Untitled Document
'Fluitend' promoveren aan twee universiteiten
Aero-akoestiek/Enith Vlooswijk
Foto/Bart van OVerbeeke
Wat heeft een blokfluit gemeen met een stofzuiger en een
gasleiding? Ze maken alledrie geluid. Bij de blokfluit is dit
gewenst, bij de andere twee zaken niet. Sylvie Dequand
onderzocht de aero-akoestische eigenschappen van pijpleidingen.
Dinsdag 18 december verdedigde ze haar proefschrift voor een gemengde
commissie van de TU/e en
de Université du Maine.
 C'est pas du pipeau, zeggen de
Fransen als iets moeilijk is. Ook het onderzoek naar de akoestische
werking van luchtstromen in blaasinstrumenten is volgens Sylvie
Dequand (28) bepaald geen 'fluitje van een cent'. De Française
beschrijft in haar proefschrift 'Duct Aeroacoustics: from Technological
Applications to the flute' hoe luchtstromen in pijpleidingen een
fluittoon kunnen veroorzaken. Ze ontwikkelde nummerieke en analytische
modellen om dit verschijnsel inzichtelijk te maken.
Dikke schuimrubberen kussens tegen de wanden van haar kamertje
in het Cascade-gebouw absorberen het geluid van haar proefopstelling.
De ruimte staat tjokvol apparaten en meetinstrumenten, waartussen
een bruin bierflesje volledig uit de toon valt. Dequand gebruikt
het flesje om uit te leggen welk verschijnsel ze onderzoekt. "Als
ik over een bepaalde hoek in het flesje blaas, hoor je een fluittoon."
Ze doet het voor. Ditzelfde principe, vertelt ze, zorgt voor het
geluid van een blaasinstrument, maar ook voor het 'gefluit' van
een gasleiding, een föhn of een stofzuiger.
Wanneer lucht ongehinderd door een rechte pijp stroomt, gebeurt
dit geruisloos. Geluid ontstaat pas als de luchtstroom met een
bepaalde snelheid langs onregelmatigheden in het kanaal gaat;
bij een afsplitsing van een gasleiding bijvoorbeeld. De buitenste
luchtlaag scheidt zich daar af van de hoofdstroom, die snel rechtdoor
blijft gaan. Doordat de losgeraakte luchtlaag instabiel is, ontstaat
er bij de aftakking een werveling die drukverschillen veroorzaakt
in de gasleiding. Zo ontstaan trillingen die door de meetrillende
leidingwand nog worden versterkt. Het resultaat: een fluitend
geluid.
De afmetingen en de vorm van de onregelmatigheid in de pijpleiding
beïnvloeden de omvang van de werveling en daarmee de frequentie
van de trillingen. Bij bepaalde afmetingen kunnen zelfs meerdere
wervelingen tegelijk ontstaan. Dequand onderzocht onder meer de
aero-akoestische eigenschappen van een bijzonder type pijpleiding,
de Helmholtz Resonator. Het rechte kanaal van deze pijpleiding
wordt aan de bovenkant doorbroken door een opening. De vorm hiervan
is vergelijkbaar met die van de luchtopening bovenop het blaasgedeelte
van een blokfluit: de hals loopt aan één zijde schuin
vanaf de bovenkant het luchtkanaal in. Dit schuine gedeelte van
de hals wordt ook wel labium, of 'lip' genoemd.
Klankkast
In de proefopstelling van Dequand is deze pijpleiding aangesloten
op een soort ventilator, die lucht met een constante snelheid
de leiding instuurt. De pijpleiding is van metaal en wordt aan
twee zijden doorbroken door glazen raampjes. De opening aan de
bovenkant van het luchtkanaal komt uit in een langwerpige stalen
klankkast. Een piston met een drukmeter sluit de bovenkant van
de klankkast af.
Zodra lucht door de leiding stroomt en wervelingen ontstaan, verandert
de luchtdruk in de klankkast. Als de druk een bepaalde waarde
overschrijdt, gaat er een signaal naar een lamp die op één
van de raampjes is gericht. De lamp werpt korte lichtpulsen van
tachtig nano-
seconden op het raampje. Uit twee kleine spleetjes voor de kanaalopening
waar de wervelingen ontstaan, stroomt koolstofdioxide de luchtstroom
in. Het gas buigt het licht op die plek af, zodat de wervelingen
zichtbaar worden. Aan de andere kant van de opstelling staat een
camera die opnames maakt.
Ter demonstratie draait Dequand aan de knop van de ventilator.
Hoe verder ze draait, des te sterker wordt de luchtstroom en des
te hoger de fluittoon. De luchtwervelingen gaan immers sneller
draaien, waardoor de druk in de klankkast sneller verandert. Dit
resulteert in trillingen met een hogere frequentie.
