Se hai mai volato con un drone, diventi immediatamente consapevole di quanto sia davvero forte. Quando si vede il filmato del drone di altre persone online, molto raramente si arriva a sentire esattamente quanto è forte il drone. Il rumore dei droni può essere ovunque da un piccolo ronzio acuto fino a un fastidioso pulsare che può essere sentito per una certa distanza. In questo articolo possiamo coprire perché i droni sono così forte e esattamente cosa si può fare per fermare il tuo drone da diventare troppo forte. Inoltre, guarderemo la scienza dietro l’ultima tecnologia per ridurre il rumore che i droni fanno mentre stanno volando.
I droni sono rumorosi perché quando le eliche si muovono rapidamente nell’aria, spostano rapidamente molta aria introducendo picchi e cadute di pressione mentre l’elica gira – creando il caratteristico rumore di ronzio. Il rapido movimento delle pale dell’elica e lo sforzo dei motori elettrici creano anche molto rumore.
Più velocemente le eliche passano, più alto è il tono del ronzio creato e più lentamente le eliche tagliano l’aria, più basso è il tono. Ho il Mavic air e ha eliche più piccole di altri droni DJI e c’è una differenza notevole nel passo e nella sabbia che fanno. I droni più grandi avranno eliche più lunghe e una minore frequenza di rotazione durante il volo.
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Perché i droni sono così rumorosi? – Ecco la risposta rapida:
Ecco quattro motivi per cui i droni fanno così tanto rumore mentre si librano e volano:
- Frequenza di rotazione delle eliche – come abbiamo detto sopra, se le eliche frullano velocemente nell’aria si genera una frequenza più alta. Non c’è molto che si possa fare perché il drone richieda un’alta frequenza di rotazione. Questo è ciò che lo mantiene in aria. Tuttavia, è possibile scegliere un drone che sia più grande e abbia una frequenza di rotazione più lenta per evitare il suono acuto “sciame di api”.
- Pale dell’elica che passano sopra i bracci – uno dei motivi principali per cui i droni fanno un suono alto è che le pale dell’elica devono passare sopra i bracci che le tengono fuori dal corpo del drone. Quando le pale dell’elica passano sopra i bracci crea temporaneamente un sistema di alta pressione sopra il braccio e smette di produrre pressione sotto l’aereo. Questo crea un’onda di pressione e un suono che è una frequenza abbastanza bassa.
- La dimensione del drone – il peso del drone detterà quanto velocemente le eliche devono spendere per generare la spinta don’t che è necessaria per il suo hovering. Se stai comprando un drone pesante, le eliche gireranno più velocemente e saranno molto più rumorose. Pensate a un elicottero come l’ultimo drone pesante rumoroso per il confronto.
- La lunghezza, il passo e la profondità delle eliche – eliche più grandi questo posto più aria mentre girano che significa che producono più spinta e richiedono meno di una frequenza di rotazione per mantenere il drone in aria. Il suono è anche cambiato dall’angolo, o passo, dell’elica, poiché il passo determina quanto disturbo provoca nell’aria.
Ora che sai perché i droni producono così tanto rumore, diamo una rapida occhiata a quanto sono rumorosi i droni e ti diamo la possibilità di confrontarli con i rumori di tutti i giorni.
Quanto è rumoroso un drone?
I droni sono molto nel loro volume di rumore notevolmente. Inoltre, c’è una relazione tra quanto vicino all’osservatore vola un drone e quanto forte viene percepito il drone. Per capire quanto è rumoroso un drone abbiamo bisogno di avere qualche riferimento sull’unità di volume che è il decibel.
Un decibel è un’unità di intensità della sabbia ed è abbreviato in dB. La scala dei dB è davvero grande perché è così sensibile alla sabbia. Le persone con un udito normale possono sentire qualsiasi cosa, dal leggero tocco sulla pelle al rombo del motore di un aereo. La scala dei decibel è una scala logaritmica. Questo significa che aumenta della potenza di 10 per ogni aumento di unità.
Per capire l’intera gamma di livelli di decibel in relazione ai suoni quotidiani ecco una tabella di diversi livelli di dB.
