alguna variación pequeña, pero no por cancelación ya que la onda continúa su constante. 4.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACION Este proyecto se enfoca en ser empírico analítico, ya que no existen alarmas con perturbadores en el interior de los vehículos, además se utilizara una frecuencia específica, se analizara la ubicación apropiada del dispositivo para su mejor eficacia. 4.2 LINEA DE INVESTIGACION DE USB / SUB-LINEA DE FACULTAD / CAMPO TEMATICO DEL PROGRAMA 4.2.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN Tecnologías actuales y sociedad: En esta línea de investigación permitirá usar una nueva tecnología al interior del - 60 - vehiculo con capacidad de dispersar o ahuyentar a quien intente tomarlo de manera forzosa o por hurto. La sociedad en general será beneficiada ya que se pretende disminuir el hurto, teniendo seguridad para recuperar un bien que implica dinero en la sociedad. 4.2.2 SUBLINEAS DE INVESTIGACIÓN Instrumentación y Control de Procesos: Se manipularan equipos para el dispositivo a instalar en vehiculo los cuales manejaran: rango de frecuencia, amplitud, presión sonora y controlador electrónico los cuales deben estar sincronizados para su debida función, es decir, el control del proceso 4.2.3 CAMPO TEMÁTICO Diseño de Sistemas de Sonido: Se implementara un dispositivo para evitar el robo vehicular el cual es un sistema de sonido que perturbe a quien trate de hurtar el vehiculo afectando parcialmente sus funciones psicoacústicas. 4.3 HIPOTESIS Por medio de la utilización de frecuencias altas audibles se puede perturbar el oído de un ser humano en un corto tiempo, dicha perturbación puede generar - 61 - algunos problemas, desde una simple molestia, dolor de cabeza, o en una mayor proporción la perdida total del oído. El perturbador de alta frecuencia no es perjudicial para la salud, en exposiciones de corto tiempo. Si se diseña un perturbador que afecten los oídos, se puede llegar a niveles de molestia que obligara a alejarse a la persona del interior del vehiculo. 4.4 VARIABLES 4.4.1 Variables independientes • transductor • Cantidad de material absorbente en el interior del vehiculo • Facilidad de instalación en el vehiculo 4.4.2 Variables dependientes • Cantidad de hurtos realizados en bogota • Frecuencia tomada para el desarrollo - 62 - 5. DESARROLLO INGENIERIL El desarrollo de este proyecto, fue basado en la implementación de un arma no letal (LRAD ver grafica No. 1) en Estados Unidos, la cual genera 150 dB a un metro y es usada para dispersión de gente en manifestaciones y para seguridad en los barcos cruceros. Partiendo de esta idea, como ingenieros se pensó en crear un dispositivo de seguridad para evitar el robo de vehículos. No solo era crear un dispositivo que no existe en el mercado, sino también, crear una solución a una necesidad existente ante los altos niveles de robo de vehículos principalmente en Bogotá y el resto del país. La idea era ubicar el dispositivo de alta frecuencia dentro del vehículo, reiterando que de acuerdo a las investigaciones realizadas no existe este tipo de dispositivos al interior de vehículos hasta ahora comprobado. La intención del dispositivo es ahuyentar al ladrón del interior del vehículo, por medio de un perturbador electrónico que emite una frecuencia alta y de gran intensidad 100 dB a través de transductores electroacústicos que por sus dimensiones fueran muy fácil ubicarlos sin dañar las partes ya ensambladas internamente, para hacer que el ladrón se retire del vehículo. Este perturbador, no pretende remplazar un alarma convencional, su función es complementar los diferentes parámetros ya existentes de seguridad que maneja un automóvil. - 63 - Para la creación del perturbador, fue necesario utilizar implementos electrónicos y electroacústicos, que de una manera organizada, darían el resultado a lo que se pretendía. TEMPORIZADOR LM 555 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X 0 # PAD NUMERICO MATRICIAL SWITCH MANEJO DE POTENCIA DARLINTON MICROCONTROLADOR 16F877 CEREBRO TWITERS Dispositivo - anticorto + + 12 V BATERIA CARRO 12 V BATERIA DE RESPALDO REGULADOR DE VOLTAJE L 7805 Gráfica No. 43 El diagrama de bloque (Gráfica No. 43), muestra los distintos componentes electrónicos los cuales están organizados de la siguiente manera: - 64 - El microcontrolador 16F877/ A, que es el cerebro de todo el perturbador, recibe y envía información de todos los demás componentes, el toma la información de el switch de encendido del vehiculo, el cual le informa