Si alguna vez has volado con un dron te das cuenta al instante de lo ruidosos que son realmente. Cuando ves las imágenes de drones de otras personas en Internet, rara vez puedes escuchar exactamente el ruido del dron. El ruido de los drones puede ser desde un pequeño zumbido agudo hasta un molesto latido que puede oírse a cierta distancia. En este artículo podemos hablar de por qué los drones son tan ruidosos y de lo que puedes hacer exactamente para evitar que tu dron sea demasiado ruidoso. Además, veremos la ciencia que hay detrás de la última tecnología para reducir el ruido que hacen los drones mientras vuelan.
Los drones son ruidosos porque al moverse las hélices rápidamente por el aire, desplazan mucho aire rápidamente introduciendo picos y caídas de presión al girar la hélice, creando el característico zumbido. El rápido movimiento de las palas de las hélices y el esfuerzo de los motores eléctricos también crean mucho ruido.
Cuanto más rápido gastan las hélices más alto es el tono del zumbido creado y cuanto más lento cortan las hélices el aire más bajo es el tono. Yo tengo el Mavic air y tiene hélices más pequeñas que otros drones de DJI y se nota la diferencia en el paso y la arena que hacen. Los drones más grandes tendrán hélices más largas y una menor frecuencia de rotación durante el vuelo.
Tabla de contenidos
¿Por qué los drones son tan ruidosos? – Esta es la respuesta rápida:
Aquí tienes cuatro razones por las que los drones hacen tanto ruido mientras planean y vuelan:
- Frecuencia de rotación de las hélices – como hemos hablado anteriormente, si las hélices azotan el aire rápidamente conseguimos que se genere una frecuencia más alta. No se puede hacer mucho para que el dron requiera una frecuencia de rotación alta. Eso es lo que lo mantiene en el aire. Sin embargo, puede elegir un dron que sea más grande y que tenga una frecuencia de rotación más lenta para evitar el sonido agudo de «enjambre de abejas».
- Las palas de la hélice que pasan por encima de los brazos: una de las principales razones por las que los drones emiten un sonido alto es que las palas de la hélice tienen que pasar por encima de los brazos que las mantienen fuera del cuerpo del dron. Cuando las palas de la hélice pasan por encima de los brazos, se crea temporalmente un sistema de alta presión sobre el brazo y se deja de producir presión bajo la aeronave. Esto crea una onda de presión y un sonido que es una frecuencia bastante baja.
- El tamaño del dron – el peso del dron dictará la velocidad que las hélices tienen que pasar para generar el empuje don’t que se requiere para que se cierne. Si compras un dron pesado, las hélices girarán más rápido y serán mucho más ruidosas. Piense en un helicóptero como el dron pesado más ruidoso para comparar.
- La longitud, el paso y la profundidad de las hélices – las hélices más grandes colocan más aire mientras giran, lo que significa que producen más empuje y requieren menos frecuencia de rotación para mantener el dron en el aire. El sonido también se ve modificado por el ángulo, o el paso, de la hélice, ya que el paso determina la cantidad de perturbación que causa en el aire.
Ahora que ya sabes por qué los drones producen tanto ruido vamos a echar un vistazo rápido a lo ruidosos que son los drones y a darte la posibilidad de compararlo con los ruidos cotidianos.
¿Cómo de ruidoso es un dron?
Los drones son muy en su volumen de ruido considerablemente. Además, existe una relación entre lo cerca que se vuela un dron del observador y el ruido que se percibe. Para entender cómo de ruidoso es un dron necesitamos tener alguna referencia sobre la unidad de volumen que es el decibelio.
Un decibelio es una unidad de intensidad de arena y se abrevia como dB. La escala de dB es realmente grande porque es muy sensible a la arena. Las personas con un rango de audición normal pueden oír cualquier cosa, desde un ligero toque en la piel hasta el rugido de un motor de avión. La escala de decibelios es una escala logarítmica. Esto significa que aumenta por la potencia de 10 por cada unidad de aumento.
