Je leest:

Stillere stofzuiger dankzij nieuwe rekenmethoden

Stillere stofzuiger dankzij nieuwe rekenmethoden

Auteur: | 9 september 2004

René Visser ontwikkelde efficiënte methoden voor het meten en berekenen van geluidsvelden. Hij maakte daarbij gebruik van een speciaal soort geluidsmeter, de ‘Microflown’. De resultaten van het onderzoek kunnen helpen de geluidsoverlast van apparaten als computers en stofzuigers te verminderen. Visser promoveerde op 9 september aan de Universiteit Twente.

Een stofzuiger ontwerpen is vandaag de dag flink ingewikkeld. Was de gebruiker vroeger al tevreden als het apparaat de kruimels en de pinda’s van het tapijt slurpte, tegenwoordig moet hij er ook snel uitzien, weinig stroom gebruiken en als het even kan fluisterstil zijn. Een lage geluidsproductie is in toenemende mate een eis aan allerlei apparaten, van stofzuiger tot vrachtauto en van computer tot vliegtuig. De consument wil het niet en van de overheid mag het niet – steeds vaker gelden strenge regels ten aanzien van de geluidsproductie van nieuwe apparaten.

Steeds strengere eisen aan geluidsproductie ….

Dat stelt de ontwerpers voor een lastig probleem. Natuurlijk kunnen ze hun producten volstoppen met dempende materialen, maar dat gaat ten koste van zaken als gewicht en betaalbaarheid. Liever gebruiken ze componenten die van zichzelf al wat stiller zijn. Stillere motoren in de vrachtauto bijvoorbeeld, of speciale ventilatoren voor de computer. Maar wat zou dat nou schelen in de totale geluidsproductie, zo’n ventilator? En wat is de bijdrage van die nieuwe hoogtoeren harde schijf? Antwoord op zulke vragen blijkt lastig te geven; het is erg moeilijk de totale geluidsproductie te voorspellen van een apparaat dat meerdere geluidsbronnen bevat. Andersom geldt hetzelfde: bij het meten van het totale geluid van zo’n apparaat is het moeilijk vast te stellen welke bronnen welke bijdrage leveren.

Het berekenen en meten van geluidsvelden is de specialiteit van ir. René Visser, die er op donderdag 9 september op promoveerde. Vijf jaar lang werkte hij bij de onderzoeksgroep Structurele Trillingen en Akoestiek van de Universiteit Twente aan methoden om de geluidsproductie van apparaten te kunnen voorspellen en uiteen te rafelen. Visser werkte samen met bedrijven als Philips, DAF Trucks en het Nationaal Lucht- en Ruimtevaart Laboratorium NLR. De technologiestichting STW financierde het onderzoek.

Visser ontwikkelde – aan de hand van een wiskundig-theoretische beschrijving – methoden voor numerieke computersimulatie van de geluidsproductie van apparaten. Hij ontwikkelde zowel methoden om de geluidsafstraling te voorspellen, als methoden waarmee aan de hand van een gemeten geluidsveld de trillingen op het oppervlak van het apparaat gereconstrueerd kunnen worden.

Het voorspellen van geluidsafstraling wordt aangeduid als het voorwaarts probleem omdat uitgaande van de oorzaak (trillingen van het oppervlak) het effect (afgestraald geluidsveld) bepaald moet worden. Dit in tegenstelling tot het inverse probleem, waarbij op basis van het gemeten geluid de oorspronkelijke oorzaak achterhaald moet worden. Het voorwaartse en het inverse probleem zijn nauw aan elkaar gerelateerd; om het inverse probleem op te lossen is het noodzakelijk om eerst het voorwaartse afstraalproces te kunnen beschrijven.

Een typisch voorbeeld van een invers probleem in de akoestiek is het identificeren van de akoestische bronnen van een product dat teveel herrie maakt. In dergelijke gevallen wordt gebruik gemaakt van zogenoemde bron identificatie technieken, die uitgaande van een gemeten geluidsveld de gebieden van akoestische activiteit op het oppervlak van het product vaststellen en daarmee extra inzicht verschaffen in het afstraalmechanisme.

René Visser schonk in zijn onderzoek veel aandacht aan een goede modellering van de overdracht van trillingsenergie van het apparaatoppervlak aan de omringende lucht. Alleen met lastige wiskundige termen is duidelijk te maken op welke wijze hij de computerberekeningen precies wist te verbeteren. Maar het resultaat liegt er niet om: de nieuwe methoden lokaliseren geluidsbronnen beter en bepalen nauwkeuriger welke bijdrage ze leveren aan het totale geluidsvermogen.

Voorbeeld van de toepassing van Vissers verbeterde methoden voor geluidsanalyse. Van een printplaat wordt op een groot aantal meetpunten de geluidsproductie gemeten. Via een numerieke weergave van het opgenomen geluidsveld zijn dan de geluidsbronnen te achterhalen: de trillende delen van de printplaat. Illustratie: René Visser, Universiteit Twente

Microflown

Een opmerkelijk aspect van Vissers onderzoek was de toepassing van een speciaal soort sensor, de Microflown, in 1994 ontwikkeld bij de Universiteit Twente. De Microflown meet akoestische deeltjessnelheid in plaats van akoestische druk fluctuaties, zoals gebruikelijk is in conventionele microfoons. Met de microflown zijn daardoor in een aantal gevallen veel nauwkeuriger geluidsmetingen uit te voeren.

Door gebruik te maken van meting van akoestische deeltjessnelheden met de microflown in plaats van drukmeting met een microfoon kon René Visser een heel nieuwe bron identificatie techniek ontwikkelen. Deze blijkt in een aantal gevallen nauwkeuriger en minder gevoelig voor verstoringen dan bestaande op druk gebaseerde methoden.

De bij de Universiteit Twente ontwikkelde Microflown sensor. Beeld: Universiteit Twente

Geluid is een trilling in de lucht die op vele manieren tot stand kan komen. Het geluid van de menselijke stem bijvoorbeeld is afkomstig van de stembanden, die zich periodiek openen en sluiten. Geluid van apparaten is het gevolg van het trillende apparaatoppervlak dat de lucht om zich heen steeds even samenperst om de lucht daarna even meer ruimte te geven. Bij het samenpersen ontstaat een hogere luchtdruk, bij het uitdijen ontstaat een lagere druk. De opeenvolging van hoge en lage luchtdruk verspreidt zich door de lucht en deze trilling horen wij als geluid. De gebruikelijke geluidsmetingen meten deze drukfluctuaties. De Microflown-sensor daarentegen neemt de beweging van de individuele luchtdeeltjes waar en meet hun snelheid. Dat leidt in een aantal gevallen tot nauwkeuriger geluidsmetingen. Animatie: Dr. Dan Russell, Kettering University, Applied Physics

Toepassingen

Nadat Visser zijn nieuwe analysetechnieken uitgebreid had getest, heeft hij ze met succes toegepast op een aantal probleemproducten uit het bedrijfsleven. Voorbeelden variëren van het vinden van de geluidsbronnen op elektronische printplaten tot het verschaffen van inzicht in de geluidsafstraling van huishoudelijke producten zoals haardrogers en stofzuigers. Daarnaast droeg hij bij aan twee andere projecten van de onderzoeksgroep: de geluidsproductie van computers en de lawaaiproductie bij het rollen van autobanden over asfalt.

Illustraties: René Visser, Universiteit Twente

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 09 september 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.