Livelli di decibel
0 dB è la sabbia più morbida che l’orecchio umano può sentire ed è quasi inudibile. È come una foglia che cade per terra, per esempio. Qualsiasi esposizione alla sabbia superiore a 140 dB è considerata non sicura per l’orecchio umano e anche l’esposizione a rumori superiori a 85 dB per lunghi periodi di tempo danneggia l’udito.
Si può vedere dalla tabella precedente che i rumori possono raggiungere livelli non sicuri molto rapidamente. Ridurre la quantità di tempo che si passa ad ascoltare rumori molto forti proteggerà l’udito. Noterete che i droni sono tra 70 e 80 dB di volume. Questo è molto vicino al livello di rumore eccessivo di 85 dB e un’esposizione prolungata a questi rumori danneggerà sicuramente il tuo orecchio. Fortunatamente, i droni sono fatti per essere fatti volare lontano da te e quindi è improbabile che durante il corso del volo tu abbia un’esposizione prolungata a droni molto forti.
Come posso rendere il mio drone più silenzioso?
Se vuoi conoscere altri modi per rendere il tuo drone più silenzioso controlla il mio altro articolo – come posso rendere il mio drone più silenzioso? – Clicca qui per essere portato all’articolo.
A causa del modo in cui i droni sono tenuti in aria non c’è niente che possiamo fare per evitare che i droni spostino l’aria e creino una notevole quantità di rumore. Il rumore che sentiamo è in realtà l’energia in eccesso che è necessaria per spostare l’aria e creare la spinta. Ci sono davvero solo due modi in cui possiamo ridurre il volume di un drone:
- assorbire il suono generato – ci sono alcuni prodotti sul mercato che pretendono di ridurre il rumore di un drone mentre si libra. Questo approccio si basa sul bilanciamento dello spostamento dell’aria con l’assorbimento delle onde sonore generate da un’elica che frusta l’aria. Ci sono pochissimi droni che stanno usando questo approccio, quindi è necessario l’uso di accessori di terze parti per ottenere l’assorbimento del suono.
- Modificare la forma e la morfologia dell’elica – poiché le eliche e i motori sono le parti primarie di generazione del rumore di un drone ci sono molti produttori di eliche per droni che stanno cambiando la forma e la texture della superficie delle eliche per ridurre al minimo il rumore. Ci sono recensioni contrastanti su questo approccio, ma se si vuole provare è relativamente poco costoso acquistare alcune eliche stealth.
Utilizzando queste due opzioni come un modo per ridurre il rumore del drone ecco alcuni dei modi in cui è possibile rendere il vostro drone più silenzioso.
Utilizzare più rotori
Aggiungere più rotori a un drone significa che ogni rotore deve spostare meno aria per mantenere il drone in aria e quindi ogni motore deve lavorare un po’ meno. Nel 2015 un team della NASA ha sviluppato un prototipo di drone che è stato sviluppato per mettere a tacere il fastidioso rumore del drone che si genera durante il volo.
Il drone della NASA aveva otto motori e ciò significa che ogni motore può lavorare ad un numero di giri al minuto leggermente diverso. Questo significa che c’è una generazione di armoniche più piccole che in un drone con solo quattro eliche e una riduzione dello spettro di frequenza. Questa tecnica è chiamata diffusione dello spettro di frequenza ed è possibile solo perché ci sono così tante eliche che sono controllate con precisione da un’unità di controllo elettronico. Ciò significa che quando il prototipo del drone è stato fatto volare a 30 m, non si poteva quasi sentire.
Questo rende questo drone perfetto per la consegna dei pacchi!
Elica più grande e più lenta
Questo si riduce al semplice fatto che le eliche più grandi possono spostare più aria delle eliche più piccole. Questo significa che ogni motore non deve spendere è fantastico la stessa quantità di spinta. Un’elica più grande ridurrà anche la frequenza del rumore che la gente ha segnalato è meno fastidioso.