que ha ingresado alguien al interior y lo a prendido, el microcontrolador envía información al temporizador para que espere 12 segundos, si durante este tiempo el microcontrolador no recibe una clave que se le indicará desde el pad numérico, el perturbador se disparara es decir los tweeters se accionaran generando 100.3 dB a una frecuencia de 5000 Hz con tiempo indefinido, hasta que se le indique la clave correcta. Si por el contrario la clave es indicada durante el tiempo de espera correspondiente a 12 segundos, el microcontrolador verificara la clave y desactivara el perturbador hasta que sea apagado nuevamente el vehiculo, para iniciar nuevamente el proceso de activación. El sistema de alimentación de voltaje inicia con la batería del carro, la cual estará conectada a una batería auxiliar o de respaldo en caso de daño o corto de la batería principal, esta tendrá un dispositivo de seguridad por medio de diodos que evitara que nuestro perturbador lo dañe cualquier cambio de voltaje. Los tweeters se ubicaran de acuerdo a las sugeridas en las mediciones realizadas, los cuales por la dimensión que tienen (ver gráfica 16), eran fáciles de ubicar dentro del vehiculo y no serian asequibles para ninguna persona que pretenda sabotearlos, si por el contrario esta persona alcanza a dañar alguno de los twiters los demás quedaran funcionando de manera independiente. Al no encontrar ninguna norma de medición dentro de vehículos para este tipo de dispositivos, fue necesario tomar los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera para implementar la medición. - 65 - Se tomaron el sonómetro y la cabeza binaural y se ubicaron en el asiento delantero donde se hace el conductor, allí se midió con un metro a la altura de los oídos, donde se colocaron los instrumentos de medición ubicados a esta altura y se hicieron las pruebas. Este lugar fue seleccionado para colocar la instrumentación ya que allí es donde se ubicara el ladrón para tratar de cometer su delito, teniendo en cuenta que los twiters están ubicados en diferentes partes del vehículo, en este caso son cuatro posiciones diferentes dos al frente dentro los ductos de ventilación: Gráfica No. 44 Gráfica No. 45 - 66 - Delantero izquierdo y delantero derecho (ver gráfica No. 44, 45), y otros dos lateral izquierdo (ver gráfica No. 46) Grafica No. 46 Grafica No. 47 y lateral derecho (ver gráfica No. 47), ubicados en la parte superior de los párales laterales. Estos tweeters fueron colocados en estos lugares para poder ocultar estos dispositivos fácilmente y poder perturbar al ladrón sin que descubran su ubicación. Para ver la efectividad de la ubicación de cada una de las combinaciones de los twiters se realizaron las pruebas en donde primero se midió con el sonómetro marca SVANTEK 943 (gráfica No. 48) montado sobre un trípode, a la altura de los oídos (75cm), que es la medida de una persona promedio, sentada, estas mediciones también se hicieron con cabeza binaural la cual posee micrófonos para medición AKG c-480b con respuesta plana (gráfica No. 50, 51), pero la adaptación dentro de el vehiculo fue complicada ya que la cabeza que nos ofrece la Universidad, no posee una base la cual pueda tomar distintas medidas, como - 67 - altura o adoptar otra posición diferente a la vertical. Diseñamos una forma de adaptarla con un trípode para que estuviera a la altura que se necesitaba. Gráfica No. 48 Gráfica No 49 - 68 - Gráfica No. 50 Gráfica No. 51 - 69 - Estas mediciones arrojaron un resultado satisfactorio para nosotros (ver grafica No. 41), la ubicación y la cantidad de twiters, estaban cumpliendo con nuestros objetivos para ahuyentar al ladrón. Con dos twiters también era posible llegar a un nivel de presión sonora (SPL) lo suficiente mente alto para perturbar (ver grafica No.33) a quien ingrese al vehiculo para robarlo, se lograron 100.3 dBA en el interior del vehiculo; pero por motivos de limitación para nuestra alarma, pensamos que si algún ladrón ingresa acompañado de alguien o solicita ayuda de una segunda persona, es posible que esta segunda con sus manos o con otro tipo de objetos tape los orificios de salida de los tweeters, dificultando la efectividad del perturbador. Por lo tanto se decidió instalar en el interior del vehiculo los cuatro twiters en las posiciones ya mencionadas imposibilitando de alguna manera esta operación y dar mayor efectividad a nuestro perturbador de alta frecuencia. - 70 - 6. GASTOS Y PRESUPUESTO Los gastos que se obtuvieron por el diseño e implementación del perturbador