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ESCOLA SUPERIOR ABERTA DO BRASIL – ESAB
SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO EM AERONAVES DESPORTIVAS:
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SEUS RUÍDOS E POSSÍVEIS SOLUÇÕ...
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1.2- Apresentação e Metodologia
Nos primeiros capítulos há uma explanação a respeito da aviação desportiva e de
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diminuindo gradativamente. Em todos esses espaços é permitido voo visual – chamado de voo
VFR (Visual Flight Rules) –, m...
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4- Aviação Desportiva
Há várias categorias de aeronaves, especificadas em regulamentos publicados pela
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Figura 2 – Trike
Fonte: Thatiane Fávero
4.3- Girocóptero
O girocóptero, visto na figura 3, é uma aeronave que se assemel...
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4.5- Parapente
O parapente, figura 5, é um equipamento parecido com paraquedas. Segundo Gustavo
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motor é uma das fontes de ruído nos sistemas de comunicações. O parapente não tem motor,
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Há outras especificações, como resposta de frequência, faixa de temperatura de
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Os fones que foram utilizados no teste em voo são homologados pela FAA e ANAC,
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A ausência de pré-amplificador nos microfones, porém, criou outros dois problemas:
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Figura 9 – Blindagem da cabine de pilotagem de uma aeronave revestida com fibra de vidro.
Fonte: Foto do autor.
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critérios bem rígidos na instalação para ser eficiente. A figura 10 mostra três diagramas com
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 Descrição da experiência:
Foi fixado um rádio portátil no próprio corpo do autor deste artigo e simulado as
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Há diferenças importantes nas características de ambas (AM e FM), citadas a seguir:
A excepcional vantagem que a FM tem...
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8- CONCLUSÃO
Este trabalho consistiu na busca por uma comunicação melhor, sem ruídos, para os
pilotos de aviação despor...
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COMMUNICATION SYSTEMS IN AEROSPORTS:
NOISES AND ITS POSSIBLE SOLUTIONS
Abstract
This paper is a research of noises that...
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Referências
ALENCAR, Marcelo Sampaio de; QUEIROZ, Wamberto José Lira de. Ondas
Eletromagnéticas e Teoria de Antenas. 1....
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CARVALHO, Álvaro Gomes de; BADINHAN, Luiz Fernando da Costa. Eletrônica:
Telecomunicações. SÃO PAULO: Fundação Padre An...
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REVISTA AERO MAGAZINE. Ed. 237. São Paulo: Inner Editora, fev. 2014.
SENNHEISER Electronic GmbH &. Co K. G. HMEC 26-2 -...
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Este trabalho consiste em um levantamento dos ruídos que ocorrem na comunicação por rádio VHF feita por pilotos de aeronaves desportivas, tais como ultraleves, trikes, girocópteros, parapentes e paramotores. Mostra os problemas enfrentados por esses pilotos, decorrentes de interferências eletromagnéticas (EMI), deficiências de blindagens nos cabos de áudio e rádio, laços de aterramento e outros. Analisa as diferenças existentes entre os diversos tipos de aeronaves e as especificações técnicas dos equipamentos de áudio e rádio mais adequados para elas. Explana sobre o sistema eletrônico de atenuação de ruído, que aumenta a eficiência dos abafadores auriculares, eliminando de forma muito significativa o ruído ambiente. Por fim, propõe soluções para todos os problemas detectados, demonstrando tais propostas com experiências realizadas no solo e em voo.

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  1. 1. 0 ESCOLA SUPERIOR ABERTA DO BRASIL – ESAB SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO EM AERONAVES DESPORTIVAS: SEUS RUÍDOS E POSSÍVEIS SOLUÇÕES Este artigo foi escrito como pré-requisito para a conclusão do curso de pós graduação Lato Sensu em Sistemas de Telecomunicações da Escola Superior Aberta do Brasil – ESAB. Edsel Paulo Rockel Vila Velha – ES 2015
  2. 2. 1 ESCOLA SUPERIOR ABERTA DO BRASIL – ESAB SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO EM AERONAVES DESPORTIVAS: SEUS RUÍDOS E POSSÍVEIS SOLUÇÕES Autor: Edsel Paulo Rockel1 Orientador: Me. Hudson Ramos2 Resumo Este trabalho consiste em um levantamento dos ruídos que ocorrem na comunicação por rádio VHF feita por pilotos de aeronaves desportivas, tais como ultraleves, trikes, girocópteros, parapentes e paramotores. Mostra os problemas enfrentados por esses pilotos, decorrentes de interferências eletromagnéticas (EMI), deficiências de blindagens nos cabos de áudio e rádio, laços de aterramento e outros. Analisa as diferenças existentes entre os diversos tipos de aeronaves e as especificações técnicas dos equipamentos de áudio e rádio mais adequados para elas. Explana sobre o sistema eletrônico de atenuação de ruído, que aumenta a eficiência dos abafadores auriculares, eliminando de forma muito significativa o ruído ambiente. Por fim, propõe soluções para todos os problemas detectados, demonstrando tais propostas com experiências realizadas no solo e em voo. Palavraschave: Rádio VHF. Aviação. Ultraleve. Ruído. Comunicação. 1- Introdução Na aviação comercial todos os equipamentos embarcados devem ser certificados. Dessa forma, esses equipamentos (rádios transceptores, antenas, cabos de conexão, fones, labiofones) são previamente submetidos a testes de funcionamento, durabilidade, confiabilidade, estabilidade de parâmetros técnicos, compatibilidade de uso com outros equipamentos, EMC – electromagnetic compatibility – e mais uma extensa lista de testes de conformidade que estão previstos em TSOs (Technical StandardOrders). Como as certificações são menos restritivas para as aeronaves de categoria experimental (em cuja categoria está inserida grande parte da aviação desportiva), há mais ocorrência de problemas nessas aeronaves do que se vê na aviação homologada, como ruídos nos fones do piloto e ruídos que são transmitidos pelo rádio. 1.1- Objetivos Este trabalho tem o objetivo de apresentar as causas dos ruídos na comunicação por rádio VHF em aeronaves desportivas e analisar as soluções para esses problemas. 1 Pós-graduando Lato Sensu em Sistemas de Telecomunicações na Escola Superior Aberta do Brasil – ESAB. (paulo@eletroleve.com.br). 2 Mestre em Engenharia de Software.
