Angesichts der sozialen Isolation der Welt, um die Ausbreitung des Coronavirus zu verhindern, entdecken viele, wie sie mit nur einem Klick fast alles an ihre Haustür liefern können. Heute werden diese Lieferungen mit einem LKW oder Lieferwagen zu uns gebracht und von einem Zusteller physisch von der Straße zu unserer Adresse gebracht. In nicht allzu ferner Zukunft könnten viele dieser Lieferungen über autonome Lieferfahrzeuge erfolgen. Die Geschwindigkeit und Bequemlichkeit der Lieferung von Luftdrohnen ist verlockend und könnte auch eine Möglichkeit sein, das Zustellpersonal und gefährdete Personen vor der Ausbreitung von Infektionen zu schützen.
Letzten Herbst schrieb ich einen Artikel für den Newsletter des National Council of Acoustical Consultants (NCAC) zum Thema Lärm von Drohnen. In diesem Leitartikel an Kollegen in der akustischen Beratungsbranche diskutierte ich die Grundlagen der Geräusche, die von kleinen Lieferdrohnen kommen, und die Herausforderungen, die diese Geräusche in ihrer breiten Akzeptanz in unserem Alltag darstellen können. Dieser Blog ist eine Nacherzählung dieses Artikels.
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Die Anzahl der Drohnen in unserem Himmel hat in den letzten Jahren dramatisch zugenommen. In den letzten zehn Jahren wurden enorme Fortschritte bei ihrer Technologie erzielt, so dass diese Luftfahrzeuge nun der Öffentlichkeit allgemein zugänglich sind. In ihren Kinderschuhen wurden Drohnen hauptsächlich für militärische Zwecke eingesetzt, aber heute finden viele kleine und große Unternehmen kommerzielle Anwendungen für ihre Fähigkeiten. Hobbyisten nehmen auch Drohnen in wachsender Zahl auf. Sicherheit und Privatsphäre waren die Hauptanliegen bei der Entwicklung und dem erweiterten Einsatz von Drohnen. Ihr Lärm ist jedoch ein relativ unbekanntes Problem und kann zu einem Problem für ihre weitere Entwicklung und für diejenigen werden, die möglicherweise empfindlich auf ihren Klang reagieren.
Eigenschaften des Drohnensounds
Drohnen gelten in diesem Zusammenhang als kleine unbemannte Luftfahrzeuge (sUAV). Einige sind Starrflügler, aber die große Mehrheit von ihnen verwendet mehrere Rotorsysteme, die vertikales Starten, Landen und Schweben ermöglichen. Diese manövrieren, indem sie die Geschwindigkeit jedes einzelnen Rotors manipulieren, wodurch die Hub- und Rotationskräfte an jedem Rotor verändert werden, wodurch das Gieren, Nicken und Rollen des Fahrzeugs gesteuert wird. Aufgrund ihrer geringen Größe drehen sich die Propeller sehr schnell und ändern die Geschwindigkeit schnell.
Es wurden mehrere Studien durchgeführt, um die von Drohnen emittierten Schallspektren zu charakterisieren. Genau wie Ventilatoren werden die dominanten (ungewichteten) Schallpegel bei den Durchlassfrequenzen der Propellerblätter erzeugt, die für die meisten kleinen Drohnen im Bereich von 100 bis 300 Hz liegen. Sekundäre Schallquellen können von den Elektromotoren und Vibrationen der Zelle ausgehen. Starke Harmonische der Blade-Pass-Frequenzen wurden bis zu mehreren kHz gemessen und können oft die dominierenden Töne auf einer A-gewichteten Basis sein. Die individuelle Manipulation jedes Rotors führt gelegentlich zu einem schlagenden Zustand, wenn sich die Blattpassfrequenzen nur geringfügig voneinander unterscheiden. Die sich schnell ändernden und asynchronen Rotordrehzahlen, die beim Manövrieren oder sogar Schweben bei windigen Bedingungen benötigt werden, können erhebliche Schallamplitudenschwankungen aufweisen. All diese Mechanismen erzeugen zusammen das, was die Menschen als „Summen“ wahrnehmen, ähnlich einem Bienenschwarm. Dieses Video bietet ein gutes Beispiel für den Klang einer 4-Rotor-Drohne „Quadcopter“.Acentech-Messungen und andere veröffentlichte Artikel bestätigen, dass Drohnen als Punktquelle betrachtet werden können, so dass eine Reduktion von 6 Dezibel für jede Verdoppelung der Entfernung zum Empfänger eine geeignete Annäherung für die Ausbreitung von der Quelle zum Empfänger ist. Die Gesamtschallpegel, die von größeren kommerziellen Drohnen erzeugt werden, sind ungefähr die gleichen wie bei vielen Haushaltsgeräten, so dass die Geräusche, die wir hören, auch bei kurzen Entfernungen relativ niedrig sind. Das Risiko für Hörschäden ist nicht die Sorge für Drohnen; es ist ihre einzigartige Klangeigenschaften. Ihre Geräusche sind anders als die meisten anderen in unserer Umgebung, wodurch sie unsere Aufmerksamkeit erregen und zu Ablenkung und / oder Ärger führen.
