Hvis du nogensinde har fløjet med en drone, bliver du straks opmærksom på, hvor højt de virkelig larmer. Når du ser andres droneoptagelser på nettet, får du meget sjældent lov til at høre præcis, hvor højt droneflyet larmer. Dronens støj kan være alt fra en lille højlydt summen hele vejen til en irriterende dunkende lyd, som kan høres et godt stykke væk. I denne artikel kan vi gennemgå hvorfor droner larmer så meget, og præcis hvad du kan gøre for at forhindre din drone i at blive for højlydt. Vi vil også se på videnskaben bag den nyeste teknologi til at reducere den støj, som droner laver, når de flyver.
Droner larmer, fordi propellerne bevæger sig hurtigt gennem luften, og fordi de hurtigt fortrænger en masse luft, hvilket medfører trykspidser og -fald, når propellen drejer rundt – hvilket skaber den karakteristiske brummende støj. Propellerbladenes hurtige bevægelse og de elektriske motorers kraftanstrengelse skaber også en masse støj.
Jo hurtigere propellerne bruger, jo højere er den tonehøjde, der skabes, og jo langsommere propellerne skærer gennem luften, jo lavere er tonehøjden. Jeg har Mavic air, og den har mindre propeller end andre DJI-droner, og der er en mærkbar forskel i den stigning og sand, som de laver. Større droner vil have længere propeller og en lavere rotationsfrekvens under flyvning.
Table of Contents
Hvorfor larmer droner så meget? – Her er det hurtige svar:
Her er fire grunde til, at droner larmer så meget, mens de svæver og flyver:
- Propellerrotationsfrekvens – som vi talte om ovenfor, hvis propellerne pisker hurtigt gennem luften, får vi en højere frekvens genereret. Der er ikke meget du kan gøre ved, at dronen kræver en høj rotationsfrekvens. Det er det, der holder den i luften. Du kan dog vælge en drone, der er større og har en langsommere rotationsfrekvens for at undgå den høje “bisværm”-lyd.
- Propellerblade, der passerer over armene – en af hovedårsagerne til, at droner giver en høj lyd, er, at propelbladene skal passere over armene, som holder dem ud over dronens krop. Når propelbladene passerer over armene, skaber det midlertidigt et højtrykssystem over armene og stopper med at producere tryk under flyet. Dette skaber en trykbølge og en lyd, som er en forholdsvis lav frekvens.
- Dronens størrelse – dronens vægt vil diktere, hvor hurtigt propellerne skal bruge for at generere den don’t trykkraft, der er nødvendig for, at den kan svæve. Hvis du køber en tung drone, vil propellerne dreje hurtigere og vil være meget højere. Tænk på en helikopter som værende den ultimative larmende tunge drone til sammenligning.
- Propellernes længde, pitch og dybde – større propeller dette placere mere luft, mens de spinder, der betyder, at de producerer mere tryk og kræver mindre rotationsfrekvens for at holde dronen i luften. Lyden ændres også af propellens vinkel, eller pitch, da pitchet bestemmer, hvor meget forstyrrelse den forårsager i luften.
Nu ved du, hvorfor droner producerer så meget støj, lad os tage et hurtigt kig på, hvor meget støj droner larmer, og give dig mulighed for at sammenligne det med hverdagslyde.
Hvor meget larmer en drone?
Droner er meget i deres støjvolumen betydeligt. Der er også en sammenhæng mellem, hvor tæt en drone flyves på observatøren, og hvor højt drone opfattes. For at forstå, hvor støjende en drone er, er vi nødt til at få en reference til enheden for lydstyrke, som er decibel.
En decibel er en enhed for intensitet af sand og forkortes dB. dB-skalaen er virkelig stor, fordi er så følsom over for sand. Mennesker med normal hørelse kan høre alt fra en let berøring på huden til brølet fra en flymotor. Decibelskalaen er en logaritmisk skala. Det betyder, at den stiger med en potens af 10 for hver enhed, der øges.
