Stilte geboren uit zijde: Nieuwe horizon opent zich in de strijd tegen de plaag van lawaai

Stilte is kostbaar. Volgens het American Institute of Stress, zo veel als 77 procent van de mensen in de Verenigde Staten tonen enkele fysieke tekenen van stress tijdens hun alledaagse leven, en een periode van stilte per dag kan hen helpen te ontspannen en stressniveaus te verlagen. 

Stilte helpt de bloeddruk te verlagen, verbetert concentratie en focus, verbetert slapeloosheid, stimuleert mindfulness, en meer. 

Maar is het gemakkelijk om stilte te bereiken in het stedelijke leven dat we vandaag de dag leiden? Neem bijvoorbeeld Mumbai, de commerciële hoofdstad van India. Het heeft geluidniveaus gezien die bijna 124 decibel bereiken. Zo’n hoge geluidsniveaus liggen ergens tussen het gebruik van een kettingzaag (120 dB) en het opstijgen van militaire straaljagers. 

In NYC ontving het New York City Department of Buildings maar liefst 3.700 geluidshoorzittingen in een jaar, waaronder geluiden van bouwwerkzaamheden, verkeersopstoppingen (75 dB tot 80 dB), piepende metro’s (80 dB tot 100 dB) en boormachines (110 dB). 

De vraag is, hoe vinden we een rustige plek wanneer onze onvermijdelijke dagelijkse levenscomponenten zo luidruchtig zijn?

Onderzoekers denken al geruime tijd na over oplossingen. Een interdisciplinaire samenwerking van onderzoekers van MIT en elders heeft een oplossing ontwikkeld: een geluidsonderdrukkende zijdefabric. 

Geluidsonderdrukkende zijdefabric voor het creëren van stille ruimtes

De stof die in de zijde wordt gebruikt is nauwelijks dikker dan menselijk haar. Het aanleggen van een spanning laat de vezel die is gebruikt om deze stof te maken vibreren. En het zijn deze trillingen die helpen het geluid te onderdrukken. 

Op een basis- en meer voorspelbaar niveau interfereren de geluidsgolven die door de trillende stof worden gegenereerd met ongewenst geluid en heffen ze op. Deze techniek is effectief alleen wanneer toegepast in een kleine ruimte. Noise‑cancelling koptelefoons, omdat ze alleen werken in de beperkte ruimte van onze oren, profiteren van dit principe van geluidsonderdrukking. 

Maar deze stof gaat een stap verder dan conventionele geluidsonderdrukking door trillingen te onderdrukken die fundamenteel zijn voor geluidsoverdracht. Het kan geluid onderdrukken in een veel grotere ruimte, zoals een woonkamer. 

De onderzoekers testten de effectiviteit van beide geluidsonderdrukkingsmethoden. In de directe onderdrukkingsmodus kon de zijdefabric het geluidsniveau met tot 65 decibel verlagen. In de tweede modus, waarbij trillingsonderdrukking de sleutel is, kon de stof de geluidsoverdracht met tot 75 procent verminderen.

Een ander cruciaal aspect van de uitvinding was dat er gemakkelijk verkrijgbare materialen werden gebruikt, zoals zijde, canvas en muslin. Het heeft veel praktische toepassingen, zoals het maken van scheidingswanden in open werkplekken en het aanbieden van dunne stoffen muren om te voorkomen dat geluid erdoorheen dringt. 

Terwijl hij sprak over het succes dat deze geluidsonderdrukkende zijde kan bereiken, zei Yoel Fink, professor in de afdelingen Materials Science and Engineering en Electrical Engineering and Computer Science, het volgende:

“Geluid is veel makkelijker te creëren dan stilte. Om geluid buiten te houden, wijden we veel ruimte aan dikke muren. Het werk van [First author] Grace biedt een nieuw mechanisme om stille ruimtes te creëren met een dunne stoflaag.”

Het is echter niet de eerste keer dat de groep onderzoekers die bij deze poging betrokken is, een nieuwe benadering voor geluidsonderdrukking heeft geprobeerd. De groep probeerde stofmicrofoons te maken door een enkele streng piezo‑elektrische vezel in de stof te naaien. Deze piezo‑elektrische materialen produceerden een elektrisch signaal bij samendrukken of buigen. Ze zetten ook geluidstrillingen om in signalen. Hoewel de methode zijn waarde kon bewijzen, kon hij niet werken buiten een beperkte ruimte. 

Met het huidige onderzoek naar geluidsonderdrukkende zijdefiber willen de onderzoekers in de toekomst onderzoeken hoe hun oplossing geluid van meerdere frequenties kan blokkeren. 

Volgens Grace Yang:

“Er zijn veel instellingen die we kunnen aanpassen om deze geluidsonderdrukkende stof effectief te maken. We willen mensen laten nadenken over het beheersen van structurele trillingen om geluid te onderdrukken. Dit is slechts het begin.”