Drohnenlärmmessungen
Aktuelle Vorschriften für Drohnen
Im Jahr 2016 veröffentlichte die Federal Aviation Administration (FAA) umfassende Vorschriften für die routinemäßige Nutzung unbemannter Kleinflugzeugsysteme außerhalb der Freizeit. Die wichtigsten Bestimmungen lauten wie folgt:
- Nur Sichtverbindung
- Ein Pilot pro Flugzeug
- Nur Tageslichtbetrieb
- Maximale Höhe von 400 Fuß über dem Boden
- Darf nur in einem dünn besiedelten Gebiet betrieben werden
Diese Regeln ermöglichen eine wachsende kommerzielle Nutzung in den Bereichen Bauwesen, Landwirtschaft und Inspektion, wo die Einhaltung relativ einfach ist. Sie schränken jedoch den Spielraum für die autonome Zustellung von Paketen durch Drohnen an Verbraucher stark ein. Unternehmen wie Amazon, Google, UPS und andere arbeiten alle an völlig autonomen Lieferungen. Bevor dies in den USA geschieht, muss ein ganzes System von Sicherheitsregeln, Drohnen-Flugsicherung und Drohnen-zu-Drohnen-Kommunikationsstandards implementiert werden. Die NASA und die FAA arbeiten derzeit an der Schaffung eines standardisierten Flugverkehrsmanagementsystems (UTM) für unbemannte Flugzeugsysteme, das Sicherheit über besiedelten Gebieten bietet. Es wird erwartet, dass in den nächsten Jahren neue FAA-Regeln für UTM herauskommen werden, die weit verbreitete Drohnenlieferungen ermöglichen. Bis dahin sollten wir nicht erwarten, dass Unternehmen unsere Pakete über Drohnen ausliefern, es sei denn, die aktuellen FAA-Regeln werden erfüllt oder Ausnahmen für Sonderfälle gewährt. Dies gibt Akustikern einige Zeit, um die Lärmbelastungen durch diesen zukünftigen neuen Dienst zu berücksichtigen und sich in Position zu bringen, um sowohl Quelle als auch Empfänger bei der Koexistenz zu unterstützen.
NASA-Studie zum Drohnenlärm
Im Jahr 2017 veröffentlichte die NASA eine Studie, in der die psychoakustischen Eigenschaften von Drohnenlärm für die Lieferung an Verbraucher untersucht wurden. Ihre Prämisse testete, ob der Lärm von Drohnen in der Akzeptanz mit anderen Maschinen vergleichbar war, die bereits im Lieferprozess verwendet wurden, wie Lastwagen und Autos. Insgesamt 38 Probanden wurden gebeten, ihren Ärger über Tonaufnahmen aus verschiedenen Drohnenflugoperationen und über verschiedene Straßenfahrzeuge in Wohnvierteln zu bewerten. Die Schlussfolgerungen zeigten, dass die Drohnengeräusche höher als die Straßenfahrzeuge bewertet wurden, insbesondere für „herumlungernde“ (d. H. schwebende) Geräusche. Dieser Befund legt nahe, dass die bloße Aufrechterhaltung des Geräuschpegels von Drohnen, der nicht lauter ist als der von herkömmlichen Paketzustellgeräten erzeugte, mit lärmbasiertem Widerstand begrüßt würde. Die NASA kam zu dem Schluss, dass noch weitere Arbeiten erforderlich sind, um unser Verständnis der akustischen Eigenschaften, die diesen Ärgernisunterschied ausmachen, zu verbessern, damit er genauer vorhergesagt werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die Probanden in diesem Test nicht wussten, dass sie Drohnengeräusche hörten. Es ist durchaus möglich, dass nicht-akustische Faktoren nur die Geräuschempfindlichkeit derjenigen erhöhen, die gegen weit verbreitete Drohnenlieferungen sind. Zum Beispiel kann das bloße Hören des Lärms dazu führen, dass Menschen glauben, dass sie ausspioniert werden oder dass sie von einer Maschine über ihren Köpfen in Gefahr sind.
Wie geht es weiter?
Derzeit gibt es in den USA keine Vorschriften, die den Lärm von Drohnen ausdrücklich begrenzen. Andere Regeln wie Gemeinschaftslärmverordnungen, die Sätze wie „ruhiger und friedlicher Genuss des eigenen Eigentums“ enthalten, können von Nachbarn zitiert werden, die mit der Nutzung von Drohnen in der Nähe unzufrieden sind. Die von der FAA für große Flugzeuge verwendeten durchschnittlichen Tag-Nacht-Schallpegel (DNL) sind möglicherweise nicht ausreichend. Die psychoakustische Studie der NASA legt nahe, dass mehr Arbeit erforderlich ist, um die Reaktion der Menschen auf Drohnenlärm genau vorherzusagen. Die umfassenderen Umweltauswirkungen von Drohnenlärm auf andere Tierarten sind ebenfalls noch nicht vollständig geklärt, weshalb zum Teil alle US-Nationalparks die private Nutzung von UAVs verboten haben.
Es gibt viele spannende Möglichkeiten für den Einsatz von Drohnen in unseren Gemeinden. Wissenschaftler, Ingenieure, Berater und Gesetzgeber haben jedoch noch viel Arbeit vor sich, um diese Herausforderungen anzugehen, und Lärm ist nur eines von vielen Dingen, die berücksichtigt werden müssen. Acentech positioniert sich, um in diesem sich entwickelnden Bereich einen Beitrag zu leisten. Unser eigener David Bowen wurde für die Präsentation auf der ersten Quiet Drones Conference in Paris, Frankreich, akzeptiert, einem Symposium, das vom International Institute of Noise Control Engineering unterstützt wird. Wir hoffen, dass die aktuelle Pandemiesituation nachlässt und Experten aus der ganzen Welt ihr Wissen über Drohnenlärm austauschen können. (https://www.quietdrones.org/conferences/1-quiet-drones/)