están representados en la siguiente tabla: PIC 16F877 $ 17,000 SWITCH CARRO $ 60,000 BATERIA 12 V $ 20,000 MATERIALES RESISTENCIAS CONDENSADORES Y $ 10,000 OTROS PAD NUMERICO MATRICIAL $ 10,000 TWEETERS $ 15,000 BAQUELA $ 90,000 INSTALACION DENTRO DEL VEHICULO $ 60,000 PAPELERIA $ 40,000 TRANSPORTE $ 20,000 TOTAL $ 342,000 TABLA No. 2 gastos de para construcción del perturbador En esta tabla se aprecian los costos de los implementos para la construcción del perturbador, en ella se muestran los materiales que se usaron, el costo de la instalación, cabe anotar que por motivos de implementación y costos, el montaje se realizo en un solo vehiculo; también se aprecia el costo de papelería, transporte, etc. Los gastos no son muy elevados para el resultado que se obtiene y el beneficio que le aportara a la sociedad Colombiana, ya que si se miran desde el punto de vista objetivo, tiene satisfacción para el cliente o quien la quiera adquirir. - 71 - CONCLUSIONES • El nivel de presión sonora (SPL) es satisfactorio con cuatro tweeters para llegar a un nivel de 100.3 dB a 5000 Hz. • En la medición con dos tweeters, el mayor nivel de SPL es de 99.3 dB a 5000 Hz, Delantero derecho y lateral derecho (Ver graficas No 33 y 34), pero no es efectivo, ya que si el ladrón llega estar acompañado de otra persona esta segunda puede ubicar y taponar de alguna manera los tweeters haciendo que el perturbador no cumpla su objetivo. • Según la ubicación de los de los cuatro tweeters, es muy difícil percibir de que lugar esta saliendo este ruido, ya que el nivel mostrado en los canales de la medición con la cabeza binaural izquierdo y derecho muestra un nivel de entada con una misma amplitud. (ver grafica 42), además, el diagrama polar (ver grafica 18) indica que su radiación no es direccional, lo cual indica que la dispersión se hace para todos los lados de la cabina del vehiculo. • En las mediciones realizadas dentro del vehiculo, se puede aclarar que los niveles de SPL no tienen una gran diferencia en decibeles, de un automóvil a otro, ya que en algunos vehículos se pueden encontrar volúmenes mas grandes o mas pequeños, también diferencias en el material al interior del mismo (cuero, pana, combinaciones de cuero y pana etc.…) lo cual indica que siempre se puede manejar un nivel lo suficientemente fuerte para poder perturbar al individuo. - 72 - RECOMENDACIONES • Ingresar la clave antes de transcurridos 12 segundos. • No permanecer dentro del vehículo con el perturbador funcionando, ya que pude presentar grandes consecuencias para los oídos. • Realizar las mediciones al interior de los vehículos según lo explicado en el desarrollo ingenieríl (ver graficas No 48 a 51). • Para un posterior avance en el perturbador es recomendable agregar nuevas funciones como por ejemplo: (apagar el carro al activar la alarma, bloquear los vidrios según el modelo, cambio de clave por parte del usuario etc.). • investigar sobre las aplicaciones de las diferentes frecuencias, tanto altas como bajas, para dar solución a problemas, en este caso seguridad vehicular. - 73 - BIBLIOGRAFIA • www.shellsec.net/ • www.ruidos.org • www.otorrinoweb.com • www.eumus.edu.uy • www.atcsd.com/company.html • www.ruidos.org/Referencias/Ruido_efectos.html • www.icop.com.ar/iorlsf/proteccion.html • www.eie.fceia.unr.edu.ar/~acustica/comite/niveles.html • www.wikipedia.com • www.iasca.com • www.mause.cl • Javier Martínez Maya -La música y el Arte de la grabación. Editorial Nomos S.A. - 74 - GLOSARIO Alarma: es un elemento de seguridad pasiva. Esto significa que no evitan una intrusión, pero sí son capaces de advertir de ella, cumpliendo así, una función disuasoria frente a posibles intrusos. Además de reducir el tiempo de ejecución de la acción, reduciendo así las perdidas. Audio frecuencias: No todas las ondas sonoras pueden ser percibidas por el oído. Éste es sensible únicamente a aquellas ondas cuya frecuencia está comprendida entre los 20 y los 20.000 Hz. Esta respuesta en frecuencia del oído humano es lo que se conoce como audiofrecuencias. Batería: Se llama batería eléctrica, acumulador eléctrico o acumulador, a un dispositivo que almacena energía eléctrica por procedimientos electroquímicos y que la devuelve posteriormente casi en su totalidad. Este ciclo puede repetirse determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario, es decir, de un generador que no puede funcionar a no ser que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga. Cable: Los cables cuyo propósito es conducir electricidad