For at forstå hele spektret af decibelniveauer i forhold til hverdagslyde er her en tabel over forskellige dB-niveauer.
Decibelniveauer
0 dB er det blødeste sand, som det menneskelige øre kan høre, og det er næsten uhørligt. Det er som f.eks. et blad, der falder på jorden. Enhver eksponering for sand på over 140 dB anses for at være usikker for det menneskelige øre, og eksponering for lyde på over 85 dB i længere tid vil også skade hørelsen.
Du kan se af ovenstående tabel, at lyde meget hurtigt kan nå op på et usikkert niveau. Hvis du reducerer den tid, du bruger på at lytte til meget høje lyde, vil du beskytte din hørelse. Du vil bemærke, at dronerne ligger mellem 70 og 80 dB i lydstyrke. Dette er meget tæt på det overdrevne støjniveau på 85 dB, og en længerevarende eksponering for disse lyde vil helt sikkert skade dit øre. Heldigvis er droner lavet til at flyve langt væk fra dig selv, og derfor er det usandsynligt, at du i løbet af flyvningen vil blive udsat for langvarig eksponering for meget høje droner.
Hvordan kan jeg gøre min drone mere støjsvag?
Hvis du vil vide flere måder at gøre din drone mere støjsvag på, så tjek min anden artikel – hvordan kan jeg gøre min drone mere støjsvag? – Klik her for at blive ført til artiklen.
På grund af den måde, droner holdes i luften på, er der intet vi kan gøre for at undgå, at droner fortrænger luft og skaber en betydelig mængde støj. Den støj, som vi her, er faktisk overskydende energi, der er nødvendig for at flytte luft for at skabe fremdrift. Der er egentlig kun to måder, hvorpå vi kan reducere lydstyrken fra en drone:
- absorbere den genererede lyd – der findes et par produkter på markedet, som hævder at reducere støjen fra en drone, mens den svæver. Denne tilgang bygger på at afbalancere luftforskydningen med absorption af de lydbølger, der genereres af en propel, der pisker gennem luften. Der er meget få droner, der anvender denne tilgang, så man kræver brug af tilbehør fra tredjepart for at opnå absorption af lyden.
- Ændring af propelform og morfologi – fordi propellerne og motorerne er de primære støjproducerende dele af en drone, er der masser af producenter af dronepropeller, der ændrer propellernes form og overfladeteksturer for at minimere støjen. Der er blandede anmeldelser af denne fremgangsmåde, men hvis du vil prøve det, er det relativt billigt at købe nogle stealth-propeller.
Med disse to muligheder som en måde at reducere drone-støjen på er her nogle af de måder, hvorpå du kan gøre din drone mere støjsvag.
Brug flere rotorer
Hvis du tilføjer flere rotorer til en drone, betyder det, at hver rotor skal fortrænge mindre luft for at holde dronen i luften, og at hver motor derfor skal arbejde lidt mindre. I 2015 udviklede et hold fra NASA en prototype af en drone, som blev udviklet til at dæmpe den irriterende drone-støj, der genereres under flyvning.
Dronen fra NASA havde otte motorer, og det betyder, at hver motor kan arbejde med lidt forskellige omdrejninger pr. minut. Det betyder, at der genereres mindre overtoner end i en drone med kun fire propeller og en reduktion i frekvensspektret. Denne teknik kaldes frekvensspektrumspredning og er kun mulig, fordi der er så mange propeller, som styres præcist af en elektronisk styreenhed. Det betyder, at når prototypedronen blev fløjet i 30 meters højde, kunne man næsten ikke høre den.
Det gør denne drone perfekt til pakkeudbringning!
Større langsommere propel
Dette kommer ned til det simple faktum, at større propeller kan fortrænge mere luft end mindre propeller. Det betyder, at hver motor ikke behøver at bruge er fantastisk stor den samme mængde fremdrift. En større propel vil også reducere frekvensen af støjen, hvilket folk har rapporteret er mindre irriterende.
