Joseph Friedmann dacht waarschijnlijk niet aan ‘stilte creëren’ toen hij het plooibare rietje uitvond. Toch brengt zijn uitvinding ons een stap dichter bij een geluidsarmere samenleving.
Cijfers van de Wereldgezondheidsorganisatie en het Europese Omgevingsagentschap tonen duidelijk aan dat geluidsoverlast bij veel mensen in West-Europa ernstige gezondheidsproblemen veroorzaakt. Om te vermijden dat dit probleem groter wordt bestaan er ook in Vlaanderen strenge geluidsnormen. Om deze normen te kunnen halen is vaak geluidsisolatie en/of geluidsabsorptie nodig. Geluidsisolatie houdt geluid van buitenaf tegen, geluidsabsorptie slorpt geluid binnen op.
Geluid ontstaat door bewegende luchtdeeltjes. Als je tv aanstaat, trilt het membraan van iedere luidspreker erin. Die trilling zorgt ervoor dat de luchtdeeltjes in de buurt van de tv heen en weer gaan bewegen. Daardoor gaan de deeltjes wat verder van de tv ook bewegen, dan de deeltjes nog wat verder… tot uiteindelijk ook de luchtdeeltjes in jouw oren bewegen. Die beweging wordt door je hersenen opgepikt en omgezet in geluid.
De beweging van de luchtdeeltjes in de ruimte en in de tijd noemen we een geluidsgolf. Twee belangrijke eigenschappen van zo’n golf zijn de frequentie en de amplitude. De frequentie geeft aan hoeveel keer een luchtdeeltje per seconde heen en weer gaat. Hoe lager de frequentie, hoe ‘zwaarder’ het geluid klinkt. Een voorbeeld van ‘zwaar’ geluid zijn de tonen van een basgitaar. De amplitude verwijst naar de afstand die een deeltje in een enkele heen-en-weer beweging aflegt. Hoe groter de amplitude, hoe luider het geluid.
Wanneer de geluidsgolf tegen een muur botst, duwt de muur de golf terug. Zo ontstaat er een tweede geluidsgolf in de kamer. De geluidsgolf die tegen de muur botst noemen we de invallende golf, de geluidsgolf die na weerkaatsing ontstaat is de gereflecteerde golf. De som van deze twee golven bepaalt het geluidsniveau in de kamer.
Geluid absorberen met plooibare rietjes
Om het geluidsniveau te doen dalen, moet je er dus voor zorgen dat de som van de twee golven zo klein mogelijk is. Daarvoor kan je een heleboel buisjes, zoals rietjes, loodrecht tegen een muur of het plafond bevestigen. In de rietjes zullen de bewegende luchtdeeltjes veel wrijving ondervinden, waardoor hun beweging grotendeels wordt omgezet in warmte (geabsorbeerd) en ze dus minder energie kunnen doorgeven de luchtdeeltjes in de kamer.
Hoe lang de rietjes moeten zijn hangt af van het soort geluid dat je wil dempen: hoe zwaarder het geluid is, hoe langer het rietje moet zijn voor absorptie ervan. Voor geluid van 1000 Hz heb je een rietje van 8.6 centimeter lang nodig. Voor 100 Hz is dat maar liefst 86 cm.
Zoveel plaats heb je lang niet overal. Dit ruimteprobleem kan je oplossen door het rietje te plooien. Stel je twee identieke rietjes voor en leg ze naar elkaar op tafel (foto 1). Als je een van de rietjes 90 graden plooit zie je dat het rechtse rietje minder hoog komt, hoewel beide nog altijd even lang zijn (foto 2). Als je het geplooide rietje omdraait zie je dat het zelfs nog minder plaats inneemt (foto 3). Met een geplooid rietje kan je zwaar geluid absorberen in kleine ruimtes zoals auto’s, klaslokalen en ziekenhuiskamers – iets wat tot nu toe niet of amper mogelijk was.
Voor je nu de keukenkast induikt om rietjes te zoeken: de rietjes uit de winkel werken niet echt goed. Ze zijn meestal te kort en hun diameter is te groot om echt veel weerstand en absorptie te creëren. Dan maar zelf geplooide rietjes maken? Ook dat blijkt niet zo eenvoudig.
Een eerste probleem is de maatnauwkeurigheid. Geplooide rietjes hebben zo’n complexe vorm dat je ze eigenlijk alleen kan maken met een 3D-printer. En hoewel die techniek veel mogelijkheden biedt, heeft hij een groot nadeel: een maattolerantie van 0.1 tot 0.5 millimeter, erg veel voor ons doel. We kunnen ons ontwerp hieraan aanpassen, maar dat is lastig omdat we niet kunnen voorspellen of de rietjes dunner of dikker zullen zijn dan gepland. De verschillen zijn ook niet in de drie richtingen dezelfde, wat het allemaal nog wat moeilijker maakt.
Een tweede probleem zijn de plooien zelf. Als het rietje geplooid is, buigt een deel van de luchtdeeltjes bij de plooi af. Hierdoor bewegen de luchtdeeltjes in het rietje niet langer allemaal op dezelfde manier, wat wel zo is bij een recht rietje. Omdat de beweging van de luchtdeeltjes anders is, zal ook het absorptiegedrag verschillen. Uit simulaties en experimenten blijkt dat een geplooid rietje een hogere frequentie absorbeert dan een recht rietje van dezelfde lengte. Jammer genoeg bestaat er nog geen formule om deze verkorting te berekenen, waardoor de theoretische en experimentele resultaten sterk van elkaar verschillen.
In mijn doctoraatsonderzoek probeer ik daarom een antwoord te vinden op volgende vragen: Kan je met metingen en statistiek achterhalen in welke richting de toleranties liggen? En is er een formule waarmee je de verkorting kan berekenen in functie van het aantal plooien en hun positie? Als het antwoord op beide vragen ja is, wordt het makkelijker om goed werkende geplooide rietjes te maken en staan we een stap dichter bij een stillere samenleving. En hoewel er nog wel wat werk aan de winkel is, zijn de eerste resultaten alvast positief. Laten we er daar eentje op drinken, met rietje!