se fabrican generalmente de cobre, aunque también se utiliza el aluminio, y suelen estar rodeados de un material aislante con el propósito de proteger el material y evitar el riesgo de electrocución. Condensador: veces denominado incorrectamente con el anglicismo capacitor, es un dispositivo formado por dos conductores o armaduras, generalmente en forma - 75 - de placas o láminas separados por un material dieléctrico, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica. Compilar: El programa escrito en un lenguaje de programación (comprensible por el ser humano, aunque se suelen corresponder con lenguajes formales descritos por gramáticas independientes del contexto) no es inmediatamente ejecutado en una computadora. La opción más común es compilar el programa, aunque también puede ser ejecutado mediante un intérprete informático El código fuente del programa se debe someter a un proceso de transformación para convertirse en lenguaje máquina, interpretable por el procesador. A este proceso se le llama compilación. A esta propiedad de almacenamiento de carga se le denomina capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, éstas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio. Curvas Isofonicas: son curvas de igual sonoridad. Estas curvas calculan la relación existente entre la frecuencia y la intensidad(en decibelios) de dos sonidos para que éstos sean percibidos como igual de fuertes, con lo que todos los puntos sobre una misma curva isofónica tienen la misma sonoridad. Así, si 0 fon corresponden a una sonoridad con una intensidad de 0 dB con una frecuencia de 1 kHz, también una sonoridad de 0 fon podría corresponder a una sonoridad con una intensidad de 60 dB con una frecuencia de 70 Hz. - 76 - Diodo: Es un dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección. Otro uso que tiene el diodo es como fusible, puesto que cuando llega una descarga el diodo no deja pasar la corriente y no se dañan los aparatos electricos,es por eso que casi todos los aparatos lo tienen con ese fin. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones, por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con muy pequeña resistencia eléctrica. Frecuencia: es una medida para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en una unidad de tiempo. Frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda (ver gráfico 1 y 2), a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f es igual a la velocidad v de la onda divido por la longitud de onda λ (lambda): En el caso especial de ondas electromagnéticas en el vacío, luego v = c, donde c es la velocidad de la luz en el vacío, esto se expresa: Cuando las ondas viajan en otro medio como por ejemplo por agua, la frecuencia actua de la misma manera, sólo cambia su longitud de onda y la velocidad. - 77 - Microcontrolador: Es un microprocesador optimizado para ser utilizado para controlar equipos electrónicos. Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de ordenadores vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPs más especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito general en casa (vd. está usando uno para leer esto), usted tiene probablemente distribuido entre los eletrodomésticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores. Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo eléctrico como automóviles, lavadoras, hornos microondas, teléfonos, etc... Nivel de Presión Sonora: Determina la intensidad del sonido que genera una presión sonora instantánea (es decir, del sonido que alcanza a una persona en un momento dado) y varía entre 0 dB umbral de audición y 120 dB umbral de dolor. Para medir el nivel de presión sonora no se suele utilizar el Pascal, por el amplio margen que hay entre la sonoridad más intensa y la más débil(entre 20 Pa y 20 microPa). Normalmente se adopta una escala logarítmica y se utiliza como unidad el decibelio. Como el decibelio es adimensional y relativo, para medir valores absolutos se necesita especificar a que unidades está referida. En el caso del nivel de presión sonora el dBSPL toma como unidad de referencia 1 microbar. Precisamente, las siglas las SLP hacen referencia al nivel de presión sonora (S P L). Para medir el nivel de presión sonora se utiliza la fórmula: = dBSPL. - 78 - en donde • P1 es la presión sonora instantánea. • P0 es la presión de referencia y se toma como referencia la presión sonora en el umbral de audición, que son 20 microPa. • log es un logaritmo decimal (en base 10, de ahí, decibelio) Es decir, el