Minstens één miljoen levensjaren gaan jaarlijks verloren in West-Europa door geluidsoverlast van het verkeer. Stilte creëren is niet eenvoudig. Wetenschappers gebruiken zelfs buitennatuurlijke oplossingen, genaamd metamaterialen.
Welk geluid hoor jij op dit moment? Ik hoor het daverend geluid van een grasmachine. Het is een zonnige luie zondagnamiddag wanneer ik rustig mijn boek wil lezen in de tuin, maar daar dacht de buurman toch anders over. Oorverdovend lawaai maakt zijn grasmachine! Geen probleem, dacht ik, ik verplaats me naar het dichtstbijzijnde stadspark. Maar alweer, de vogels zijn niet meer te horen over het geluid van brommers, auto’s en vrachtwagens. Vind ik dan nergens stilte, vroeg ik me af? En zo begon mijn zoektocht, een zoektocht naar stilte… Ken jij een plaats waar het echt stil is? Nee? Ga dan mee met mij op zoek.
Hoe werkt geluid?
Voor we naar stilte kunnen zoeken, moeten we weten hoe zijn tegenhanger werkt, geluid! Geluid ontstaat door trillingen van de lucht rondom ons. Als je bijvoorbeeld in je handen klapt, bewegen alle kleine luchtdeeltjes rond je hand. Door het trillen van deze deeltjes zullen de omliggende deeltjes beginnen bewegen en daarna de volgende deeltjes en de volgende… tot dit ons oor bereikt. Een geluidsgolf kan je dus zien zoals een Mexican wave: een rij mensen die één na één beweegt. Dit wordt visueel ook voorgesteld door een op en neer gaande golf.
Een geluidsgolf kan je zien als een Mexican Wave
Een belangrijke eigenschap van zo’n geluidsgolf is zijn snelheid. Of met andere woorden, hoe snel de personen in de Mexican wave bewegen. In wetenschappelijke termen wordt dit de frequentie genoemd, uitgedrukt in 1/seconde of Hertz (Hz). Het bepaalt de toonhoogte van het geluid. Een lage versus hoge frequentie is zoals het vergelijken van een typische mannen en vrouwen stem. Of voor muziekfanaten, het verschil tussen een do-klank (240Hz) en la-klank (440Hz). Als mensen kunnen we hele lage frequenties horen, tot 20Hz, maar ook hoge frequenties, tot 20 000Hz (al wordt dit gebied wat kleiner als we ouder worden). Nu we weten hoe geluid werkt, kunnen we op zoek naar manieren om geluid te verminderen.
De meest stille plaats in de wereld
Geluid is overal rondom ons, maar heb je je ooit afgevraagd wat de stilste plaats in de wereld is? Volgens het Guinness Book of Records is dit de ‘dode kamer’ in Minnesota (Amerika), zie openingsfoto. Het is er zo stil dat je je eigen hartslag en het stromend bloed door je aderen hoort. Tot nu toe heeft niemand het er langer dan 3 kwartier volgehouden vooraleer gek te worden. Zo’n stille plaats om mijn boek te lezen is dus ook weer niet nodig.
Het principe van de ruimte is daarentegen wel interessant. De ruimte is niet te vinden in de natuur, maar is speciaal ontworpen zodat er geen geluiden van buitenaf binnen kunnen, terwijl er in de ruimte zelf geen reflecties aanwezig kunnen zijn. Dit soort kamer wordt in technische termen een ‘anechoïsche’ kamer genoemd, wat letterlijk betekent ‘an-echo’ of ‘geen reflectie’. Zo’n ruimtes zijn in verschillende universiteiten en bedrijven aanwezig en worden vaak gebruikt om de geluidseigenschappen van allerlei machines (bv. wasmachines) te testen, maar zijn dus niet praktisch om een boek te lezen.
Van eierdozen naar schuim
Zoals je op de foto ziet, bestaan alle wanden van de dode kamer uit een dikke mousse. De vorm van de mousse doet ons nog vaag herinneringen aan zijn voorganger: eierkartonnen. Maar is de mythe dat eierkartonnen geluid kunnen verminderen wel waar? Eierkartonnen zijn gemaakt uit karton en kunnen echo in een ruimte doen verminderen door hun specifieke vorm. Als een geluidsgolf botst tegen de muur, zal deze in de groeven van het eierkarton meerdere keren botsen vooraleer verzwakt terug te bewegen in de ruimte (zie schematisch in de figuur hieronder, links). Hierdoor zal de galm in een ruimte verminderen omdat er minder geluidsreflecties zijn. Hoewel de eierkartonnen een leuke esthetisch look kunnen geven, zal het geluid slechts beperkt verminderen.
De mousses gebruiken een zelfde techniek door hun vorm, maar kunnen ook het geluid gaan absorberen doordat deze bestaan uit allemaal kleine holtes en gangetjes (zie figuur rechts). Een geluidsgolf zal zich door deze gangetjes moeten murmen en zo moeilijk terug kunnen bewegen in de ruimte waar hij vandaan kwam. Absorberend materiaal is dus een doolhof waarin de geluidsgolf verloren loopt en geen uitgang meer vindt.
Het doolhof moet complex genoeg zijn, zeker voor de lage frequente geluidsgolven die zich makkelijk door de holtes kunnen bewegen. Dit kan door de dikte van het materiaal te vergroten. Zo hebben we een meter dik schuim nodig om frequenties van 340Hz aan te pakken. Dit kunnen we in grote ruimtes gebruiken, maar moeilijk in auto’s, vrachtwagens of grasmachines toepassen. We moeten dus verder zoeken naar een compactere oplossing.
Een buitennatuurlijke oplossing
Een nieuwe oplossing om geluid te verminderen zijn metamaterialen. Dit zijn vormen gemaakt uit normaal materiaal (zoals plastiek), maar die eigenschappen hebben die we normaal niet zien in de natuur. Deze eigenschappen worden gerealiseerd door te spelen met de geometrie. Een structuur die geluid kan verminderen zijn ‘resonatoren’, dit zijn als het ware onze stiltesoldaten. Elke resonator bestaat uit een kleine massa en een veertje. Dit systeempje trilt heel hevig op een bepaalde frequentie die we kunnen tunen door te spelen met de massa en het veertje.
Absorberend materiaal is als een doolhof voor geluidsgolven
Om stilte te creëren, is er een leger aan stiltesoldaten nodig. De soldaten worden verspreid over het volledige oppervlak waar we de beweging van willen verminderen. Zo’n oppervlak is bijvoorbeeld een carrosserie van een wagen. Op de frequentie van de soldaten, zullen alle punten van het oppervlak waar een stiltesoldaat aanwezig is, niet meer trillen. Als er genoeg soldaten zijn, zal het volledig oppervlak niet meer trillen en geen geluid meer genereren.
Deze oplossing kan gebruikt worden op grasmachines, auto’s enzovoort om zo minder storend te zijn voor de omliggende omgeving. Maar, de oplossing is enkel voor specifieke frequenties, dus elk probleem zal een specifieke vorm (of andere stiltesoldaat) nodig hebben.
De oplossing van stilte?
Van eierkartonnen tot buitennatuurlijke metamaterialen, het assortiment om geluid te verminderen is heel breed. En zoals op ieder potje een dekseltje past, is er ook voor elk probleem een specifieke geluidsoplossing nodig. Met een leger van innovatieve stiltesoldaten is er dus hoop dat ik mijn boek in de toekomst rustig in de tuin kan lezen zonder geluidsoverlast.
