Dankzij een metamateriaal is het mogelijk een wand te creëren met dezelfde akoestische eigenschappen als een traditionele geluidsverstrooier, maar dan veel dunner. Dat kan uitkomst bieden voor concertzalen of opnamestudio's.
De uitvinding van de ingenieurs van de Nanjing Universiteit en de North Carolina State University heeft een verbluffend effect. De kleine geluidswand is opgebouwd uit putjes, holle ruimtes met een kleine opening. En juist die opening bepaalt het akoestische gedrag van de wand met dit soort structuurtjes.
Akoestische geluidwanden bestaan nu ook al. Het zijn relatief dikke 3D-structuren met holtes erin. Zo'n wand moet er voor zorgen dat vooral de wat hogere tonen worden gereflecteerd - de lagere worden vrijwel altijd wel gereflecteerd - en dan niet als bij een plat vlak in één richting, maar alle kanten op. Zulke reflectie levert voor de luisteraar het prettigste geluid.
De putjes in een geluidswand zorgen voor de weerkaatsing. Dat doen ze door een complex samenspel van alle tesamen. Elk putje reflecteert het geluid net op een iets andere manier, waardoor de uittredende geluidsgolven een wat verschillende fase hebben, en wel zo dat ze elkaar gedeeltelijk uitdoven.Dat levert dan het gewenste resultaat: het geluid reflecteert alle kanten op met een min of meer gelijke sterkte, waardor de luisteraar het geluid het beste kan horen.
Het principe van deze geluidsreflectie is in de jaren zeventig van de vorige eeuw bedacht door Manfred Schroeder. De naar hem vernoemde Schroeder diffuser bestaat uit een raster van meer of minder diepe holtes die op het geluid hetzelfde effect hebben al de hiervoor genoemde putjes.
Het grote verschil is dat de holtes van Schroeder zo groot moeten zijn als de helft van de golflengte van het geluid waarop de wand wordt ontworpen. Bij een frequentie rond een kHz is dat al gauw zo’n 15 cm, zowel diep als breed. Als kunstwerk kan dat nog aardig zijn, maar voor grotere zalen draagt de toepassing van zo’n wand niet bepaald bij aan architectonische schoonheid. Er zijn wel toepassingen bedacht die de al te grove structuur wat maskeren, maar die werken dan weer minder goed.
De nu bedachte putjes zijn veel minder diep, namelijk een twintigste van de golflengte, dus 1,5 cm in plaats van 15 cm. Om te zorgen dat het geluid toch mooi gespreid wordt gereflecteerd verschillen de putjes niet in diepte (zoals bij de traditionele geluidsmuur), maar in de grootte van hun opening. Die grootte bepaalt namelijk met welke fase de geluidsgolf uit het putje komt. De opening varieert rond een vijfde van de golflengte, dus bij een kHz rond de 6 cm. Hieronder is een patroon van die putjes te zien.
Zowel uit modelberekeningen als metingen blijkt dat de wand met putjes het minstens zo goed doet als de Schroeder verstooier, zie de illustratie boven. Maar omdat die wand veel minder diepis en een minder oopvallende structuur heeft verwachten de onderzoekers een breed toepassingsgebied; concertzaalontwerpers kunnen erveel meer kanten mee op.
Openingsfoto: de Barbican concertzaal in Londen heeft achter het orkest een Schroeder-achtige wand.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.