Een rustige plek creëren door middel van engineering

Een rustige plek creëren door middel van engineering

door Caramel Quin | Techniek + Technologie, augustus 2024

Het was – en is nog steeds – de engste ervaring van mijn leven. Ik stond in een echovrije ruimte, ontworpen om alle geluid te elimineren, en het voelde diep verontrustend. Er heerste absolute stilte. Zelfs mijn ademhaling was stil. Spraak klonk vreemd gedempt omdat er helemaal geen echo was. De haren in mijn nek gingen rechtop staan en tintelden. Na een tijdje realiseerde ik me dat ik mijn eigen hartslag kon horen, wat een kleine troost was. Niemand blijft lang in een echovrije ruimte: de zintuiglijke deprivatie zorgt ervoor dat mensen hallucineren.

Een echovrije kamer is geïsoleerd van omgevingsgeluiden en ontworpen om de reflectie van geluidsgolven binnenin te minimaliseren. Het is het tegenovergestelde van het dagelijks leven. Als je nu in een stille kamer zit, pauzeer dan even en luister. Misschien hoor je het gezoem van het verkeer, vogelzang, de ventilator van je laptop, een televisie in de verte. Stilte is niet langer stil.

Door de lockdown werden we gedwongen meer tijd thuis door te brengen. Het verkeerslawaai was even heerlijk stil, maar keerde al snel terug. Plotseling realiseerden we ons door het thuiswerken hoe ontzettend luid het dagelijks leven is, zelfs buiten de steden. Het geluid van de koelkastcompressor begon echt te irriteren, en waarom moeten apparaten toch altijd piepen?

Wat is lawaai?

Om over lawaai te kunnen praten, moeten we eerst begrijpen wat geluid is en hoe het wordt gemeten.

"Geluid is een drukgolf, dus in de akoestiek is de enige echte manier om het te meten in pascal", zegt Tom Richards, senior engineering manager akoestiek en trillingen bij Dyson. "Decibels zijn een manier om eenheden om te zetten die lineair gezien geen zin hebben. We horen op een logaritmische manier, dus decibels zijn gewoon een manier om die getallen iets begrijpelijker te maken."

Er bestaan verschillende soorten decibels, maar geluidsdrukniveau is de meest gebruikte eenheid. Het geluidsdrukniveau varieert afhankelijk van de omgeving waarin je test, daarom meet Dyson het geluidsvermogen (Watt) van een apparaat het liefst in semi-anechoïsche kamers.

"Het geluidsvermogen van je stofzuiger is hetzelfde, of je nu in een kathedraal, een badkamer of een laboratorium bent. Dat verandert niet, maar het geluidsdrukniveau wel, omdat de omgeving verandert," legt Richards uit.

We houden het bij de meer intuïtieve eenheid decibel om over lawaai te praten, omdat die beter aansluit bij hoe we geluid waarnemen. Lawaai is simpelweg ongewenst geluid. Als onkruid een plant op de verkeerde plek is, is lawaai een geluid op de verkeerde plek. En het is subjectief: het is normaal om van vogelzang te houden, maar een hekel te hebben aan het geluid van een voorbijrijdende auto. Als je dezelfde muzieksmaak hebt als je buurman, is zijn hifi-installatie minder storend.

Auditieve diversiteit - Wat is dat voor geluid?

Geluid is subjectief en beïnvloedt ieder van ons anders. Sommige neurodivergente mensen ervaren bijvoorbeeld sensorische overbelasting, waarbij geluiden overweldigend zijn. Sterker nog, er bestaat niet zoiets als 'normaal' als het om horen gaat. We zijn een zeer diverse groep.

"Het uitgangspunt van auditieve diversiteit is dat veel werk, zoals geluidsvoorschriften, uitgaat van 'normaal gehoor'," zegt Cox. "Maar zogenaamd 'normaal gehoor' is wat de meeste jongvolwassenen hebben, en vertegenwoordigt slechts ongeveer 17% van de bevolking."

Zijn collega Bill Davies leidt een nieuw onderzoekscentrum voor auditieve diversiteit binnen de Leverhulme Trust (LAURA). Van steden tot muziek tot consumentenelektronica, alles is ontworpen voor een 'normale' luisteraar die niet bestaat. Mensen die anders horen, zoals een muzikant met tinnitus, een kerkganger die lipleest of een autistische student, worden door deze aanname gemarginaliseerd. LAURA streeft ernaar om deze denkwijze te veranderen en het hele spectrum van auditieve ervaringen te omvatten.