De hals van de kanaalopening kan in doorsnede en vorm variëren
doordat deze bestaat uit twee verwisselbare aluminium blokjes.
De opnames van de proefopstelling tonen aan hoe dit het ontstaan
van wervelingen beïnvloedt. Aan de voet van een scherp labium
ontstaan bijvoorbeeld grotere wervelingen dan bij een labium met
een grotere hoek. Ook de vorm van de tegenoverliggende openingsrand
speelt een grote rol.
Behalve wetenschappelijk onderzoeker is Dequand muzikante. Ze
studeerde aan het 'Conservatoire National de Région' en
speelt zowel cello als saxofoon. Vandaar dat het onderzoek naar
de aero-akoestiek van de Helmholtz Resonator voor haar extra interessant
was. "Veel blaasinstrumenten, zoals het pijporgel, de blokfluit
en de dwarsfluit, werken volgens hetzelfde principe. Alleen is
hun luchtkanaal wat smaller."
In haar onderzoek werden deze instrumenten nagebootst door een
vergelijkbare proefopstelling, maar dan met een variabele kanaalhoogte.
De resultaten van deze experimenten maakten de aero-akoestische
eigenschappen van de instrumenten inzichtelijk. "De blokfluit
heeft een mooie, rijke klank dankzij een scherp labium. De klank
komt voornamelijk voort uit een werveling langs die scherpe rand",
vertelt ze. Als de blaasdruk echter te hoog wordt, ontstaat er
turbulentie en een 'rommelig' geluid. "Vandaar dat de blokfluit
niet geschikt is voor een orkest. De dwarsfluit heeft een veel
dikker labium, waardoor er minder turbulentie is. Daardoor is
het een krachtiger instrument."
De resultaten van het onderzoek van Dequand zijn met name bruikbaar
voor de ontwikkeling van computermodellen voor synthesizers.
Een scherpe bocht of een aftakking in een gasleiding kan wervelingen
voortbrengen die een minder gewenst geluid veroorzaken. De trillingen
kunnen zelfs leiden tot beschadigingen. Een deel van Dequands
onderzoek richtte zich op dit gebied. Experimentele gegevens hierover
waren beschikbaar uit eerdere experimenten. Het was Dequands taak
hiervan nummerieke en analytische modellen te ontwikkelen die
toegepast kunnen worden in de industrie.
Het onderzoek van Dequand maakt deel uit van een Europees project,
Flodac (Flow in Duct Acoustics). Behalve industriële partners
als Philips, Renault en Volvo werkten de University of Hull, de
TU/e en de Franse Université du Maine binnen het project
samen. De samenwerking tussen de Franse en de Eindhovense universiteit
was zelfs zó intensief dat de promovendus aan beide universiteiten
tegelijk promoveert. Zij is hiermee de eerste in de geschiedenis
van de TU/e. "Ja, ik denk dat dit best belangrijk voor mij
is", antwoordt de Française desgevraagd. "Ik
krijg zowel een Nederlandse als een Franse bul. Als ik later bij
een Franse universiteit wil solliciteren, heb ik dus geen equivalent
nodig."
Europees
Hoe 'Europees' Dequand zich mag noemen, blijkt wellicht uit haar
dankwoord. Het Engels mengt zich daar met Franse, Nederlandse
en anderstalige dankuitingen. Niettemin drukt haar moedercultuur
een zwaar stempel op haar leefwereld. "In het begin was het
best moeilijk om te wennen in Nederland. Vooral het voedsel vond
ik de eerste maanden vreselijk." Haar promotiestelling 'De
culinaire hoogtepunten van Nederland lijken op het landschap'
is daarom niet alleen schertsend bedoeld. Hetzelfde geldt voor
een uitspraak van Guy de Maupassant, volgens wie 'de kus het beste
middel is om zwijgend alles te zeggen'. "In Frankrijk groet
je elkaar elke morgen met een hand en een kus", licht de
onderzoekster wat verlegen toe. "Dat zegt meer dan woorden.
Hier is dat heel anders, de relatie tussen mensen is wat afstandelijker.
Ik weet niet goed hoe ik dat uit moet leggen, het zal wel iets
met cultuur te maken hebben."
Dat de taal der woorden haar niet altijd goed ligt, maakt een
kort gesprek snel duidelijk. Diepe denkrimpels en aarzelende glimlachjes
onderbreken haar betoog voortdurend. Des te aannemelijker is de
veronderstelling dat de muziektaal haar nauwer aan het hart ligt.
Helaas heeft ze haar instrumenten de laatste maanden nauwelijks
aangeraakt. "Het is moeilijk muziek te combineren met onderzoek.
Ik wel nagedacht over een muzikale carrière, maar die wereld
is erg competitief." Na haar promotie gaat Dequand vergelijkbaar
onderzoek doen in Leuven. Daar hoopt ze haar hobby weer op te
pakken./.
|