Para entender toda la gama de niveles de decibelios en relación con los sonidos cotidianos aquí hay una tabla de diferentes niveles de dB.
Niveles de decibelios
0 dB es la arena más suave que el oído humano puede escuchar y es casi inaudible. Es como una hoja que cae en el suelo, por ejemplo. Cualquier exposición a la arena de más de 140 dB se considera insegura para el oído humano y la exposición a ruidos de más de 85 dB durante largos periodos de tiempo también dañará su audición.
En la tabla anterior puede ver que los ruidos pueden alcanzar niveles inseguros muy rápidamente. Reducir la cantidad de tiempo que pasa escuchando ruidos muy fuertes protegerá su audición. Observará que los zumbidos tienen un volumen de entre 70 y 80 dB. Esto está muy cerca del nivel de ruido excesivo de 85 dB y una exposición prolongada a estos ruidos dañará definitivamente tu oído. Por suerte, los drones están hechos para volar lejos de ti y, por tanto, es poco probable que durante el transcurso del vuelo tengas una exposición prolongada a drones muy ruidosos.
¿Cómo puedo hacer que mi dron sea más silencioso?
Si quieres saber más formas de hacer que tu dron sea más silencioso consulta mi otro artículo – ¿Cómo puedo hacer que mi dron sea más silencioso? – Haga clic aquí para ser llevado al artículo.
Debido a la forma en que los drones se mantienen en el aire no hay nada que podamos hacer para evitar que los drones desplacen el aire y creen una cantidad significativa de ruido. El ruido que aquí se produce es en realidad el exceso de energía que se requiere para mover el aire para crear empuje. En realidad sólo hay dos formas de reducir el volumen de un dron:
- Absorber el sonido generado: hay algunos productos en el mercado que afirman reducir el ruido de un dron mientras está suspendido. Este enfoque se basa en equilibrar el desplazamiento del aire con la absorción de las ondas sonoras generadas por una hélice que azota el aire. Hay muy pocos drones que utilicen este enfoque, por lo que se requiere el uso de accesorios de terceros para lograr la absorción del sonido.
- Cambio de la forma y la morfología de las hélices: dado que las hélices y los motores son las principales partes generadoras de ruido de un dron, hay muchos fabricantes de hélices para drones que están cambiando la forma y las texturas de la superficie de las hélices para minimizar el ruido. Hay opiniones encontradas sobre este enfoque, pero si quieres probarlo es relativamente barato comprar unas hélices sigilosas.
Usando estas dos opciones como forma de reducir el ruido del dron aquí están algunas de las formas en las que puede hacer que su dron sea más silencioso.
Utilizar más rotores
Añadir más rotores a un dron significa que cada rotor tiene que desplazar menos aire para mantener el dron en el aire y, por tanto, cada motor tiene que trabajar un poco menos. En 2015 un equipo de la NASA desarrolló un prototipo de dron que fue desarrollado para silenciar el molesto ruido del dron que se genera durante el vuelo.
El dron de la NASA contaba con ocho motores y esto significa que cada motor puede trabajar a unas revoluciones por minuto ligeramente diferentes. Esto significa que se generan armónicos más pequeños que en un dron con sólo cuatro hélices y se reduce el espectro de frecuencias. Esta técnica se denomina dispersión del espectro de frecuencias y sólo es posible porque hay muchas hélices controladas con precisión por una unidad de control electrónico. Esto significa que cuando el prototipo de dron voló a 30 m casi no se podía oír.
Esto hace que este dron sea perfecto para la entrega de paquetes!
Hélice más grande y lenta
Esto se reduce al simple hecho de que las hélices más grandes pueden desplazar más aire que las hélices más pequeñas. Esto significa que cada motor no tiene que gastar es fantástico la misma cantidad de empuje. Una hélice más grande también reducirá la frecuencia del ruido que la gente ha informado que es menos molesto.