Slaaf van het ritme

"Geluid beïnvloedt onze hersengolven, onze hartslag, onze hormoonafscheiding, al onze fysieke ritmes", zegt Poppy Szkiler, oprichtster en CEO van Quiet Mark. "Ontwerpen of ontwikkelen volgens de beste akoestische principes en met behulp van geluidsarme producten bevordert een betere concentratie, vermindert angst, verlaagt stress, bevordert een betere nachtrust en verbetert het herstel."

De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) beschouwt geluidsoverlast niet alleen als een milieuprobleem, maar ook als een bedreiging voor de volksgezondheid. Het WHO-rapport 'Burden of disease from environmental noise: Quantification of healthy life years lost in Europe' beschrijft de gevolgen voor de gezondheid, waaronder hart- en vaatziekten, cognitieve stoornissen, slaapstoornissen en tinnitus.

Er staat bijvoorbeeld dat er in West-Europa jaarlijks minstens een miljoen gezonde levensjaren verloren gaan door verkeerslawaai. Belangrijk is dat dit de impact van lawaai alleen betreft, en niet de combinatie met andere factoren zoals luchtvervuiling.

Maar maakt innovatie nieuwe producten niet stiller? Ja en nee... simpel gezegd, ze worden stiller, maar we gebruiken er veel meer van.

"Individuele voertuigen zijn stiller geworden, maar er zijn er veel meer op de weg", zegt professor Trevor Cox, hoofd van het Acoustics Research Centre aan de Universiteit van Salford. "En doordat mensen files proberen te vermijden, duren de spitsuren langer en worden sluiproutes drukker. Het 'gemiddelde' geluidsniveau is niet zo heel anders, maar we verliezen de quiet times en plekken. Deze toevluchtsoorden tegen lawaai zijn erg belangrijk, net als het behoud ervan."

Onderzoek van de WHO naar blootstelling aan lawaai heeft bijgedragen aan de Britse geluidsregelgeving, die een 'geluidsdosis' aanbeveelt. Zo staat acht uur blootstelling aan 84 dB gelijk aan vier uur blootstelling aan 87 dB of twee uur blootstelling aan 90 dB. Hetzelfde geldt voor producten in huis.

"Dit is een van de redenen waarom onze stofzuigers verschillende standen hebben: zodat mensen het gewenste geluidsniveau kunnen kiezen", zegt Richards. "Als je baby slaapt of als je gevoelig bent voor lawaai, gebruik dan de Eco-stand. Je kunt dan langer stofzuigen met een zeer laag geluidsniveau. Of zet hem in de Boost-stand voor een specifieke plek. Je krijgt dan nog steeds een relatief laag geluidsniveau, ook al is hij veel luider, omdat je hem maar heel kort gebruikt."

Geluidsproblemen zijn cumulatief. Geluiden van verschillende bronnen zijn vaak onsamenhangend en tellen bij elkaar op. Samenhangende geluiden (zelfde frequentie, zelfde golflengte, constant faseverschil) kunnen elkaar versterken of opheffen. Noisecancelling koptelefoons maken hier gebruik van door naar extern achtergrondgeluid te luisteren en het 'tegenovergestelde' ervan af te spelen: een sinusgolf die samenhangend is maar een halve cyclus uit fase, om het geluid te neutraliseren. Daarom zijn noisecancelling koptelefoons het meest geschikt voor het aanpakken van een constant achtergrondgeluid: treinen, vliegtuigen en auto's.

Het geluid van de wetenschap

Geluidsdemping, -isolatie en -absorptie hebben hun nut, maar het is beter om geluid vanaf het begin te voorkomen: bijvoorbeeld het kostbare perfectionisme van het balanceren van Dysons nieuwste Hyperdymium-motor om trillingen te verminderen, zodat de behuizing niet trilt en lawaai maakt. De Gen5Detect-stofzuiger is Dysons snelste tot nu toe, met een toerental tot 135.000 omwentelingen per minuut, negen keer sneller dan een Formule 1-motor.

"Elke rotor wordt individueel gebalanceerd," legt Richards uit. "Hij wordt zeer nauwkeurig opgemeten en vervolgens wordt er met een freesmachine een klein stukje van de waaier afgefreesd. Daardoor is elke rotor net iets anders."