nivel de presión acústica se expresa como 20 veces el logaritmo decimal de la relación entre una presión acústica y una de presión de referencia determinada. Perturbador: En Telecomunicación, un perturbador, también denominado inhibidor es un Dispositivo electrónico que impide o dificulta las transmisiones radioeléctricas en un determinado rango de frecuencias mediante la emisión de una señal de mayor potencia que la del emisor que quiere transmitir. Se compone básicamente de un generador de señal y un transmisor. El primero genera una señal que es enviada a través del segundo con una potencia determinada según la necesidad. Esta señal carece de información útil, unicamente es una señal generada por un oscilador o generador de onda. Esta, al emitirse con mayor potencia que los sistemas de transmisión a interferir, las suprime, evitando que emisor y receptor establezcan la comunicación. Se utiliza principalmente por motivos de seguridad o con intenciones de sabotaje: • Vehículos. En la mayor parte de los vehículos oficiales o con riesgo de ataques tanto terroristas como de fuerzas atacantes, vienen incorporados perturbadores de señal que interfieren sobre las frecuencias más habituales para el uso en - 79 - activación de explosivos a distancia. Dependiendo del nivel de seguridad requerido el sistema interferirá en mayor o menor grado sobre las transmisiones que rodean a vehículo. Programación: Es la creación de un programa de computadora, un conjunto concreto de instrucciones que una computadora puede ejecutar. El programa se escribe en un lenguaje de programación, aunque también se pueda escribir directamente en lenguaje de máquina, con cierta dificultad. Un programa se puede dividir en diversas partes, que pueden estar escritas en lenguajes distintos. Protoboard: es una pequeña tabla con muchos agujeros diseñada para construir circuitos eléctricos. Estas tablas están normalmente numeradas en los lados para facilitar la colocación de los componentes. Algunas tablas tienen ranuras en cada lado permitiéndote conectar varias de ellas juntas. Las tablas están revestidas con un conductor a lo largo de la parte inferior en filas y columnas para permitir el flujo de corriente de una manera específica. Resistencia: Se denomina resistencia o resistor (en lenguaje técnico) al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., las resistencias se emplean para producir calor aprovechando el Efecto Joule. Es frecuente utilizar la palabra resistor como sinónimo de resistencia. La corriente máxima de una resistencia viene condicionada por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Transistor: es la contracción de transfer resistor, es decir, de resistencia de transferencia. El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que se - 80 - utiliza como amplificador o conmutador electrónico (llave electrónica).El transistor se utiliza, por tanto, como amplificador, como oscilador, como rectificador y como conmutador on-off. Es un componente clave en nuestra civilización ya que toda la electrónica moderna los utiliza en: circuitos integrados, microprocesadores, controladores de motores eléctricos de corriente continua y de pasos y actualmente están integrados a todos los dispositivos electrónicos de utilización diaria: radios, televisores, grabadores, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavarropas automáticos, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, calculadoras, impresoras, lámparas de iluminación fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos. Tweeter: Transductor electroacústico diseñado para la reproducción específica de sonidos correspondientes a las más altas frecuencias (aproximadamente, las tres últimas octavas del total de diez) del rango de audiofrecuencia. Dada la corta longitud de onda que caracterizan las ondas acústicas que producen estos transductores (entre 2 y 14 cm. en el aire a temperatura ambiente), la difracción es pequeña y, por tanto, la direccionalidad grande. El sonido emitido por estos dispositivos son los más fáciles de localizar. Dado que el oído humano pierde con la edad la capacidad para percibir las frecuencias más altas, se trata de un transductor que sólo pueden escuchar, en la última mitad de la última octava, individuos jóvenes con oídos sanos. - 81 - ANEXOS ANEXO No1. Tabla de SPL para el uso de frecuencias. - 82 - ANEXO No.2 Rango de Nivel de Presión Sonora de percepción audible Niveles esperables Presión Sonora Nivel de Presión Sonora Umbral de dolor Límite de audibilidad
