Kërkuesit krijojnë sensor të lirë për matjen e zhurmës urbane me saktësi në qytetet braziliane

Një ndotje mjedisi është një problem i përditshëm në zonat urbane. Këmbanat, ndërtimet, trafiku i automjeteve – ndonjëherë të përkeqësuar nga shkarkimet e ndryshkuara – dhe madje edhe disa shërbime publike, si transformatorët e energjisë elektrike, gjenerojnë nivele zëri që shpesh kalojnë kufijtë ligjorë. Kjo ndikon në shëndetin e popullatës dhe bëhet, gjithnjë e më shumë, objekt i mosmarrëveshjeve gjyqësore. Megjithatë, matja e saktë e këtij lloji ndotjeje kërkon pajisje komerciale të sofistikuara dhe të shtrenjta, të paarritshme për shumicën e popullatës së prekur, sidomos në komunitete me të ardhura të ulëta.

Duke u përballur me këtë sfidë, studiuesit e Programit të Pasuniversitarit në Metrologji (PósMQI) të PUC-Rio zhvilluan një sonometër me kosto të ulët, i aftë të sigurojë besueshmëri në rezultatet e matjeve. Prototipi u validua në teste rigoroz. Rezultatet u prezantuan në vitin 2024 në Kongresin Botëror të Metrologjisë, në Gjermani, dhe sapo janë publikuar në revistën shkencore “Measurement: Sensors”.

Kur zhurma ndikon në shëndetin e njeriut

Zhurma është çdo tingull që bëhet i bezdisshëm dhe efektet e ekspozimit të vazhdueshëm shkaktojnë shumë më tepër se një shqetësim i thjeshtë. Studimet tregojnë se teprimi i zhurmës mund të shkaktojë humbje të dëgjimit, stres, çrregullime të gjumit dhe madje ndikime psikologjike më të thella. Prandaj, legjislacioni mjedisor brazilian përcakton kufij për nivelin e presionit të zërit (NPZ). Kjo madhësi tregon intensitetin e tingullit (ose, pra, të valës akustike) që godet një instrument, ose në veshin e njeriut.

Këto nivele maten në decibelë (dB). Për të pasur një ide: 0 dB përfaqëson kufirin e dëgjimit të njeriut, 60 dB korrespondon me një bisedë normale dhe 70 dB është tashmë i konsideruar i pakëndshëm, si zëri i një makine larëse ose i një tualeti të shkarkuar. Zëra mbi 90 dB, si ai i motorrrave, hyjnë në gamën e zhurmës shumë të lartë. Nga 120 dB, e zakonshme në sirena, mund të shkaktojnë dhimbje dhe madje dëmtime të menjëhershme të dëgjimit. Ndërsa zërat mbi 150 dB konsiderohen të papërballueshëm, si plumbat e armëve të zjarrit dhe shpërthimet. Toleranca ligjore për këto kufij ndryshon midis qyteteve, zonave urbane dhe rurale, dhe gjithashtu midis periudhave të ditës.

Por një zhurmë e pakëndshme nuk kufizohet vetëm në intensitetin e saj (volumin). Zhurma të vazhdueshme si zhurma e zërit, tingulli i një sirene ose zhurma e vazhdueshme e një zërit të lartë, gjithashtu mund të shkaktojnë shqetësim. Janë të ashtuquajturat “zëra tonale” dhe klasifikimi i tyre ndryshon. Për shembull, sipas standardit teknik brazilian ABNT NBR 10151:2019, nëse një zë i ulët (midis 25 Hz dhe 125 Hz) është 15 dB mbi të tjerët, ai konsiderohet tonal. Ndërsa zërat e lartë (nga 500 Hz në 10 kHz) klasifikohen si tonalë nëse janë vetëm 5 dB mbi pjesën tjetër të zhurmës së ambientit.

Rasti i nënstacioneve elektrike

Frymëmarrja për zhvillimin e sonometrit lindi në vitin 2020, gjatë një projekti që përfshinte një mosmarrëveshje ligjore midis banorëve të një lagjeje në Rio de Janeiro dhe kompanisë së energjisë lokale.

Arsyeja e mosmarrëveshjes ishte zhurma shqetësuese e shkaktuar nga një nënstacion energjie elektrike, që operon transformatorë me fuqi të lartë. Problemi filloi pasi Komiteti Organizator i Lojërave Olimpike të 2016, të zhvilluara në qytet, kërkoi që kompania të dyfishonte praktikisht kapacitetin e nënstacionit. Qëllimi ishte të përmbushte kërkesën e lartë energjetike të Arenës së Volejbollit në plazh, në zonën jugore të qytetit. Por, për fat të keq, kjo çoi në rritjen e zhurmës akustike në zonë, duke tejkaluar nivelet e pranueshme sipas legjislacionit mjedisor aktual. Ky nënstacion u denoncua në Prokurorinë e Përgjithshme, e cila kërkoi që kompania të ulte zhurmën.

Një faktor i rëndësishëm në rastin e nënstacioneve elektrike është fenomeni i quajtur magnetostrikcja, që janë vibrime të shkaktuara nga pllakët prej çeliku të transformatorëve, kur ata nënshtrohen ndaj fushave magnetike të ndryshueshme. Rezultati është një zhurmë e vazhdueshme në 120 Hz që, duke qenë pjesë e pandashme e funksionimit të pajisjes, nuk mund të eliminohet plotësisht.

