Sezione 3: fattori dipendenti dall'aeroplano

Le reali caratteristiche del rumore a bordo ed il ruolo delle cuffie aeronautiche

Nella seconda parte di questa dispensa, si è detto di come si possa valutare in laboratorio l'efficacia dei sistemi di cancellazione del rumore. Ma, siccome non si vola in un laboratorio, si sposterà ora l'interesse sui reali spettri di rumore in vari aeroplani, per focalizzare quale tipo di rumore ambientale si stia cercando di cancellare e di quanto questo costituisca una seria minaccia all'apparato acustico. Ovviamente, si desidera che le cuffie aeronautiche cancellino più efficacemente il rumore nelle aree dello spettro dove risulta maggiormente fastidioso! Consideriamo allora i reali profili di rumore nelle cabine dei mono-motori a pistoni e vediamo come si comportano le cuffie ad attenuazione passiva od attiva.

Profili di rumore

Iniziamo a valutare alcuni reali dati dettagliati sul rumore di due aerei differenti. Qui sotto sono rappresentati i dati rilevati in volo su un Cessna 210 ed un Piper Comanche.

Avendo analizzato gli spettri di rumore di dozzine di aeroplani diversi, sappiamo che i profili di questi due velivoli sono rappresentativi di quasi tutti i modelli di mono-motore. Il rumore generato dall'elica e le sue frequenze risonanti (armoniche) costituiscono la parte più consistente dello spettro acustico.

Il Comanche ha un'elica bipala che genera un picco di rumore a circa 80 Hz, mentre il Cessna 210 ha un'elica tripala con un picco di rumore attorno ai 120-130 Hz. Il motore, gli scarichi ed il vento relativo aggiungono la maggior parte del resto del profilo di rumore. Ovviamente la potenza del motore, l'aerodinamica e molte altre caratteristiche progettuali contribuiscono al reale profilo di ogni specifico velivolo.

Mentre questi due aerei appaiono diversi sotto molti punti di vista, vi sono due caratteristiche generali che risultano evidenti:

1. Vi è molto rumore alle basse frequenze ... tra i 70 ed i 300 Hz.

2. Il livello del rumore si riduce andando verso le alte frequenze ... particolarmente oltre i 500 Hz.

Entrambe queste caratteristiche sono assai confacenti all'utilizzo della cancellazione attiva per una ottimale riduzione del rumore. Si ricordi dalla sezione 2 che la cancellazione attiva si comporta bene solo alle basse frequenze ... non producendo alcuna sensibile riduzione in dB a frequenze superiori ai 500 Hz. Si ricordi inoltre che i sistemi attivi richiedono alcuni compromessi nella attenuazione passiva per poter installare i componenti all'interno delle coppe auricolari. Pertanto, non sono altrettanto efficaci nel bloccare il rumore a frequenza elevata.

Ma non è più importante proteggersi dalle alte frequenze?

Questo dipende sia dal livello del rumore che dalla durata dell'esposizione. Nella sezione 2 si sono considerate le misurazioni dell'attenuazione passiva pesate secondo i profili "A" e "C". Si è concluso che elevati livelli di rumore a bassa frequenza possano essere più dannosi che quelli ad alta frequenza. Come si può notare dal grafico dello spettro di rumore dell'aereo, in un aereo con motore a pistoni ci sono di solito 20-30 dB di rumore in più a 100 Hz che a 1000 Hz.

Di solito i piloti si interessano al danno acustico ed a "salvare il salvabile". Questo è il motivo principale che li spinge all'acquisto di una nuova cuffia. L'esposizione prolungata al rumore esercita una varietà di effetti sul fisico e sulla psiche, che condizionano costantemente la capacità di pilotare un aereo in sicurezza (la sezione 5 di questa dispensa tratterà questi fattori in maggiore dettaglio). Per ora, è sufficiente constatare che le cuffie a riduzione attiva del rumore creano un ambiente più tranquillo ed al tempo stesso più sicuro per le orecchie del pilota.