Se pueden comprar hélices del mercado de accesorios en casi todos los tipos de drones y esto puede afectar a la cantidad de ruido generado. El aumento del diámetro de las hélices también aumentará el factor de empuje en la creación de la elevación vertical con mayor eficacia. Las hélices más grandes con RPM reducidas estresarán los motores y causarán una mayor demanda en las baterías y otros componentes internos – esto significa que siempre hay una recompensa cuando se cambian las hélices por un tipo diferente.
Lijar la superficie
Cuando se compra un dron comercializado es bastante frecuente que tenga logotipos y otras cosas y en relieve en la hélice.
Si has comprado un dron con marcas de moldeado u otras marcas de logotipos puedes eliminar rápidamente el exceso de plástico utilizando una lija de 800 o 600 y corrigiendo la forma frotando suavemente sobre la superficie. Normalmente el plástico utilizado en las hélices es un compuesto de nylon reforzado que no es fácil de dañar. Si te preocupa lijar una hélice y desequilibrar tu dron, simplemente debes frotar el mismo número de veces en cada hélice. Alternativamente, puedes simplemente frotar durante la misma cantidad de tiempo en cada hélice.
Comprar hélices de bajo ruido
Hay un montón de hélices de bajo ruido del mercado de accesorios. Si vas a cualquier tienda (como Amazon) y escribes hélices de bajo ruido y tu modelo de dron, encontrarás una gama de hélices de bajo ruido y de actualización rápida para tu modelo. Suelen funcionar de un par de maneras
- Reducen las revoluciones por minuto
- Las hélices silenciosas tienen una superficie muy suave.
Los resultados típicos del uso de hélices sigilosas son la reducción del ruido en unos 3,5 dB, al reducir las revoluciones por minuto en un 20% aproximadamente. Un efecto secundario añadido de las palas supereficientes y lisas es que es probable que se consiga un mayor tiempo de vuelo con hasta un 14% más de tiempo de vuelo estacionario.
Lo bueno de utilizar este enfoque es que no hay que hacer ajustes de configuración en su dron para obtener un rendimiento óptimo. No es necesario realizar ningún cambio de configuración. Todo lo que tienes que hacer es quitar las hélices antiguas y poner las nuevas hélices sigilosas y el DJI Mavic air hará todos los ajustes. Si ha habido una actualización de software se puede jugar con la ganancia para ofrecer un mejor rendimiento.
Capas de las hélices
También puedes comprar lo que se conoce como un obenque. Una empresa llamada dotterel ha fabricado una mortaja de reducción de ruido y seguridad para las hélices de los drones. Reducen el ruido al amortiguar la interacción del aire con el cuerpo, los brazos y otras partes del dron.
La cubierta de seguridad reduce el ruido, en primer lugar, absorbiendo la arena y, a continuación, reflejando cualquier ruido residual hacia arriba y lejos de las personas en el suelo. También hay frecuencias específicas que se absorben en el núcleo de la cubierta, ya que está hecha de materiales acústicos que absorben algunas frecuencias particularmente bien.
Cómo la ciencia está haciendo que los drones sean más silenciosos
Desde que los drones vuelan la gente se pregunta cómo se puede hacer un dron más silencioso. Hay un montón de razones comerciales y técnicas por las que se puede querer que un dron sea más silencioso. Tal vez se vuele sobre animales, tal vez se vuele sobre personas a las que no se puede molestar, tal vez incluso se esté grabando audio para una película. Cualquiera que sea la razón las ciencias comenzaron a buscar las formas en que podemos reducir los niveles de ruido de los drones y cubriremos algunas de las investigaciones aquí.
Dispersión del ruido por el fuselaje de los drones
En 2019, un estudio realizado por un grupo de investigación chino analizó el diseño de drones silenciosos mediante la comprensión de los aspectos físicos de la generación y propagación del ruido de los drones. En su trabajo presentan un marco para evaluar el efecto de dispersión del ruido del rotor de un dron en vuelo utilizando diferentes técnicas de modelado y matemáticas.