  3. 3. 2 1.2- Apresentação e Metodologia Nos primeiros capítulos há uma explanação a respeito da aviação desportiva e de como é dividido o espaço aéreo brasileiro. Esta apresentação é necessária para a compreensão do trabalho neste contexto. Na sequência, explica-se como são os sistemas de comunicação em aeronaves, na faixa de frequência VHF, compreendendo os modos de transmissão e especificações técnicas de equipamentos (headphones, rádio transceptor, antenas, linha de transmissão), destacando-se as diferenças, nesses aspectos técnicos, existentes entre a aviação homologada e a desportiva não homologada. Para detectar ruídos que ocorrem nos fones de ouvido dos pilotos, durante a comunicação por rádio VHF, a coleta de dados foi feita através de pesquisa experimental, com testes no solo e em voo, tais como: 1- Comunicação com rádio VHF AM e FM. 2- Heaphones com microfone omnidirecional e noise cancelling. 3- Headphones com microfone e fones ligados em terra comum e com vias distintas. 4- Fones de ouvido com atenuação de ruído passiva e ativa. A compreensão das causas dos ruídos foi buscada em literaturas técnicas específicas de cada caso experimentado, através de pesquisa bibliográfica. Com a compreensão dessas causas, tornou-se possível estabelecer estratégias para solucionar os problemas. Equipamentos com especificações técnicas mais adequadas foram construídos; confeccionados diagramas de instalação, corrigindo falhas encontradas; alterou-se o posicionamento de equipamentos de bordo, na busca de ter menos interferência, e se realizou novos testes, no solo e em voo, para confirmar a solução ou não dos problemas detectados. 2- Espaço aéreo O voo em qualquer espaço aéreo do mundo deve obedecer a regras internacionais e também específicas de cada país onde esteja. Há espaços aéreos que são controlados e as aeronaves que voam nesses espaços devem ter condições de manter comunicação bilateral com os Centros de Controle e possuir equipamento que forneça informações da posição do voo de forma automática. No Brasil, o órgão responsável pela fiscalização e regulamentação do espaço aéreo é o DECEA – Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA, 2014). O espaço aéreo é dividido em sete classes, de A à G. Cada uma dessas classes define regras específicas que tratam da separação entre as aeronaves, altitude de voo, limite de velocidade, obrigatoriedade ou não do uso de rádio para comunicação bilateral e necessidade ou não de autorização prévia para a aeronave ingressar no respectivo espaço aéreo (ICA 100-12, 2013). Conforme as instruções contidas na ICA 100-12 (2013), no espaço aéreo de classe A todo voo de aeronave deve ser realizado por instrumentos. Chama-se voo IFR (Instrument Flight Rules). Nos espaços aéreos classes B, C, D, E, F e G, os níveis de exigências vão
  4. 4. 3 diminuindo gradativamente. Em todos esses espaços é permitido voo visual – chamado de voo VFR (Visual Flight Rules) –, mas nos espaços aéreos controlados, como os classes B e C, o piloto não tem a liberdade de ir para onde ele quiser sem prévia autorização do controlador do voo. Para uma aeronave entrar em um espaço aéreo controlado, ela precisa estar equipada com rádio VHF, para comunicação bilateral, e possuir transponder modo C. O transponder é um transceptor de rádio que responde automaticamente ao Centro de Controle toda vez que é interrogado, e envia informação da posição onde a aeronave se encontra, velocidade e altitude. Algumas informações como nome do piloto, prefixo da aeronave, número da carteira de habilitação são passadas pelo piloto quando ele faz o plano de voo (ICA 100-11, 2012). Nos espaços aéreos classes E, F e G, os voos VFR não são controlados e não há a necessidade de comunicação bilateral por rádio VHF com o Centro de Controle. Voa-se livremente. 3- Comunicação Aeronáutica A faixa de frequências de comunicação VHF do Serviço Móvel Aeronáutico é de 118,000 a 136,975 MHz. O espaçamento entre os canais é de 25 kHz, totalizando 760 canais para comunicação. A tabela 1 mostra as características técnicas mínimas exigidas para o transmissor e receptor de rádio VHF aeronáutico (ICA 102-9, 2008). Transmissor Estabilidade de frequência: ± 0,003% Potência de saída: 5 W Capacidade de modulação AM: 85 % Receptor Sensibilidade: 3 mV para SNR = 6 dB Nível máx. de saída do contr. automát. de ganho (AGC): 6dB, Vin entre 5mV e 50mV Saída de áudio: 50 mW × 600  Tabela 1 – Especificações técnicas mínimas exigidas para os transceptores de rádio VHF da faixa de comunicação aeronáutica. Fonte: ICA 102-9, 2008. Observação: Nota-se que a modulação é em amplitude (AM). O tripulante da aeronave que opera o rádio de comunicação deve obedecer a procedimentos padronizados em relação ao uso das fraseologias de tráfego aéreo, em conformidade com as normas da Convenção de Aviação Civil Internacional, regulamentadas no Brasil pelo DECEA (MCA 100-16, 2013).