È possibile acquistare eliche aftermarket praticamente ogni tipo di drone e questo può avere un impatto sulla quantità di rumore generato. Aumentare il diametro delle eliche aumenterà anche il fattore di spinta per creare più efficacemente la portanza verticale. Eliche più grandi con RPM ridotto stresseranno i motori e causeranno un aumento della domanda sulle batterie e altri componenti interni – questo significa che c’è sempre un guadagno quando si scambiano le eliche per un tipo diverso.
Sabbia la superficie
Quando compri un drone disponibile in commercio molto spesso ci sono loghi e altre cose e impressi nell’elica.
Se hai comprato un drone con segni di stampaggio o altri segni di logo puoi rimuovere rapidamente la plastica in eccesso usando una carta vetrata 800 o 600 e correggere la forma strofinando delicatamente sulla superficie. In genere la plastica usata nelle eliche è un composito di nylon rinforzato e non è facile da danneggiare. Se siete preoccupati di carteggiare un’elica e gettare il vostro drone fuori equilibrio dovreste semplicemente strofinare lo stesso numero di volte su ogni elica. In alternativa, si può semplicemente strofinare per la stessa quantità di tempo su ogni elica.
Acquista eliche a basso rumore
Ci sono molte eliche aftermarket a basso rumore. Se vai su qualsiasi rivenditore (come Amazon) e digiti eliche a basso rumore e il tuo modello di drone, troverai una gamma di eliche a basso rumore e a sgancio rapido per il tuo modello. Tendono a funzionare in un paio di modi
- riducono i giri al minuto
- le eliche stealth hanno una superficie molto liscia.
I risultati tipici dell’uso delle eliche stealth sono una riduzione del rumore di circa 3,5 dB, riducendo i giri al minuto di circa il 20%. Un ulteriore effetto collaterale delle pale super-efficienti e lisce è che è probabile che si ottenga un tempo di volo più lungo con fino al 14% in più di tempo di hovering.
La cosa buona dell’uso di questo approccio è che non ci sono regolazioni di impostazione da fare al tuo drone per ottenere prestazioni ottimali. Non è necessario apportare modifiche alle impostazioni. Tutto quello che devi fare è togliere le vecchie eliche e mettere le nuove eliche stealth e il DJI Mavic air farà tutte le regolazioni. Se c’è stato un aggiornamento software è possibile giocare con il guadagno per fornire una migliore performance.
Copertura dell’elica
È anche possibile acquistare ciò che è noto come un sudario. Una società chiamata dotterel ha prodotto un rivestimento per la riduzione del rumore e la sicurezza delle eliche dei droni. Riducono il rumore smorzando l’interazione dell’aria con il corpo, le braccia e altre parti del drone.
Una copertura di sicurezza riduce il rumore assorbendo in primo luogo la sabbia e poi anche riflettendo qualsiasi rumore residuo verso l’alto e lontano dalle persone a terra. Ci sono anche frequenze specifiche assorbite nel nucleo del telo in quanto è fatto di materiali acustici che assorbono particolarmente bene alcune frequenze.
Come la scienza sta rendendo i droni più silenziosi
Da quando i droni volano la gente si chiede come si può rendere un drone più silenzioso? Ci sono molte ragioni commerciali e tecniche per cui si può desiderare che un drone sia più silenzioso. Forse si vola sopra gli animali, forse si vola sopra persone che non possono essere disturbate – forse si sta anche registrando l’audio per un film. Qualunque sia la ragione le scienze hanno iniziato a cercare i modi in cui possiamo ridurre i livelli di rumore del drone e noi copriremo alcune delle ricerche qui.
La dispersione del rumore da parte della fusoliera del drone
Nel 2019, uno studio di un gruppo di ricerca cinese ha esaminato la progettazione di droni silenziosi comprendendo gli aspetti fisici della generazione e della propagazione del rumore dei droni. Nel loro articolo presentano un quadro per valutare l’effetto di scattering del rumore del rotore di un drone volante utilizzando diverse tecniche di modellazione e matematica.