Al comprender el efecto del cuerpo en el ruido del rotor y el ruido disperso generado a partir del ruido reflejado, han presentado una forma de analizar exactamente lo que debe ocurrir para reducir el ruido de los drones de diferentes tipos de cuerpo. En su artículo, utilizan un tipo de cuerpo de dron muy similar a la serie Phantom de DJI. Este es el aspecto del patrón de ruido de los drones:
Se puede ver que hay una cantidad de carga de ruido que se refleja hacia arriba y muy poco que se refleja hacia abajo durante un vuelo.
Diseño de una hélice silenciosa para un vehículo aéreo no tripulado
En 2009 científicos de Israel señalan que diseñar una hélice silenciosa y eficiente es una tarea exigente porque estos dos objetivos suelen llevar a tendencias de diseño contradictorias.
El estudio analizó un proceso de optimización de diseño multidisciplinar para el diseño de una hélice silenciosa. Este diseño está sujeto a restricciones de potencia, estructurales y laterales, pero fueron capaces de diseñar una hélice silenciosa para un mini vehículo aéreo no tripulado eléctrico. Las variables de diseño incluyen aspectos como la geometría de las palas, el ángulo del cono de las palas, el radio de la hélice, el número de palas y la velocidad de rotación del motor. También se encontró que las características del motor tienen una influencia muy importante en la optimización de la hélice y, por lo tanto, debe tenerse en cuenta al diseñar la hélice silenciosa.
Concluyen lo siguiente:
- que el principal mecanismo de reducción del ruido de las hélices implica una reducción de la velocidad de rotación de las hélices.
- Aumentar el número de palas reduce la firma del ruido. La reducción del ruido puede llegar a ser hasta 10 dB más silenciosa.
- El ruido del dron está relacionado con la proximidad del dron sobre el observador y en el diseño debe priorizarse la optimización para conseguir un ruido mínimo en el punto directamente por encima del volador.
- Los resultados del trabajo destacan la importancia de un enfoque multidisciplinar para el diseño de una hélice silenciosa. Es importante abordar todas las disciplinas simultáneamente mientras se diseña una hélice silenciosa.
Este artículo viene a demostrar lo difícil que es realmente crear un dron que sea realmente silencioso.
Hélices de serie y modificadas probadas acústicamente
Un reciente artículo publicado en 2021 analizó las hélices de stock del DJI phantom to y las comparó con una hélice de parada que fue modificada con una muesca en el borde de fuga.
Una comparación de las dos hélices mostró la investigación es que la muesca del borde de fuga y las hélices de parada tienen un nivel de presión sonora similar en toda la distancia medida. La muesca del borde de salida de la hélice sí parece desplazar la frecuencia más alta y fue la única diferencia significativa entre los dos tipos de hélices.
Este efecto parece reducirse al aumentar la cantidad de hélices. También se voló un hexacóptero DJI con las hélices de tope y de borde de salida con muesca. El hectic era 20 dB más ruidoso que el phantom to pero no había ninguna diferencia discernible en el nivel de presión sonora entre las dos hélices.
Esto significa que cualquier cambio significativo en el borde de salida de la hélice es poco probable que cause un aumento o disminución significativa del ruido. Interesante!
¿Llegarán a ser silenciosos los drones?
Dada la forma en que los drones se mantienen en el aire no creo que los drones lleguen a ser silenciosos. Esto se debe a que se basan en el desplazamiento de una cantidad significativa de aire que intrínsecamente causará ruido. Sólo hay que pensar en un ventilador u otro objeto de movimiento rápido y siempre habrá ruido.
La tecnología de los drones tendrá que dar un salto inimaginable para que sean completamente silenciosos. Sin embargo, hay científicos trabajando en la reducción de la cantidad de ruido e incluso podemos conseguir que un dron sea casi inaudible mientras vuela a unos 30 m en el aire. Eso es increíble si se tiene en cuenta la cantidad de aplicaciones potenciales en un entorno urbano que los drones pueden llenar.
Puede que no sean silenciosos, pero estarán muy cerca