  5. 5. 4 4- Aviação Desportiva Há várias categorias de aeronaves, especificadas em regulamentos publicados pela ANAC (Agência Nacional de Aviação Civil). A aviação desportiva não se enquadra em uma categoria específica – este termo “aviação desportiva” é informal – e abrange diversos tipos de aeronaves. Segundo o RBAC 01 (2011), há aeronaves acrobáticas, aeronaves de asa rotativa (como os girocópteros), aeronaves pendulares (como os trikes), os ultraleves de comando convencional, mais conhecidos pelo público leigo como aquelas aeronaves de estrutura tubular e revestida com tecido, embora haja ultraleve que na aparência não se distingue dos demais aviões (informação verbal)3 . Para distinguir uma aeronave da outra, neste trabalho, considerou-se a nomenclatura popular, não necessariamente de acordo com os conceitos definidos nos regulamentos da ANAC. Este critério informal foi adotado porque a regulamentação que trata sobre os ultraleves, RBHA 103A, está para ser extinta – segundo informação da revista Aero Magazine (2014) –, enquanto se implementa uma nova categoria de aeronave, que engloba os ultraleves, denominada ALE – Aeronave Leve Esportiva. Além disso, o trike – que é apresentado na seção 4.2 deste artigo – também é um ultraleve, segundo o RBHA 103A (2001), mas no meio aerodesportivo costuma-se fazer distinção entre trike e ultraleve, considerando ultraleve aquela aeronave que tem comandos iguais aos de avião convencional. 4.1- Ultraleve A figura 1 mostra um ultraleve bem de acordo com o conceito popular: Aeronave com estrutura tubular, revestida com tecido de nylon e o piloto voa com vento no rosto. Figura 1 – Ultraleve Fonte: Portes Junior 4.2- Trike O trike – figura 2 – tem comando pendular (é uma asa delta motorizada). Os comandos são feitos através do deslocamento do centro de gravidade da aeronave (RBAC 01, 2011). 3 Informação verbal prestada por Gustavo Albrecht, presidente da ABUL – Associação Brasileira de Aeronaves Leves. Há mais duas informações dele na página 6.
  6. 6. 5 Figura 2 – Trike Fonte: Thatiane Fávero 4.3- Girocóptero O girocóptero, visto na figura 3, é uma aeronave que se assemelha ao helicóptero, mas a sua propulsão é dada por uma hélice voltada para trás e isso o torna diferente do helicóptero. A sua sustentação no ar ocorre através de uma asa rotativa, que gira apenas por ação do vento (RBAC 01, 2011). Figura 3 – Girocóptero Fonte: Silvio Alexandre 4.4- Paramotor O paramotor é visto na figura 4. Ele é um parapente equipado com motor, que o impulsiona, possibilitando decolar do solo, sem a necessidade de saltar de locais elevados, como ocorre com o parapente. (RBAC 01, 2011). Figura 4 – Paramotor Fonte: Reinaldo Baricelo
  7. 7. 6 4.5- Parapente O parapente, figura 5, é um equipamento parecido com paraquedas. Segundo Gustavo Albrecht, a principal diferença entre parapente e paraquedas é que o parapente já decola aberto e não consegue ser aberto em voo. Ele não aguentaria o esforço, pois foi feito para voar e não parar a queda. O paraquedas não é feito para voar, mas para ser aberto em voo e permitir o pouso seguro após o salto de uma plataforma móvel (aeronave) ou fixa (base jump). O parapente pode atingir grandes altitudes apenas seguindo as correntes ascendentes de vento. Figura 5 – Parapente Fonte: Diógenes Cruz 5- Comunicação Aeronáutica na Aviação Desportiva Como foi exposto no capítulo 2, toda aeronave que voa em espaço aéreo controlado deve manter comunicação bilateral com o Centro de Controle. Portanto, uma aeronave desportiva que adentra por esses espaços deve estar equipada com rádio VHF. Como são comuns nos equipamentos eletrônicos atuais, os modernos rádios VHF disponibilizam ao piloto muito mais recursos do que apenas a transmissão e recepção da voz. Eles têm bancos de memórias de estações de rádio, acesso facilitado ao canal de emergência e podem acessar o banco de dados do GPS para obter automaticamente as frequências das estações de controle e informação de voo da região por onde passam (MGL, 2011). Gustavo Albrecht fala que nos espaços aéreos não controlados, principalmente em voos de paramotor e parapente, costuma-se utilizar rádio VHF da faixa de rádio amador (144 a 148 MHz, com modulação em FM). Através desse rádio há a comunicação com outros pilotos que participam do mesmo tipo de voo e com o pessoal de apoio no solo. São rádios portáteis, conectados ao capacete dos pilotos, equipados com fone e labiofone. Há aeronaves com dois rádios VHF, um da faixa aeronáutica e outro da faixa de rádio amador. Se o piloto não for habilitado para operar na faixa aeronáutica, ele apenas mantém a escuta na frequência de coordenação, caso haja tráfego aéreo nas imediações. Diante desta diversidade de aeronaves e de equipamentos de comunicação, é de se supor que os ruídos parecem ser inevitáveis. Segundo Zerrer (2007), o sistema de ignição do
  8. 8. 7 motor é uma das fontes de ruído nos sistemas de comunicações. O parapente não tem motor, mas ele está incluído neste trabalho devido a outro problema: a selete, onde vai o piloto, é um local de dimensões mínimas e a antena do rádio VHF portátil fica próxima dos fones e microfone, às vezes gerando apitos ao transmitir – como será demonstrado no capítulo 7 deste artigo. Asa delta, planador e balão tripulado também se enquadram nesse quesito, com a diferença que no planador é possível instalar a antena mais distante da cabine do piloto, o que diminui a possibilidade de realimentação eletromagnética (ALENCAR e QUEIROZ, 2010). 