Ook de geluidskwaliteit is belangrijk. Decibels meten alleen hoe hard iets is, maar sommige geluiden zijn irritanter dan andere. Cox gebruikt drones als voorbeeld: "Neem een quadcopter. Die maken niet zo veel lawaai, maar het geluid heeft een onaangename klank, zoals een boos insect. In ons onderzoek gebruiken we psychoakoestische meetmethoden om eigenschappen te meten die verder gaan dan alleen decibels."

Psychoakoestiek is de wetenschap die bestudeert hoe geluiden worden waargenomen. Cox voegt eraan toe dat context belangrijk is: "Als je geen controle hebt over een geluid, wordt het des te irritanter. Als je op een vliegveld werkt, zul je waarschijnlijk minder snel klagen over het geluid onder de aanvliegroute, omdat je inkomen ervan afhangt."

Ook de kwestie van smaak speelt een rol. Sommige geluiden worden universeel gewaardeerd of verafschuwd, andere zijn subjectief. Dyson heeft een team van 'gouden luisteraars' die geselecteerd zijn op basis van hun goede gehoor en vervolgens getraind zijn om de geluidskwaliteit uitstekend te beoordelen, of het nu gaat om het afstemmen van het geluid van Dyson Zone-koptelefoons of het signaleren van storende productgeluiden.

Quiet Mark test en verifieert meer dan 80 productcategorieën om die informatie wereldwijd gratis beschikbaar te stellen aan consumenten, architecten en ontwerpers. "Onze strategie is dat als we allemaal stille producten kopen, stille producten ontwerpen en stille producten specificeren, we samen uiteindelijk geluidsoverlast kunnen bestrijden", aldus Szkiler.

Hulpmiddelen - Hoortoestellen die geen hoortoestellen zijn

Het aantal mensen met gehoorverlies neemt toe, en niet alleen door de vergrijzing van onze bevolking. Decennia lang harde muziek en videogames spelen ook een rol. Generatie X heeft het dubbel getroffen: ze groeiden op met een Walkman en bereiken nu de leeftijd van 50 en 60 jaar.

"Er rust nog steeds een stigma op hoortoestellen", zegt Cox. "Een groot aantal mensen die er baat bij zouden kunnen hebben, heeft er geen of draagt ze niet vaak genoeg."

Een nieuwe categorie van apparaten die niet helemaal op hoortoestellen lijken, maar meer op AirPods dan op hulpmiddelen, is bedoeld voor mensen die zich nog niet klaar voelen voor een hoortoestel. De Signia Active Pro is bijvoorbeeld gericht op mensen met licht tot matig gehoorverlies, ziet eruit als oordopjes en gebruikt een AI-gestuurde assistent om zich aan te passen aan de omgeving.

Er bestaan zelfs apps die de microfoon van je smartphone gebruiken om geluid op te vangen en te versterken voor je koptelefoon, hoewel het een veel minder verfijnd instrument is dan een gehoorapparaat. Je zou het kunnen zien als een oortrompet voor de 21e eeuw.

Het ontwerp elimineert het gezoem.

Geluidsabsorptie is de volgende verdedigingslinie. Er wordt veel onderzoek gedaan naar composietstructuren, ook wel metamaterialen genoemd.

"Laagfrequent geluid heeft een zeer grote golflengte, dus het dempen van lage frequenties vereist zeer grote structuren", zegt Cox. "Metamaterialen hebben de potentie om ruis te beheersen met veel dunnere materialen."

Natuurlijke materialen hebben ook hun nut en stoten veel minder koolstof uit. Heggen helpen bij het blokkeren van hoge frequenties, maar zijn minder effectief tegen verkeerslawaai. Onderzoek, gefinancierd door de Royal Horticultural Society, onderzoekt hoe de geluidsreductie door heggen gemaximaliseerd kan worden.

"Het kan hierbij gaan om het combineren van hagen met bestrating of het kiezen van de juiste plantensoorten," aldus Cox.

Een terugkeer naar het planten van hagen zou natuurlijk als bijkomend effect hebben dat de leefomgeving verbetert. Dit is hard nodig en zou bijdragen aan de versterking van een geluid waar we allemaal van genieten en dat we zelden als lawaai beschouwen: vogelzang.

Dit artikel is een bewerking van het artikel " Een rustige plek creëren " uit het tijdschrift Engineering and Technology.
Klik hier om het originele en volledige artikel van Engineering + Technology te bekijken.