De drang om ongewenst geluid te elimineren is een symptoom van onze tijd. Onderzoekers zijn geïnspireerd om oplossingen op dit gebied te ontwikkelen. Een paar jaar geleden probeerden onderzoekers gebruik te maken van akoestische metamaterialen om geluid te blokkeren. 

Stilte bereiken met behulp van akoestische metamaterialen

In kernwetenschappelijke termen is een metamateriaal \”kunstmatig gestructureerde materialen die de stroom van elektromagnetische golven of mogelijk elk ander type fysieke golven beheersen en vormen\”. 

Xin Zhang, professor mechanische engineering aan de Boston University, ontwikkelde deze stilteonderdrukkende oplossing, gebouwd met akoestische metamaterialen, om geluid te blokkeren terwijl de luchtstroom behouden blijft. 

Zhang vormde een team met PhD‑student Reza Ghaffarivarda en gebruikte metamaterialen, wiskundige berekeningen en een open, ringvormig structureel ontwerp om een open demper te creëren die efficiënte ventilatie kan behouden terwijl ongewenste akoestische golven met tot 94 procent worden verminderd.

Het dempingsapparaat dat het duo heeft ontworpen kan worden genoemd of gezien als een \”ultra‑open akoestische metamateriaal demper\” die een grote centrale opening heeft met 60% luchtstroom. De centrale poort is omwikkeld met zes helicale kanalen. Hierdoor kan de poort een tegenfase‑golf genereren aan de zendzijde. De akoestische golven die ontstaan door het raken van de centrale en helicale kanalen heffen elkaar op, waardoor de transmissie effectief wordt geneutraliseerd en stilte ontstaat.

Voor functionele, praktische implementatie verzegelden de onderzoekers een luidspreker in één uiteinde van een PVC‑buis en bevestigden de akoestische metamateriaal demper aan het andere uiteinde. Geluid werd via de luidspreker op hoog volume afgespeeld aan het gesloten uiteinde van de buis en kon niet worden gehoord aan het open uiteinde totdat de demper aanwezig was.

Terwijl hij zijn plannen met de oplossing uitlegde, die al interesse heeft gekregen van grote bedrijven in vele sectoren, zei Zhang:

“De ultra‑open metamateriaal demper biedt de mogelijkheid om omgevingsgeluid van diverse bronnen te verminderen. We zijn enthousiast om vele nieuwe kansen te verkennen waarbij ons ontwerp mensen, ons milieu en arbeidsomstandigheden kan verbeteren door geluid te reduceren.”

Het is nu duidelijk dat deze oplossingen, ongeacht hoe eenvoudig ze lijken door hun efficiënte ontwerpen, effectief zijn in het vervullen van hun doel. Het is duidelijk dat bedrijven op het gebied van geluid en akoestiek over dergelijke oplossingen zullen nadenken. Hieronder bespreken we een paar bedrijven die onderzoek en middelen hebben geïnvesteerd in het vinden van nieuwe manieren om geluid te onderdrukken.

#1. Silentium

Silentium staat bekend om zijn unieke Active Noise Control (ANC) technologie. Het biedt een full‑spectrum verstorende geluidsbeheersingsoplossing met eigen algoritmen. Deze algoritmen kunnen zich aanpassen aan veranderingen in het geluidspectrum en resultaten behalen van bijna 10 dB (A) geluidsreductie. 

Net als de geluidsonderdrukkende zijde werken de oplossingen van Silentium ook in relatief grotere ruimtes, zoals het interieur van een auto. De ‘Quiet Bubble’ technologie vermindert geluid door de fysieke kenmerken van het ongewenste geluidsveld te synthetiseren in een gewenste stille zone. De methode is gebaseerd op een multikanaal algoritme dat in staat is het geluidsveld te beheersen dat wordt geproduceerd door een reeks luidsprekers. 

De Silentium Quiet Bubble oplossing kan worden gebruikt op lawaaierige huishoudelijke apparaten, in automotive producten om het geluid van wind, banden, motor en HVAC te verminderen, in industriële installaties om een stille werkomgeving te creëren, en zelfs binnen vervoersmiddelen zoals treinen, luchthavens en stations. 

De Quiet Bubble end‑to‑end oplossing van Silentium wordt geleverd als een complete turn‑key aanbieding met zowel software‑ als hardware‑elementen.  

Volgens het laatste nieuws heeft Silentium een uitgebreide Series D afgerond. Het bedrijf sloot de ronde af met een totaal van US$63 miljoen. Menora Mivtachim en Meitav Dash, beide Israëlische institutionele investeerders, leidden de ronde. 

Het bedrijf heeft ook de wereldwijde elektronicaleider Molex als een van zijn investeerders. Terwijl hij een idee gaf van hoe de toekomst er voor Silentium uit kan zien, zei Yoel Naor, de CEO van het bedrijf, het volgende:

“We verwelkomen nieuwe partners die dezelfde passie voor akoestiek delen en de waarde zien van het verbeteren van privacy en welzijn via persoonlijke geluidsruimtes. Met deze nieuwe investering zullen we de ontwikkeling en uitrol van onze Active Acoustics software‑oplossingen voor autofabrikanten en automotive leveranciers opschalen – vooral nu de NVH‑eisen evolueren in het nieuwe tijdperk van elektrische en autonome mobiliteit.”