6- Fone, com labiofone, para pilotos de aeronave. No meio aeronáutico, o fone de ouvido, com labiofone, utilizado pelos tripulantes de aeronaves, é conhecido pelo seu nome em inglês: headset ou headphone – ou simplesmente “fone”. Para simplificar a terminologia (sem precisar dizer “fone, com labiofone”), utilizar-se- á a palavra headset para designar esse equipamento de agora em diante neste artigo. Um headset, para poder ser usado na aviação homologada, precisa estar aprovado pelo órgão competente (RBAC 21, 2011). No Brasil, essa responsabilidade é da ANAC (ANAC, 2014), através da GGCP – Gerência-Geral de Certificação de Produto Aeronáutico. Quando um produto é importado dos Estados Unidos – ou de outro país que possui convênio com a ANAC –, e esse produto já foi homologado no país de origem para uso aeronáutico, não há necessidade de realização de testes de conformidade para a certificação (MPH-500, 2008). As regulamentações aeronáuticas nos Estados Unidos são feitas pela Federal Aviation Administration – FAA – através de TSO (Technical Standard Orders), as quais definem um padrão de desempenho mínimo para artigos específicos utilizados em aeronaves civis. No caso dos headsets, os padrões estão definidos na TSO C139 (2014), que substitui as normas contidas na TSO C50c para painéis seletores de áudio e amplificadores, TSO C57a para fones de ouvido e alto-falantes e TSO C58a, para microfones de aeronaves. A tabela 2 mostra algumas das especificações técnicas de três headsets aeronáuticos, homologados pela FAA. Marca e modelo do headset: Bose A20 David Clark H10-20 Sennheiser HMEC 26-2 Impedânciadofone de ouvido: 160 mono e 320 stereo 150 mono e 300 stereo 350 mono e 600 stereo Tipo de microfone: Electret Amplified electret Pre-polarized condenser, noise-compensating Sensibilidade do microfone: 600mVa114dB 400mVa114dB 800mV a 114dB Tabela 2 – Especificações técnicas de hadsets aeronáuticos. Fonte: Manuais dos equipamentos Bose A20 (2012), David Clark H10-20 (2014) e Sennheiser HMEC26-2 (2014).
  9. 9. 8 Há outras especificações, como resposta de frequência, faixa de temperatura de operação, tensão de alimentação do microfone, dentre outras, que não foram mostradas na tabela 2, porque as três especificações supracitadas são suficientes para as análises e comparações que serão feitas no capítulo 7 deste artigo. 6.1- Fones com Sistema Eletrônico de Atenuação de Ruído Segundo Camastra (2008) a tecnologia de atenuação de ruído visa reduzir o ruído ambiente indesejado. Ela pode ser implantada através de dois diferentes métodos: cancelamento de ruído passivo, que consiste em tampar os ouvidos através de um abafador em forma de concha, para impedir que as ondas sonoras alcancem o tímpano, e a outra técnica utilizada – e muitas vezes de melhor resultado – é o cancelamento de ruído ativo, que usa sobreposição aural e interferência destrutiva para alvejar e atenuar o ruído ambiente. O cancelamento de ruído passivo e ativo pode ser aplicado separadamente ou de forma simultânea para atingir a máxima eficácia. Os fones de ouvido com sistema ativo de cancelamento atuam principalmente no ruído ambiente de baixa frequência. O equipamento emite uma onda sonora idêntica à do ruído, em amplitude e frequência, mas deslocada 180 graus. A onda gerada é sobreposta à onda sonora, dentro da concha auricular, e a subtração dessas duas ondas – interferência destrutiva – faz com que elas se cancelem mutuamente, como ilustra a figura 6 (HANSEN, 2013). Figura 6 – Sistema de cancelamento de ruído através de interferência destrutiva. Fonte: CAMASTRA, 2008. 7- Ruídos na comunicação aerodesportiva Na aviação desportiva, dependendo da categoria, os equipamentos não são necessariamente homologados. Se a aeronave é experimental, ela é regida por um conjunto de regulamentos menos restritivos (RBHA103A, 2001; IS-21.191-001, 2012) e o piloto pode, por exemplo, usar um headset que não esteja em conformidade com a TSO C139 (2014). Além disso, nos testes que serão demonstrados neste capítulo, será visto que às vezes as especificações técnicas de algum equipamento homologado não são as ideais para
  10. 10. 9 determinado tipo de veículo aéreo experimental, por ser muito diferente de um avião convencional. 7.1- Teste de headset de avião em ultraleve aberto Com a finalidade de verificar a eficiência de um headset aeronáutico em um ultraleve aberto, em que o vento incide sobre os microfones, foi realizado um voo de teste. A tripulação, composta pelo autor deste artigo e mais um passageiro, utilizou um par de fones certificados pela FAA e ANAC para uso em aeronaves.  Dados dos equipamentos utilizados na experiência: Marca e modelo do ultraleve: Fox, V5 tandem. Matrícula da aeronave: PU-WBT. Marca e modelo do rádio transceptor VHF: MGL, V10. Marca e modelo dos headsets: Bose, A20. Data do voo: 26 de outubro de 2014. Local: Aeroporto Teruel – designativo SSIE.  Descrição do teste: Piloto e passageiro, a bordo do ultraleve, posicionados um atrás do outro nos assentos da aeronave, em tandem, iniciam o teste. A aeronave segue em movimento, percorrendo a pista de táxi, em direção à pista de decolagem. No solo, a comunicação é agradável e sem ruídos – quase não há diferença se o motor está acelerado ou não, o nível de silêncio é agradável. O sistema ANR – active noise reduction – dos headsets se mostra eficiente. À medida que aumenta a velocidade, na corrida na pista para decolagem, a comunicação entre piloto e passageiro começa a ficar ruim. Em voo, o ruído nos fones auriculares é intenso, dificultando a conversação entre piloto e passageiro e a compreensão das mensagens recebidas pelo rádio VHF. O nível de ruído varia para mais ou para menos com o giro do botão de volume do rádio/intercom. Naquele momento, havia outra aeronave voando na região de tráfego do aeroporto e, ao perguntar para o piloto da outra aeronave como ele recebia a mensagem, ele respondeu “clareza 3, intensidade 5” – numa escala padrão utilizada pelos pilotos, que vai de zero à 5 (CI 21-020A, 2008). Quando o passageiro desconectava o plugue de seu microfone, o ruído praticamente sumia, mas se o piloto posicionava a sua cabeça para um dos lados, fora da proteção do para-brisa do ultraleve, o ruído retornava. Percebeu-se, com isso, que o sistema de atenuação de ruído eletrônico não atuou nos microfones, principalmente no microfone do passageiro, que fica posicionado atrás do piloto, sem a proteção do para-brisa.