Cosa conosciamo sulla perdita di udito

I dati sulla perdita di udito sono piuttosto semplici da comprendere e sono stati studiati a fondo. Qui sotto sono raggruppati i dati emersi da studi scientifici sulla correlazione tra rumore e durata di esposizione al medesimo.

Questi dati sono stati stimati considerando un'esposizione ad un dato livello di rumore per otto ore al giorno, cinque giorni la settimana. Non c'è da stupirsi che il rischio di danno acustico sia proporzionale alla durata dell'esposizione. Ma il dato più interessante ad emergere è che non si prospetta alcun danno se l'esposizione è ad 80 dB per otto ore al giorno ed anche 85dB sono in grado di causare un danno meramente simbolico. Il danno vero inizia a svilupparsi con esposizioni prolungate a livelli di rumore superiori ai 90 dB.

Abbiamo visto come sugli aerei ad elica, un rumore di questa intensità si registra solo alle basse frequenze. Va quindi da sé l'importanza di attenuare le frequenze più basse.

Perché la riduzione attiva del rumore è così efficace sugli aerei

Una delle ragioni per cui la cancellazione attiva è così efficace sugli aerei è semplicemente questa: l'abbondanza di rumore a bassa frequenza. Il grafico sottostante rappresenta lo spettro del rumore in decollo di un Cessna 172RG Cutlass, attenuato passivamente. Il profilo è simile a quello degli aerei considerati in precedenza.

La linea inferiore rappresenta l'attenuazione che ci si può attendere da una tipica cuffia passiva. Si noti la scarsità della riduzione a 100 Hz ed il significativo miglioramento che si ottiene alle alte frequenze. Anche se c'è una sostanziale riduzione a 1000 Hz, alle base frequenze si è ancora esposti a livelli ben superiori agli 80 dB.

Come si è visto, la protezione acustica passiva è molto efficace dove c'è meno rumore, oppure dove la componente predominante è alle alte frequenze. Questa non è la soluzione ideale per l'ambiente acustico di un aereo.

Si paragoni il risultato precedente con la protezione offerta da una buona cancellazione attiva alle basse frequenze.

Questo è un "primo piano" dello stesso spettro di rumore del Cutlass focalizzato solo sull'area delle basse frequenze. La linea rossa mostra l'attenuazione addizionale fornita dalla cancellazione attiva installata su una tipica cuffia passiva. Si tratta di una riduzione molto ben percepibile. Si consideri comunque che con le cuffie attive la riduzione alle alte frequenze è solo modesta. Questo è in genere un buon compromesso perché i livello del rumore residuo in cabina è già molto basso ... molto al di sotto dei livelli che possono causare un danno.

Allora, a che punto siamo arrivati?

Ora si dovrebbe aver capito bene a che livelli ed a che spettro di rumore siano esposti i piloti. Le componenti di bassa frequenza a decibel elevati non vengono efficacemente rimosse da una tradizionale cuffia passiva. Per contro, la cancellazione attiva è progettata specificatamente per ridurre questa porzione dello spettro sonoro e ricondurlo ben al disotto della soglia del danno fisico. Tutto ciò crea un ambiente più tranquillo, sicuro e più rilassante da usufruire nelle ore di volo.

Nella prossima sezione sposteremo l'attenzione dal rumore alla comodità. E' difficile trovare un pilota che non desideri avere una cuffia più comoda. Ma fino all'introduzione delle cuffie a riduzione attiva di rumore, i termini "cuffia" e "comodità" non erano mai facilmente conciliabili! Nella prossima sezione si focalizzeranno i fattori ergonomici che incidono sul livello di comodità di una cuffia. Si prenderà in considerazione la vasta gamma di variabili che rende la realizzazione di una cuffia comoda un'impresa simile alla ricerca del Santo Graal! Ci si occuperà anche di caratteristiche come il volume delle batterie, i controlli e gli accessori che influiscono sulla facilità di impiego.