Du kan købe aftermarket propeller stort set alle typer droner, og det kan påvirke mængden af støj, der genereres. Hvis man øger diameteren på propellerne, vil man også øge trykfaktoren ved at skabe lodret løft mere effektivt. Større propeller med reduceret omdrejningstal vil stresse motorerne og medføre øget belastning af batterierne og andre interne komponenter – det betyder, at der altid er en gevinst, når du udskifter propellerne til en anden type.
Sand ned på overfladen
Når du køber en kommerciel drone, får du ret ofte logoer og andre ting og præget ind i propellen.
Hvis du har købt en drone med støbemærker eller andre logomærker, kan du hurtigt fjerne det overskydende plastik ved at bruge et sandpapir på 800 eller 600 og rette formen ved at gnide forsigtigt på overfladen. Typisk er den plast, der anvendes i propeller, en forstærket nylonkomposit, som ikke er let at beskadige. Hvis du er bekymret for at slibe en propel ned og bringe din drone ud af balance, skal du blot gnide det samme antal gange på hver propel. Alternativt kan du bare gnide lige så lang tid på hver propel.
Køb støjsvage propeller
Der findes masser af eftermarkedspropeller med lav støj. Hvis du går til en hvilken som helst forhandler (f.eks. Amazon) og skriver lavstøjspropeller og din dronemodel, vil du finde en række støjsvage, hurtigudløselige opgraderingspropeller til din model. De har en tendens til at fungere på et par måder
- de reducerer omdrejningerne pr. minut
- stealth propeller har en meget glat overflade.
Typiske resultater af at bruge stealth-propeller er en reduktion af støjen med ca. 3,5 dB ved at reducere omdrejningerne pr. minut med ca. 20 %. En ekstra sideeffekt af supereffektive og glatte vinger er, at du sandsynligvis får en længere flyvetid med op til 14 % mere svævetid.
Det gode ved at bruge denne fremgangsmåde er, at der ikke er nogen indstillingsjusteringer, der skal foretages på din drone for at opnå optimal ydelse. Der skal ikke foretages nogen indstillingsændringer. Det eneste du skal gøre er at tage de gamle propeller af og sætte de nye stealth-propeller på, og DJI Mavic air vil foretage alle justeringer. Hvis der er sket en softwareopdatering, kan du lege med forstærkningen for at levere en bedre ydelse.
Propellerskjold
Du kan også købe det, der kaldes en shroud. Et firma ved navn dotterel har produceret et støjreducerende og sikkerhedsmæssigt skjold til dronepropeller. De reducerer støjen ved at dæmpe luftens interaktion med dronens krop, arme og andre dele af dronen.
En sikkerhedshætte reducerer støjen ved først at absorbere sandet og derefter også at reflektere den resterende støj opad og væk fra folk på jorden. Der er også specifikke frekvenser, der absorberes i kernen af beskyttelseshætten, da den er lavet af akustiske materialer, der absorberer nogle frekvenser særligt godt.
Hvordan videnskaben gør droner mere støjsvage
Lige siden droner har fløjet, har folk spurgt, hvordan man kan gøre en drone mere støjsvag? Der er masser af kommercielle og tekniske grunde til, hvorfor man ønsker, at en drone skal være mere støjsvag. Måske skal du flyve over dyr, måske skal du flyve over mennesker, der ikke må forstyrres – måske skal du endda optage lyd til en film. Uanset årsagen er videnskaben begyndt at undersøge, hvordan vi kan reducere drone-støjniveauet, og vi vil dække nogle af de undersøgelser, der er foretaget her.
Støjspredning fra droneruselagen
I 2019 kiggede en undersøgelse fra en kinesisk forskningsgruppe på design af støjsvage droner ved at forstå de fysiske aspekter af dronestøjgenerering og -udbredelse. I deres artikel præsenterer de en ramme til vurdering af spredningsvirkningen af rotorstøjen fra en flyvende drone ved hjælp af forskellige modellerings- og matematiske teknikker.