  11. 11. 10 7.1.1- Análise dos dados do voo Os fones que foram utilizados no teste em voo são homologados pela FAA e ANAC, portanto eles têm qualidade indiscutível para operarem em aeronaves com cabine fechada – como são normalmente os aviões. Mas, eles não foram eficientes no voo de ultraleve. O sistema ANR aumenta a eficiência do abafador auricular, que abafa o ruído ambiente (CAMASTRA, 2008; HANSEN, 2013), mas ele não atuou nos microfones do piloto e do passageiro. Os ventos que incidem sobre os microfones produzem ruídos que são amplificados pelo intercomunicador do ultraleve e pelo rádio VHF. Dessa forma pôde-se concluir que os headsets aeronáuticos utilizados no teste em voo não são ideais para aeronave com cabine aberta, quando o vento incide sobre os microfones. 7.2 - Estudo sobre microfone de headset aeronáutico Após a realização do teste em voo, iniciou-se um estudo para definir especificações técnicas mais adequadas para um headset de ultraleve, começando por uma análise do microfone, que se mostrou muito sensível ao vento. Na tabela 2, vê-se que o headset H10-20 utiliza um microfone de eletreto amplificado e ele é o menos sensível dos três apresentados naquela tabela. A figura 7 mostra um microfone desses. Nas inscrições que estão nele, vê-se que o microfone é certificado pela TSO 58a, que define os parâmetros mínimos para microfones aeronáuticos (FAA, 2014). Figura 7 – Microfone M7, utilizado em headsets aeronáuticos. Fonte: My Pilot Store < http://www.mypilotstore.com/mypilotstore/sep/6265 > Accessed 25 oct. 2014. Outro detalhe que é possível ver na figura 7, observando o invólucro onde está o microfone, é que há espaço para um circuito amplificador de áudio, porque o microfone propriamente dito ocupa apenas a parte do lado direito da figura, onde há um orifício circular. A sensibilidade desses microfones é dada em decibéis, que se referem, neste caso, ao nível de pressão sonora SPL, do inglês: Sound Pressure Level e determina o grau de potência de uma onda sonora (HALLIDAY, 2008). Halliday (2008, p. 137), explica que “o som é uma onda mecânica que se propaga através de um meio material”. O microfone é um transdutor, que transforma a onda mecânica
  12. 12. 11 em sinais elétricos (CHROMPACK, 2008; CARVALHO e BADINHAN, 2011). Com essas definições, compreendemos que toda pressão sonora, decorrente das ondas mecânicas que incidem sobre os microfones, resulta em sinais elétricos que serão amplificados nos amplificadores de áudio do rádio e do aparelho intercomunicador do ultraleve, e enviados aos fones de ouvido do piloto. Na figura 8 dá para ver a posição do piloto em voo. O passageiro – que bateu a foto – fica ainda mais exposto ao vento. Apesar do microfone utilizado no headset ser protegido por uma espuma, ela não foi capaz de barrar o ruído do vento, que atinge o microfone com pressão suficiente para ser amplificado e reproduzido nos fones de ouvido. Figura 8 – Exposição do microfone ao vento, em voo de ultraleve. Fonte: Foto do próprio autor. 7.3 - Projetando um headset para ultraleve Diante dos resultados obtidos em voo, que demonstraram que o microfone do headset aeronáutico é muito sensível ao vento, decidiu-se construir outro headset, com especificações técnicas diferentes. As especificações técnicas deste protótipo de headset, para ultraleve, estão mostradas na tabela 3. Impedânciados fonesde ouvido: 16 Dois alto-falantes de 8 em série Tipo de microfone: Eletreto noise cancelling Sensibilidade do microfone: -54 ±4 dB Tabela 3 – Especificações técnicas do protótipo de hadset construído para experiência em voo de ultraleve. Fontes: Datasheet do alto-falante AS05008MR-4-R, da Pui Audio, e do microfone WM-55D103, da Panasonic. Experimentou-se, primeiramente, utilizar microfone de eletreto omnidirecional, sem amplificação (só o eletreto), mas o resultado não foi bom; houve captação excessiva de ruído. Ao substituir o microfone pelo eletreto noise cancelling, houve uma melhora bastante significativa na qualidade da comunicação entre piloto e passageiro.