#2. Zero Sound

Het bedrijf belooft hoogwaardige actieve ruisonderdrukking voor een reeks toepassingen, van het interieur van een lawaaierige taxi tot grote buitenstadions. Opschalen is mogelijk omdat de kernoplossing bestaat uit een paneel. Het aantal panelen kan worden vergroot om geluid te onderdrukken afhankelijk van het toepassingsgebied. Zero Sound beweert dat hun oplossingen actief geluid kunnen annuleren, met een reductie tot 92%.

Door meer dan tien ZS actieve digitale geluidsonderdrukkingspanelen samen te gebruiken, kan men voldoen aan de geluidsonderdrukkingsbehoeften van industriële complexen, bouwplaatsen, stadions, spoor- en wegkruisingen. 

Tussen één en negen panelen is voldoende om een onderdrukkingsnetwerk te creëren voor stroomgeneratoren, industriële apparatuur, boorwerkzaamheden en bouwplaatsen. 

Meer dan vijf panelen zijn voldoende voor een afgesloten ruimte, zoals die in kantoorinterieurs, ziekenhuizen, serverruimtes en hotels. En tussen één en vier panelen is voldoende voor de cabines van hulpvoertuigen, zware apparatuur en landbouwmachines. 

Volgens beschikbare gegevens heeft Zero Sound een financieringsronde afgesloten van CA$880.000 in mei 2018.

Geluid aanpakken: het alomtegenwoordige gevaar van overschreden grenzen

De Europese Unie erkent ondubbelzinnig geluidshinder als een groot probleem, zowel voor de menselijke gezondheid als het milieu. Terwijl langdurige blootstelling aan lawaai kan leiden tot irritatie, slaapstoornissen en negatieve effecten op het menselijk hart en het metabolische systeem, kan omgevingsgeluid resulteren in cognitief achtergestelde kinderen. 

Volgens de schattingen van het EEA is omgevingsgeluid de belangrijkste oorzaak van jaarlijks 48.000 nieuwe gevallen van ischaemische hartziekte en 12.000 voortijdige sterfgevallen. Geluidshinder draagt ook bij aan chronische hoge irritatie bij 22 miljoen mensen en chronische hoge slaapstoornissen bij 6,5 miljoen mensen. Meer dan 12.000 schoolkinderen lijden aan leesproblemen als gevolg van alleen vliegtuiggeluid.

Het aanpakken van de gevaren van geluid is daarom een taak die een alomvattende aanpak vereist. Een van de meest kwetsbare gebieden, waar een groot aantal mensen binnen een zeer kleine ruimte wordt getroffen, is de industriële ruimte.

Cijfers suggereren dat tot wel 22 miljoen Amerikaanse werknemers worden geconfronteerd met gevaarlijke geluidsniveaus op het werk. Veel nieuwe strategieën zijn ingezet om deze plaag van industriële geluidshinder onder controle te houden.

Constrained layer damping — bereikt door dempingsmateriaal tussen twee metalen platen te plaatsen — is een nuttige methode gebleken om trillingen van machines te verminderen.

Voor huishoudelijk gebruik heeft een groep onderzoekers in Singapore het innovatieve idee van geluidsonderdrukkende ramen ontwikkeld. Het monteren van deze systeemoplossingen op raamroosters kan inkomende geluiden met 50% verminderen. 

Sensoren spelen een sleutelrol bij het succes van deze methode. Deze sensoren detecteren inkomend geluid en spelen een geluid af met een vergelijkbare maar omgekeerde golfvorm zodat deze tegenfase‑geluidsgolven het inkomende geluid kunnen tegenwerken, waardoor ze worden gedempt voordat ze verder gaan.

Een van de meest geavanceerde en opwindende oplossingen van de afgelopen jaren is nanotechnologie geluidsisolatie‑schuim. Het gebruikt nanotechnologie om geluidsgolven om te zetten in warmte. De oplossing is toegankelijk en schaalbaar, omdat het gebruikmaakt van verkrijgbaar kant‑en‑klaar geluidsisolatie‑schuim als basis. Dit schuim wordt vervolgens geïnjecteerd met een nanopowder om microscopische kanalen te creëren. Deze kanalen of buizen zetten akoestische trillingen om in warmte, waardoor het geluid wordt gedempt.

Het bestrijden van de plaag van geluid vereist meer innovatieve oplossingen en de bereidheid van grote fabrikanten en industriële spelers om verstandig te investeren in geluidsonderdrukkingsoplossingen. Omdat geluid niet zichtbaar is, mist de dreiging vaak de radar. De schadelijkheid wordt pas duidelijk wanneer we ons realiseren welke schade het heeft aangericht aan ons lichaam en ons innerlijk. Het vereist zeker meer bewustwording!

Klik hier om alles te leren over het redden van levens met AI‑verbeterde geluidsonderdrukking.