Ved at forstå kroppens virkning på rotorstøjen og den spredte støj, der genereres af den reflekterede støj, har de præsenteret en måde at analysere præcis, hvad der skal ske for at reducere drone-støjen fra forskellige typer dronekroppe. I deres artikel anvender de en dronekropstype, der minder meget om DJI Phantom-serien. Sådan ser drone-støjmønstret ud:
Du kan se, at der er en belastende mængde støj, der reflekteres opad, og meget lidt, der reflekteres nedad under en flyvning.
Design af en støjsvag propel til et ubemandet luftfartøj
I 2009 bemærker forskere fra Israel, at det er en krævende opgave at designe en støjsvag og effektiv propel, fordi disse to mål ofte fører til modstridende designtendenser.
Undersøgelsen undersøgte en tværfaglig designoptimeringsproces til design af en støjsvag propel. Dette design er underlagt begrænsninger med hensyn til effekt, struktur og sideforhold, men det lykkedes dem at designe en støjsvag propel til et elektrisk, ubemandet minifly. Designvariablerne omfatter bl.a. bladgeometri, bladkonusvinkel, propelradius, antal blade og motorens omdrejningshastighed. Motorens egenskaber viste sig også at have en meget stor indflydelse på optimeringen af propellen, og der bør derfor tages hensyn til dem ved udformningen af den lydløse propel.
De konkluderer følgende:
- at den vigtigste mekanisme til at reducere propelstøjen indebærer en reduktion af propellerens omdrejningshastighed.
- En forøgelse af antallet af blade reducerer støjsignaturen. Reduktionen i støjen kan blive op til 10 dB mere støjsvag.
- Dronens støj relaterer sig til, hvor tæt dronen befinder sig over observatøren, og optimering for en minimal støj i det punkt, der er direkte over flyveren, bør prioriteres i designet.
- Den foreliggende artikels resultater understreger vigtigheden af en tværfaglig tilgang til design af en støjsvag propel. Det er vigtigt at tage hensyn til alle disciplinerne samtidig, mens man designer en støjsvag propel.
Denne artikel viser, hvor svært det i virkeligheden er at skabe en drone, der er virkelig støjsvag.
Akustisk testede standard- og modificerede propeller
I en nylig artikel offentliggjort i 2021 blev der kigget på DJI Phantom to propellerne på lager og sammenlignet med en stoppropeller, som blev modificeret med et hak i bagkanten.
En sammenligning af de to propeller viste, at forskningen er, at propellerne med en hak i bagkanten og stoppropellerne har et lignende lydtryksniveau på alle målte afstande. Propellerens bagkantskårne hak syntes dog at forskyde frekvensen højere og var den eneste signifikante forskel mellem de to typer propeller.
Denne effekt synes at blive reduceret, når man øger antallet af propeller. Der blev også fløjet med en DJI hexacopter med propeller med stop og propeller med bagkantskårne hak. Hectic var 20 dB mere støjende end Phantom til, men der var ingen mærkbar forskel i lydtryksniveauet mellem de to propeller.
Det betyder, at det er usandsynligt, at væsentlige ændringer af propellens bagkant vil medføre en væsentlig stigning eller et væsentligt fald i støjen. Interessant!
Vil droner nogensinde blive lydløse?
Givet den måde, droner forbliver i luften på, tror jeg ikke, at droner nogensinde vil blive lydløse. Det skyldes, at de er afhængige af at fortrænge en betydelig mængde luft, hvilket i sagens natur vil medføre støj. Tænk blot på en ventilator eller andre hurtigt bevægende genstande, og der vil altid være støj.
Droneteknologien vil skulle komme med et ufatteligt stort spring, hvis droner skulle blive helt lydløse. Der er dog forskere, der arbejder på at reducere støjen, og vi kan endda få en drone til at blive næsten uhørlig, når den flyver ca. 30 m i luften. Det er utroligt i betragtning af den mængde potentielle anvendelser i bymiljøet, som droner kan udfylde.
De er måske ikke lydløse, men de vil være meget tæt på!