  13. 13. 12 A ausência de pré-amplificador nos microfones, porém, criou outros dois problemas: 1- Baixo volume do intercomunicador; 2- Baixa intensidade de transmissão pelo rádio VHF. Para resolver o baixo volume do intercomunicador, foram substituídas as cápsulas receptoras dos fones de ouvido, que eram de 300 , por pequenos alto-falantes de 8 . Essa diminuição na impedância não pôs em risco o amplificador de áudio, porque ficou ainda dentro da faixa mostrada no manual do rádio (MGL, 2011). O rádio estava configurado para headsets aeronáuticos, que utilizam microfones amplificados, por isso ele passou a transmitir com baixa intensidade com o novo headset, que usa microfone sem amplificação. Para resolver este problema, bastou alterar o ganho do microfone no menu de configurações do rádio (MGL, 2011). 7.4- Ruídos provocados por falta de blindagem A experiência relatada nesta seção, realizada pelo autor deste artigo, busca encontrar uma solução para um caso real que foi encontrado, descrito a seguir:  Em um ultraleve com cabine fechada, surge um barulho nos fones de ouvido na hora de transmitir pelo rádio VHF.  Dados dos equipamentos utilizados na experiência: Marca e modelo do ultraleve: Inpaer, Conquest 180. Matrícula da aeronave: PU-LJB. Marca e modelo do rádio transceptor VHF: Garmin, SL40. Marca e modelo dos headsets: Lightspeed Zulu.  Descrição do problema: Piloto e passageiro ficam lado a lado dento da cabine. O ruído aparece durante a transmissão pelo rádio, quando um dos tripulantes posiciona a cabeça na região central, entre os bancos. Utilizando-se de um recurso de onomatopeia, para exemplificar o ruído, ele é semelhante a um “uuuuuuu...” quando se pressiona o botão PTT para transmitir.  Correção do problema: O problema foi sanado retirando-se o estofamento interno do teto da cabine da aeronave, para se ter acesso ao local onde estava a antena, e fixou-se um papel de alumínio junto à superfície interna, que é de fibra de vidro. O papel alumínio ficou em contato com o corpo metálico do conector da antena, como se vê na figura 9.
  14. 14. 13 Figura 9 – Blindagem da cabine de pilotagem de uma aeronave revestida com fibra de vidro. Fonte: Foto do autor. 7.4.1- Análise do resultado da experiência Os problemas com EMI – Electromagnetic Interference – e, por conseguinte, a necessidade de equipamentos EMC – Electromagnetic Compatibility – iniciaram com as transmissões via rádio e aumentaram nas últimas décadas com o uso cada vez mais frequente de equipamentos eletroeletrônicos embarcados e a utilização do espectro eletromagnético cada vez mais amplo, devido à evolução das telecomunicações (PIRES, 2008). Segundo Zerrer (2007), a ausência de blindagem ou blindagem ineficiente de campo eletromagnético pode resultar em acoplamento direto desse campo em equipamentos eletrônicos, pelas trilhas das placas de circuitos impressos ou pelos chicotes elétricos, principalmente na faixa de frequência de 20 MHz a 200 MHz, porque essas partes do sistema funcionam como uma antena razoavelmente eficiente nessa faixa de frequência. Nos manuais de instalação de rádios VHF recomenda-se que todos os cabos que transportam áudio ou informação digital sejam blindados. A utilização de cabos não blindados resulta em interferência ou retorno de áudio (MGL, 2011). Segundo Caninas (1995), os circuitos vivos, fios de ligação, bobinas, terminais, etc., estão sujeitos a fornecer a outros circuitos mais próximos, por efeito capacitivo (eletrostático) ou indutivo (eletromagnético), uma percentagem de energia, criando instabilidade e, em geral, oscilações parasitas. O efeito é mínimo quando o acoplamento ocorre entre dois fios que estão perpendiculares entre si, mas tanto maior é o acoplamento, quanto mais próximos estiverem em paralelos um ao outro. Ainda segundo ele, podem-se eliminar os referidos efeitos com uma blindagem entre os componentes acoplados: rede, malha ou chapa condutora. Todo tipo de blindagem tem de estar ligada à massa, se não o seu efeito será até contrário ao que se pretende obter. Portanto, é muito importante que os fios que transportam áudio nos sistemas da aeronave sejam blindados. No entanto, segundo Reis (1999), essa blindagem deve obedecer a
  15. 15. 14 critérios bem rígidos na instalação para ser eficiente. A figura 10 mostra três diagramas com condições diferentes de blindagem. Figura 10 – Três tipos de blindagem. Fonte: REIS, 1999. Quando parte do receptor está fora da blindagem e a blindagem está aterrada, a isolação do receptor é apenas parcial (figura 10B). A equação 1 demonstra como é obtido o valor da tensão Vx no diagrama da figura 10B (REIS, 1999). Reis (1999) demonstra na figura 11C que quando a blindagem não está aterrada, seu efeito é desprezível. Conclusão sobre o resultado da experiência: Ao cobrir com papel de alumínio a superfície do teto da cabine da aeronave, devidamente aterrado, o espaço interno ficou imune à radiofrequência emitida pela antena do rádio VHF. Essa providência pode ter resolvido de forma indireta eventuais deficiências de blindagens em cabos elétricos ou nos próprios headsets. 7.5- Ruídos na transmissão com rádios VHF portáteis  Nesta seção relata-se uma experiência que simula um problema que pode ocorrer quando a antena do rádio VHF está muito próxima da pessoa que transmite. Situação peculiar de pilotos de parapente e paramotor.  Descrição do problema: O piloto ouve um apito nos fones de ouvido na hora de transmitir pelo rádio VHF.  Dados dos equipamentos utilizados na experiência: Rádio VHF portátil, faixa aeronáutica: Icom IC-A24. Rádio VHF portátil, faixa de rádio amador: Baofeng UV-5R. Headset: Construção artesanal, com os “terras” dos fones de ouvido e microfone ligados em uma única via, na malha do cabo do headset. Eq.1
  16. 16. 15  Descrição da experiência: Foi fixado um rádio portátil no próprio corpo do autor deste artigo e simulado as mesmas condições mostradas na figura 11. Com um headset conectado a esse rádio, fez-se uma transmissão e se obteve os seguintes resultados: 1- Com rádio VHF de faixa aeronáutica ocorreu apito nos fones de ouvido na hora da transmissão. 2- Com rádio VHF de faixa de rádio amador não ocorreu apito nos fones de ouvido na hora da transmissão. Figura 11 – Posicionamento do rádio VHF junto ao piloto de paramotor. Fonte: Reinaldo Baricelo.  Providências corretivas: Foi modificado o diagrama do headset, deixando vias distintas para o terra do microfone e dos fones de ouvido. Enquanto a malha de blindagem do cabo do headset permaneceu ligada aos terminais negativos dos fones de ouvido, o terminal negativo do microfone foi conectado ao rádio através de um fio condutor do interior desse cabo, não conectado à malha.  Teste com o headset modificado: Repetida a experiência, após as modificações feitas no headset, percebeu-se uma melhora significativa no resultado. Antes, ocorria apitos em todas as transmissões com o rádio aeronáutico. Usando um headset com vias distintas para o terra do microfone e dos fones, somente em alguns momentos ocorreu apito, dependendo da posição do rádio. 7.5.1- Análise do resultado da experiência O rádio da faixa de VHF reservada para o radioamadorismo transmite em frequência modulada – FM – (BAOFENG, 2014), enquanto a comunicação por rádio VHF na faixa aeronáutica é modulada em amplitude – AM – (ICA 102-9, 2008).
