De stortvloed van mobieltjes, Ipods, minilaptops betekent een hoos aan piepjes, bliepjes en ander ongerief voor het menselijke oor. De lichtgewicht modelletjes zorgen vaak voor oplopende irritatie, overlast en schade aan het leefmilieu. Om de producten stiller te ontwerpen, is het noodzakelijk om de bron van de geluidsoverlast te achterhalen. Een lastige klus die meestal resulteert in gissingen.

Rick Scholte van de faculteit Werktuigbouwkunde brengt daar nu verandering in. Hij ontwikkelde het zogeheten ‘Sound Imaging’-systeem, een meetrobot met microfoons. Dat meet het geluidsniveau op honderden punten in de omgeving van bijvoorbeeld een harde schijf. Met een nauwkeurigheid van een millimeter, tot honderd keer nauwkeuriger dan bestaande methoden.

De meetwaarden worden vervolgens overzichtelijk en in felle kleuren weergegeven in een computertekening in drie dimensies. Uit de kleuren en de toppen van de bergen wordt meteen duidelijk waar de boosdoener exact zit. Dit geeft de ontwerper de gelegenheid om het ontwerp aan te passen, waardoor de irritante geluidsbron verdwijnt, of in ieder geval minder wordt.

Met als gevolg minder ergernis bij de gebruiker. Of zelfs minder gehoorbeschadigingen, want het systeem is ook inzetbaar bij grotere machines, zoals in fabrieken. Scholte komt met zijn vinding op een uitgelezen moment. De Europese regelgeving op het gebied van hinderlijk geluid uit apparaten wordt de komende jaren strenger.

Inverse akoestiek is de verzamelnaam voor efficiënte methodes die het mogelijk maken geluidsbronnen zichtbaar te maken en te kwantificeren. Dat gebeurt door ruimtelijke geluidsmetingen te doen die teruggaan naar de bron. Scholte: “Maar de huidige methoden leveren meestal geluidsbeelden met lage resoluties op. Bovendien zijn daarvoor zware numerieke berekeningen en modellen nodig. Mijn onderzoek richt zich op snelle en nauwkeurige meet- en signaalverwerkingsmethoden voor inverse akoestiek. Ze zijn goed toepasbaar in praktische situaties die een hoge resolutie vereisen.”

Dit inverse (omkerings-)proces, ofwel ‘Near-field Acoustic Holography’, is grotendeels gebaseerd op wiskundige modellen die bekend staan als Fouriertransformaties (genoemd naar de Franse Wiskundige Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768-1830)). Scholte optimaliseerde dat proces. Hij slaagde erin om een softwareprogramma te schrijven dat de meetwaarden van geluid omzet in bewegende beelden. En ook nog eens in drie dimensies. De akoestische hologrammen geven precies aan waar bijvoorbeeld een mobieltje geluid ‘lekt’. Of hoe het lawaai van een dieselgenerator, ondanks een uitlaat in de top, telkens als een klamme deken over de behuizing valt. “Het zijn niet alleen mooie plaatjes. Je ziet meteen wat er fysisch gebeurt. De bewegingen volgen de natuurwetten, zoals een vortex dat doet. Of de ringen die ontstaan wanneer je een steentje in het water gooit. Een leek ziet meteen waar de geluidsbron zit. Het is een heel intuïtief model.”

Geluidsveld van een ventilator uit een pc op de millimeter nauwkeurig in beeld.

Doorbraak
Hoe verklaart Scholte zijn doorbraak, daar waar andere wetenschappers zijn blijven steken? “Sommigen, zoals Earl Williams, dé pionier op het gebied van akoestische holografie, waren ook dicht bij een omwenteling. Het grote verschil met hen is dat ik geluiden puur interpreteer als signalen en minder als akoestiek. Daarmee heb ik een enorme winst weten te pakken. Verder bekijk ik alles zoveel mogelijk praktisch. Alleen waar nodig zoek ik de theoretische verdieping.”

Daarmee doet de promovendus zichzelf iets te kort. Want het heeft toch behoorlijk wat kruim gekost om de juiste afstellingen te vinden voor de meetrobot. Alles is erg nauw verweven; het instellen van ruisfilters, de verwerking van signalen en de meetstand van de robot.

Het veelbelovende onderzoek kreeg in 2007 een Valorisation Grant van technologiestichting STW. Scholtes vinding levert in potentie een aantal interessante toepassingen op. Een goed voorbeeld is de eerder genoemde onderzoeker Williams. Hij doet in de Verenigde Staten geluidsonderzoek in dienst van Naval Research dat heel wat geld heeft klaarliggen voor stillere duikboten.

Scholte heeft eerder, tijdens zijn afstuderen, voor Philips zijn waarde al bewezen. Met steun van TU/e-deeltijdhoogleraar en Philipsbaas prof.dr.ir. Bert Roozen onderzocht hij ventilators, cd-spelers en andere consumentenelektronica. Onder hoge druk wierp hij zich tijdens de kerstvakantie vijf dagen en nachten op een externe dvd-brander. Hij vond de oplossing om het ding stiller te krijgen waarna direct in het nieuwe jaar de productieband in Azië ging rollen. Net op het nippertje. “Er zijn driehonderdduizend stuks gemaakt, er ligt patent op mijn oplossing en ik kreeg een aardig bonusje. Daar heb ik een mountainbike van gekocht.” Lachend: “Nee, ga me niet vragen wat Philips heeft verdiend.”/.

Scholte promoveert vandaag, donderdag 18 december, op zijn proefschrift met de titel ‘Fourier based high-resolution near-field soundimaging’. Dit gebeurt vanaf 16.00 uur in zaal 4 van het Auditorium. Voorafgaand is er een symposium in het Auditorium. Een van de gastsprekers is Earl Williams.