Comprendendo l’effetto del corpo sul rumore del rotore e il rumore diffuso generato dal rumore riflesso, hanno presentato un modo di analizzare esattamente ciò che deve accadere per ridurre il rumore del drone da diversi tipi di corpo di drone. Nel loro documento, usano un tipo di corpo del drone che è molto simile alla serie DJI Phantom. Ecco come appare il modello di rumore del drone:
Si può vedere che c’è un carico di rumore riflesso verso l’alto e molto poco che viene riflesso verso il basso durante un volo.
Progettare un’elica silenziosa per un veicolo aereo senza pilota
Nel 2009 gli scienziati israeliani notano che progettare un’elica silenziosa ed efficiente è un compito impegnativo perché questi due obiettivi spesso portano a tendenze di progettazione contraddittorie.
Lo studio ha esaminato un processo di ottimizzazione multidisciplinare per la progettazione di un’elica silenziosa. Questo design è soggetto a vincoli di potenza, strutturali e laterali, ma sono stati in grado di progettare un’elica silenziosa per un mini veicolo aereo elettrico senza pilota. Le variabili di progettazione includono cose come la geometria delle pale, l’angolo del cono della pala, il raggio dell’elica, il numero di pale e la velocità di rotazione del motore. Le caratteristiche del motore sono state trovate per avere un’influenza molto importante sull’ottimizzazione dell’elica e dovrebbero quindi essere prese in considerazione quando si progetta l’elica silenziosa.
Concludono quanto segue:
- che il principale meccanismo di riduzione del rumore dell’elica coinvolge una riduzione della velocità di rotazione delle eliche.
- Aumentare il numero di pale riduce la firma del rumore. La riduzione del rumore può arrivare fino a 10 dB più silenziosa.
- Il rumore del drone è legato a quanto il drone è vicino all’osservatore e l’ottimizzazione per un rumore minimo nel punto direttamente sopra il volatore dovrebbe avere la priorità nella progettazione.
- I risultati del documento sottolineano l’importanza di un approccio multidisciplinare per la progettazione di un’elica silenziosa. È importante affrontare tutte le discipline simultaneamente durante la progettazione di un’elica silenziosa.
Questo articolo dimostra quanto sia difficile creare un drone che sia veramente silenzioso.
Eliche di serie e modificate testate acusticamente
Un recente articolo pubblicato nel 2021 ha esaminato le eliche di serie del DJI phantom e le ha confrontate con un’elica di stop modificata con una tacca sul bordo di uscita.
Un confronto tra le due eliche ha mostrato la ricerca è che la tacca del bordo di uscita e le eliche di arresto hanno un livello di pressione sonora simile a tutte le distanze misurate. La tacca del bordo d’uscita dell’elica sembra spostare la frequenza più in alto ed è stata l’unica differenza significativa tra i due tipi di eliche.
Questo effetto sembra essere ridotto man mano che si aumenta la quantità di eliche. Un esacottero DJI è stato anche volato con le eliche stop e trailing edge notch. L’hectic era 20 dB più rumoroso del phantom a ma non c’era alcuna differenza percepibile nel livello di pressione sonora tra le due eliche.
Questo significa che qualsiasi cambiamento significativo al bordo d’uscita dell’elica è improbabile che causi un aumento o una diminuzione significativa del rumore. Interessante!
I droni saranno mai silenziosi?
Dato il modo in cui i droni restano in aria, non credo che i droni diventeranno mai silenziosi. Questo perché si basano sullo spostamento di una quantità significativa di aria che intrinsecamente causerà rumore. Basta pensare a un ventilatore o a un altro oggetto in rapido movimento e ci sarà sempre del rumore.
La tecnologia dei droni dovrà fare un salto inimmaginabile se i droni dovessero diventare completamente silenziosi. Tuttavia, ci sono scienziati che stanno lavorando per ridurre la quantità di rumore e possiamo persino portare un drone al punto di essere quasi inudibile mentre vola a circa 30 m in aria. Questo è incredibile considerando la quantità di potenziali applicazioni in un ambiente urbano che i droni possono essere in grado di riempire.
Potrebbero non essere silenziosi ma ci saranno molto vicini!