  17. 17. 16 Há diferenças importantes nas características de ambas (AM e FM), citadas a seguir: A excepcional vantagem que a FM tem sobre AM é um menor ruído. O ruído externo proveniente de motores elétricos, relâmpagos, sistemas de ignição etc. influenciam a amplitude dos sinais de modulação transmitidos. Em um receptor AM, você ouvirá esses ruídos de interferência. Mas em um receptor FM, a amplitude do sinal não é importante, apenas a variação na frequência é detectada para recuperar o sinal de modulação. Por isso, os receptores FM são muito silenciosos no que diz respeito aos ruídos externos. (MALVINO, 1995, página 512.) Na explanação acima, fica clara a suscetibilidade da radiocomunicação em AM captar e reproduzir ruídos, o que corrobora com o resultado obtido nos testes com o rádio VHF portátil de faixa aeronáutica. Outra questão tem a ver com laços de terra ou, com o termo em inglês, ground loop. Refere-se a uma corrente que surge em um condutor que liga dois pontos que deveriam estar no mesmo potencial, geralmente terra (GND), mas estão, na verdade, em diferentes potenciais (WHITLOCK, 2008; ENGDAHL, 2009). Ballou (2008) recomenda que se isole do terra comum (GND) todas as tomadas de microfone e use um fio terra separado para ligar o microfone ao amplificador. Na figura 12, que mostra o rádio VHF IC-A24, percebe-se que os orifícios onde são conectados os plugues para microfone e fones externos não têm terra comum. Vê-se que o orifício mais fino, do microfone externo, não é metálico. Esse detalhe, por si só, sugere a importância da construção de vias distintas para os “terras” do microfone e fones dos headsets utilizados na aviação desportiva. Figura 12 – Rádio HT, IC-A24, faixa aeronáutica. Fonte: Foto feita pelo autor.
  18. 18. 17 8- CONCLUSÃO Este trabalho consistiu na busca por uma comunicação melhor, sem ruídos, para os pilotos de aviação desportiva. Foram realizadas pesquisas em campo para detectar problemas; experiências e testes no solo e em voo na busca por soluções e até mesmo foi desenvolvido um headset, com especificações técnicas diferentes das adotadas nos fones da aviação homologada. Essas novas especificações se mostraram mais adequadas às aeronaves abertas, onde o vento incide nos microfones – fato constatado in loco, em voo. Percebeu-se que o sistema ANR do headset testado é eficiente na atenuação do ruído ambiente, mas ele não atua no som captado pelos microfones e os microfones são muito sensíveis ao barulho do vento. Se a antena estiver muito próxima do piloto (principalmente nas transmissões em AM), o rádio gera apitos nos fones de ouvido do piloto, da mesma forma se houver blindagem ineficiente na instalação do sistema de rádio, nos cabos condutores de sinal de áudio, além de ruídos que também podem advir de laços de aterramento (ground loop) ou em um conjunto desses fatores ocorrendo de forma simultânea. Não há, portanto, uma providência corretiva padrão, ou uma receita única, para resolver um problema de ruído em comunicação por rádio na aviação desportiva. Cada caso deve ser analisado separadamente, considerando as peculiaridades do equipamento de voo (ultraleve, paramotor, parapente ou outros) e do sistema de comunicação de bordo. O primeiro passo a ser dado em uma pesquisa de pane é identificar a causa do problema. Onde está a fonte do ruído ou por qual “porta” ele está entrando. Compreendendo essas questões, fica mais fácil de planejar a ação corretiva e de encontrar a solução desejada. Há outras portas por onde os ruídos podem entrar: 1- Sistema de ignição do motor; 2- Antena – se estiver com SWR (standing wave ratio) elevado; 3- Alternador ou magneto, que produz energia elétrica para a aeronave; 4- Conversores CC×CC (choppers) dos equipamentos eletrônicos de bordo... Entre outros. Não houve oportunidade neste artigo de avançar nessas áreas, devido à extensa gama de assuntos que podem ser tratados nesses temas, sem espaço disponível no presente trabalho. É difícil esgotar todo o assunto. Ficam esses temas abertos para pesquisas futuras.
  19. 19. 18 COMMUNICATION SYSTEMS IN AEROSPORTS: NOISES AND ITS POSSIBLE SOLUTIONS Abstract This paper is a research of noises that occur in the VHF radio communication at sports aircraft such as ultralights, trikes, gyrocopters, paragliders and paramotors. It shows the problems faced by their pilots, due to electromagnetic interferences (EMI), shielding deficiencies in the radio and audio cables, ground loops and others. It also analyzes the difference between the types of aircraft and the technical specifications of audio equipment and radio most suitable for them. This paper has also an explanation about the ANR system (Active Noise Reduction), which increases the ambient noise reduction efficiency in headphones. Finally, it proposes solutions to all detected problems with experiments on the ground and in flight. Keywords: VHF Radio. Aviation. Ultralight. Noise. Communication.
