Bijna iedereen heeft tegenwoordig wel eens met een drone gevlogen of geluisterd naar het vervelende jankende geluid dat ze produceren. Hoewel kleine drones (tot 20 kg) ongeveer 40 decibel stiller zijn dan conventionele burgervliegtuigen, produceren ze een hoge toon – wat mensen vaak erg vervelend vinden.
Een Nasa-studie wees uit dat geluiden van drones hinderlijker waren dan die van wegvoertuigen. En uit mijn eigen onderzoek is gebleken dat het geluid van drones minder aangenaam is dan dat van burgervliegtuigen – zelfs bij hetzelfde volume.
Een deel van het probleem is dat drones vaak op relatief lage hoogte over bevolkte gebieden vliegen die normaal niet aan vliegtuiglawaai worden blootgesteld. Dit zal waarschijnlijk leiden tot spanningen binnen de blootgestelde gemeenschappen. Als de geluidsproblemen niet op de juiste manier worden aangepakt, kunnen zij ongetwijfeld de bredere toepassing en commercialisering van drones doen ontsporen en de aanzienlijke maatschappelijke voordelen die zij zouden kunnen opleveren, in gevaar brengen.
Zo worden kleine tot middelgrote drones bijvoorbeeld al gebruikt voor allerlei toepassingen, zoals medische leveringen en het zoeken naar vermiste personen. Een andere innovatie in de commerciële luchtvaart is de ontwikkeling van elektrische verticaal opstijgende en landende (en mogelijk autonome) voertuigen om mensen in steden te vervoeren.
Diverse “stedelijke luchtmobiliteitsvoertuigen”, of “vliegende taxi’s”, worden momenteel ontwikkeld door verschillende vliegtuigfabrikanten. Zowel drones als vliegende taxi’s zullen geluiden produceren die aanzienlijk verschillen van die van conventionele burgerluchtvaartuigen en zullen vergelijkbare problemen delen met betrekking tot geluidshinder.
In 2019 startte ik een onderzoekslijn die tot doel had twee grote vragen te beantwoorden: hoe zullen gemeenschappen reageren op deze nieuwe voertuigen met onconventionele geluidssignaturen wanneer ze op grote schaal beginnen te opereren? En hoe kan het ontwerp van deze nieuwe voertuigen worden verbeterd om de gezondheid en de levenskwaliteit van de mensen die in die gemeenschappen wonen te beschermen?
Om de eerste vraag te beantwoorden, hebben we onderzocht hoe een drone-operatie de perceptie van een reeks typische geluidsomgevingen in steden kan beïnvloeden. Omdat drones niet dichter dan 50 m bij mensen kunnen worden gevlogen, werden virtual reality-technieken gebruikt om zeer realistische scenario’s te produceren met een drone die in een selectie van stedelijke locaties zweefde.
Uit dit laboratoriumonderzoek bleek dat het geluid dat werd gegenereerd door het zweven van een kleine quad-copter de perceptie van de geluidsomgeving aanzienlijk beïnvloedde. Zo werd een belangrijke toename van geluidshinder gerapporteerd wanneer de drone zweefde, vooral op locaties met weinig wegverkeer. Dit suggereerde dat het door het wegverkeer geproduceerde lawaai het geluid van drones minder waarneembaar zou kunnen maken. Het gebruik van drones langs drukke wegen zou dus de toename van geluidshinder in de gemeenschap kunnen verminderen.
We testen nu een grote verscheidenheid aan drones, met verschillende operationele manoeuvres. We proberen de menselijke reacties op de drone-geluiden beter te begrijpen en te voorspellen en zinvol bewijs te verzamelen voor de verdere ontwikkeling van de regulering van de geluiden die ze produceren.
Perception-influenced engineering
Door menselijke reacties in het ontwerpproces te integreren, kunnen de meest ongewenste geluiden in de vroegste stadia van de voertuigontwikkeling worden vermeden.
Dit kan ofwel rechtstreeks worden gedaan met subjectieve tests (menselijke deelnemers die een reeks monsters van drone-geluiden beoordelen en er feedback op geven), ofwel door gebruik te maken van zogenoemde psycho-akoestische meetmethoden, die in de auto-industrie op ruime schaal worden toegepast. Deze metrieken maken een nauwkeurige weergave mogelijk van de manier waarop verschillende geluidskenmerken (toonhoogte, temporele variaties, tonen) worden waargenomen. We willen ze gebruiken om het ontwerp van drones te onderbouwen. Bijvoorbeeld het optimaliseren van de positie van rotors om drones minder hinderlijk te laten klinken.
De combinatie van virtual reality-technieken en psycho-akoestische methoden om het ontwerp en de werking van drones te informeren, zal dure en inefficiënte ad-hoccorrecties in latere stadia vermijden en verder gaan dan de traditionele aanpak voor de beoordeling van vliegtuiggeluid. Maar wat nog belangrijker is, als dronefabrikanten deze strategieën in hun ontwerpen opnemen, zouden ze wel eens machines kunnen bouwen die niet alleen efficiënt zijn, maar ook, net dat beetje minder irritant.