Pa asgjësimeve të gatshme në treg, shitësja kërkoi udhëzimin teknik të grupit tonë të kërkimit në Metrologji të PUC-Rio për të zhvilluar, verifikuar dhe zbatuar një propozim zgjidhjeje akustike inovative. Puna filloi me një hartëzim të detajuar të emetimit dhe përhapjes së zërit brenda nëndheshjes së energjisë dhe në zonën përreth. Si studimi u bashkua me fillimin e pandemisë së COVID-19 — periudhë me qarkullim minimal të njerëzve dhe automjeteve — u bë e mundur të matet dhe të monitorohet me saktësi ndikimi akustik i shkaktuar nga nëndheshja.

Në vijim, kryem disa ndërhyrje teknike: forca dhe zëvendësimi i çelësave të ndërprerësve (që kontrollojnë rrjedhën e energjisë elektrike), instalimi i barrierave akustike, balancimi i ventilatorëve, përmirësime në sistemin e lubrifikimit, ndër të tjera. Për të trajtuar zhurmat tonale me frekuencë të ulët që vazhdonin, implementuam gjithashtu një sistem inovativ të maskarimit sonor. Bëhet fjalë për tinguj të këndshëm natyrorë – duke simuluar këngën e zogjve, lëvizjet e ujit dhe ujërat në rënie – të vendosur mbi zhurmën origjinale, duke maskuar komponentin tonal të zhurmës.

Ndërhyrjet ishin efektive: edhe pse ky lloj zhurme nuk mund të eliminohet plotësisht, kemi dëshmuar se është e mundur të zvogëlohet në nivele që përputhen me kufijtë e legjislacionit të rreptë mjedisor, duke rikthyer kështu paqen dhe cilësinë e jetës së banorëve. Ky projekt i suksesshëm u riprodhua në formën e një kërkimi master në Metrologji, i cili monitoroi zhurmën akustike në zonat përreth nëndheshjeve të tjera në qytetet e Rio de Janeiro dhe Niterói, rezultate që gjithashtu u botuan në revista shkencore.

Një sensor i aksesueshëm me teknologji të hapur

Si rezultat i këtyre eksperimenteve, dhe duke pasur parasysh aksesin e kufizuar në pajisje të besueshme matëse — zakonisht të importuara dhe me çmime të larta —, ekipi ynë u motivua për të zhvilluar një pajisje të aksesueshme, e aftë të kryejë matje të zërit me saktësi. Qëllimi ishte i qartë: të plotësonte kërkesat shoqërore për monitorimin akustik në zonat urbane, duke ndihmuar në zvogëlimin e efekteve të dëmshme të ekspozimit të pakontrolluar ndaj ndotjes së zërit. Kështu lindi një kërkim i ri master në Metrologji, i fokusuar në projektimin e një sonometre me kosto të ulët, të ndërtuar me teknologji të hapur dhe module elektronike të integrueshme, që lejojnë lidhjen dhe programimin e sensorëve me fleksibilitet.

Në praktikë, zëri kapet nga një mikrofon, kthehet në sinjale elektrike dhe përpunohet nga një mikrokontrollues. Prototipi përdor gjuhë programimi si Node.js dhe Python për menaxhimin e mbledhjes dhe shikueshmërisë së të dhënave, përveç bibliotekave në C++ për përpunimin digjital të audios. Sistemi shfaq nivelet e zhurmës në kohë reale përmes një ndërfaqeje grafike intuitive, duke lejuar monitorim të vazhdueshëm në mënyrë të qartë dhe të aksesueshme.

Pajisja është testuar në një ambient komunitar, në Kisha e Shën Anjellëve, në lagjen Leblon, jashtë orarit të meshës. Hapësira ka një tavan të lartë dhe kapacitet për më shumë se 400 persona, gjë që e bën atë një ambient të mirë për matje akustike të kontrolluara.

Rezultatet dhe hapat e ardhshëm

Në krahasim me një sonometr komercial të kalibruar, prototipi i lirë tregoi performancë premtuese, me një diferencë maksimale prej 12,2 % në rastet më të këqija. Ky rezultat është shumë i kënaqshëm për një version fillestar, sidomos për shkak se kap mirë frekuencat më të bezdisshme për veshin njerëzor. Në frekuencën 8000 Hz, për shembull, diferenca ishte vetëm 2,4 %. Në frekuencat e ulëta, zbuluam praninë e një zhurme elektronike, e cila mund të korrigjohet me filtra dhe rregullime në komponentë.

Projekti vazhdon në zhvillim, me fokus në përmirësimin e platformës kompjuterike dhe në përfshirjen e një funksionaliteti të peshimit në frekuencë, i cili simulon mënyrën sesi veshët njerëzor percepton zërin.

Përparimet tashmë të konsoliduara dëshmojnë se është e mundur të demokratizohet qasja në matje, veçanërisht në matjen e zërit. Duke krijuar mjete të aksesueshme, mund të kontribuohet që më shumë njerëz të mund të kërkojnë të drejtën e tyre për paqe individuale, për heshtje, për shëndet dhe për përmirësimin e cilësisë së jetës së tyre. Fundja, të jetosh në një mjedis urban nuk duhet të nënkuptojë pranimin e ndotjes së zërit si të pashmangshme.