  20. 20. 19 Referências ALENCAR, Marcelo Sampaio de; QUEIROZ, Wamberto José Lira de. Ondas Eletromagnéticas e Teoria de Antenas. 1.ª ed. SÃO PAULO: ÉRICA, 2010. ANAC, Agência Nacional de Aviação Civil. Categoria “Aeronaves Leves Esportivas” começa a ser implantada..., Brasília, DF: 2011. Disponível em: < http://www.anac.gov.br/Noticia.aspx?ttCD_CHAVE=203&slCD_ORIGEM= > Acesso em: 25 out. 2014. ______. CI Nº: 21-020A: Execução de ensaios em voo para avaliação de desempenho de equipamentos de comunicação rádio instalados em aeronaves certificadas. São José do Campos, SP, 2008. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/certificacao/CI/Textos/CI-21- 020A-P.pdf>. Acesso em: 31 jan. 2015. ______. GGCP – Gerência-Geral de Certificação de Produto Aeronáutico. Sd. Disponível em: < http://www2.anac.gov.br/certificacao/Contato/ContatoGGCP.asp> Acesso em: 06 dez 2014. ______. IS-21.191-001: Aeronaves de Construção Amadora, 2012. ______. MPH-500: Manual de procedimentos de homologação. 2008. ______. RBAC 01: Definições, regras [...] e unid. de medidas para uso nos RBAC, 2011. ______. RBAC 21: Certificação de Produto Aeronáutico. 2011. ______. RBHA 103A. Veículos Ultraleves, 2001. Disponível em: < http://www2.anac.gov.br/biblioteca/rbha/rbha103.pdf > Acesso em: 25 out. 2014. BALLOU, Glen M. Handbook For Sound Engineers. 4.º ed. Burlington, MA, USA: Focal Press, 2008. BAOFENG, Especificações do Rádio VHF UV-5R, sd. Disponível em: <http://site.baofeng.com.br/uv-5r/>. Acesso em: 19 out 2014. BOSE Corporation. A20 - Aviation Headset: Owner's Manual. Framingham, MA - USA, 2012. CAMASTRA, Christopher et al. Engineering Silence: Active Noise Cancellation. Artigo (Electrical Engineering) – NC State University, Raleigh, 2008. Available in: <http://www4.ncsu.edu/~rsmith/MA574_S15/silence.pdf>. Accessed: 19 oct. 2014. CANINAS, João. Guia Prático de Radiotecnia. Lisboa: Edições Técnicas, 1995. CHROMPACK Instrumentos Científicos. Microfones Capacitivos: Conceito técnico de calibração. São Paulo, 2008. Disponível em: <http://www.chrompack.net/index.php?page=microfones_des>. Acesso em: 31 jan. 2015.
  21. 21. 20 CARVALHO, Álvaro Gomes de; BADINHAN, Luiz Fernando da Costa. Eletrônica: Telecomunicações. SÃO PAULO: Fundação Padre Anchieta. 2011. DECEA – Departamento de Controle do Espaço Aéreo. Gerenciamento do Espaço Aéreo. Disponível em: <http://www.decea.gov.br/espaco-aereo/gerenciamento-de-trafego-aereo/> Acesso em: 06 dez. 2014. ______. ICA 100-11: Plano de Voo. 2012. ______. ICA 100-12: Regras do Ar e Serviço de Tráfego Aéreo. 2013. ______. ICA 102-9: Características Mínimas dos Equipamentos Nav/Com a Bordo de Aeronaves que Utilizam o Espaço Aéreo sob Jurisdição do Brasil. 2008. ______. MCA 100-16: Fraseologia de Tráfego Aéreo. 2013. DAVID CLARK Company Incorporated. H10-20 – Aviation Headset: Specifications. Worcester, MA - USA, Sd. Available in: <http://www.davidclark.com/avHeadsetSpecs/avSpecs.aspx?ModelName=H10-20> Accessed: 13 dez. 2014. FAA – Federal Aviation Administration. TSO C-139A: Aircraft Audio Systems and Equipment. Washington, D.C, USA. 2014. Available in: < http://www.gama.aero/files/TSO-C139a.pdf>. Accessed: 18 oct 2014. ENGDAHL, Tomi. Ground loop problems and how to get rid of them. Espoo, Finland. 2009. Available in: <http://www.epanorama.net/documents/groundloop/> Accessed: 31 jan. 2015. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica. 4.ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. HANSEN, Colin; SNYDER Scott; QIU Xiaojun; BROOKS Laura; MOREAU Danielle. In: Active Control of Noise and Vibration. 2. ed. v.1. Boca Raton, FL – USA: CRC Press Taylor & Francis Group, 2012. MALVINO, Albert Paul. ELETRÔNICA. 4.ª. ed. v.2, ISBN-10: 853460455X. São Paulo: Makron Books, 1995. MGL Avionicos. VHF Airband Transceiver - User and Installation Manual: Model V6. Torrance, CA, 2011. PIRES, Roginele Salatiel da Silva. Investigação de uma Nova Metodologia para Ensaios e Suscetibilidade Eletromagnética em Veículos Automotivos. 2008. 108p. Tese (Compatibilidade Eletromagnética e Qualidade de Energia) – Engenharia Elétrica, UFMG, Belo Horizonte, 2008. REIS, Carlos. Interferências. LPM, Unicamp. Campinas, SP. 1999. Disponível em: <http://www.lpm.fee.unicamp.br/~carlos_reis/interferencias.pdf> Acesso em: 21 out. 2014.
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