Isolatie: akoestisch

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Isolatie: akoestisch
250px
Eigenschappen
Categorie: Producteigenschappen en -functies
Originele auteur: Robert Pogarell en Zoë de Ruiter
Jaar: 2011
Wikipedia link: Soundproofing

Inhoud

Inleiding

Personen en producten kunnen geluidsbronnen zijn. Een geluidsbron straalt geluidsgolven uit. De geluidsgolven bengen ons trommelvlies aan het trillen. Zo horen wij het geluid. De murgen, de vloer en het plafond van een ruimte gaan ook trillen. Zo wordt het geluid doorgegeven naar andere ruimtes. De buitenkant van een product kan de trillingen ook doorgeven.

Geluid is een kleine verandering in de luchtdruk die zich als een geluidsgolf door lucht voortbeweegd. De twee hoofdkenmerken van geluid zijn geluidssterkte en toonhoogte. Het geluidsniveau wordt uitgedrukt in decibel. De toonhoogte wordt bepaald door de frequentie. De frequentie wordt uitgedrukt in Hertz. Een mens kan frequenties horen van circa 20 Hz tot bijna 20.000 Hz.

Geluid is op te delen in twee soorten: luchtgeluid en contactgeluid. Luchtgeluid is geluid dat direct door de bron zelf wordt uitgestraald, zoals een radio en een TV. Contactgeluid ontstaat als een geluidsbron rechtstreeks constructie-onderdelen aan het trillen brengt.

Luchtgeluid:

Luchtgeluid.png

Contactgeluid:

Contactgeluid.png

Geluid kan goed of slecht zijn. Geluid is goed als het een functie heeft. Bijvoorbeeld de toetsen van een laptop: het geluid geeft feedback dat de toetsen zijn ingedrukt. Een ander voorbeeld is een autodeur. Als je de deur niet dicht hoort gaan, dan weet je niet zeker of de deur dicht is. Geluid is slecht als het product onnodig te veel geluid produceerd. Hier is dan sprake van geluidsoverlast.

Beschrijving en eigenschappen

In productontwerpen is het natuurlijk belangrijk dat een product niet te veel geluid produceerd. Dit kan natuurlijk door producten goed te isoleren, maar wat niet vergeten moet worden is geluid voorkomen. Dit heet geluidsarm ontwerpen.

Geluidsarm ontwerpen

Geluidsarm ontwerpen is zeer belangrijk voor Industrieel Ontwerpers. Dit betekend geluidsoverlast voorkomen in plaats van oplossen. Dit kan met behulp van ontwikkeling van nieuwe technologie. Een oorzaken van geluid is wrijving in een product: hoe minder wrijving, hoe minder geluid het product produceerd. Wat ook vaak gebeurd, is dat een product toevallig stiller wordt. In dit geval is het zo dat een product vernieuwd wordt om bijvoorbeeld efficiënter te werken. Hierbij kan voorkomen dat het product dan ook stiller wordt.

Geluidsisolatie

Er zijn meerdere mogelijkheiden om geluidsisolatie te bereiken: Passief (Absorptie, demping, blokkering en reflectie) en actief (active noise cancellation).

  • Absorptie: Bij geluidsabsorptie wordt meestal geluidsenergie omgezet in warmte. Dit gebeurt meestal met behulp van een geluidsabsorberend materiaal zoals melamine foam. De geluidsgolven gaan in het materiaal en verspreiden. Melamine foam heeft een lage dichtheid en er zit veel lucht in het materiaal. De kinetische energie van de geluidsgolven veroorzaakt wrijving tussen de luchtmoleculen en vervolgens warmte.
  • Demping: Bij demping wordt vaak ook gebruik van absorptie gemaakt. Een geluid kan ook door middel van diffusie gedempt worden. Bij diffusie worden golven binnen een ruimte verspreid en weer reflecteerd. De gereflecteerde golven botsen weer tegen elkaar en raken daardoor energie kwijt (interferentie).
  • Blokkeren (Reflectie): Als een geluid geblokkeerd wordt, worden de geluidsgolven vaak alleen maar gereflecteerd. Het grootste deel van het geluid wordt daarbij geblokkeerd, maar een klein deel gaat nog steeds door.
  • Active Noise Cancellation (ANC): ANC is een nieuwe technologie die gebruik maakt van een microfoon en een luidspreker. Een omgevingsgeluid (meestal met een monotone frequentie) wordt m.b.v het microfoon opgenomen. Het geluid wordt daarna analyseerd en vervolgens wordt door de luidspreker een “tegen-geluid” (het zelfde geluid maar met inverse frequentie) uitgegeven. Door de combinatie van het omgevingsgeluid en het “tegen-geluid” ontstaat een destructieve interferentie, waardoor het omgevingsgeluid verdwijnt of erg verzwakt wordt.

Toepassingen

Toepassingen van geluidsarm ontwerpen

  • Printer: Door een nieuwe manier van printen is de printer stiller geworden. Eerst was de letterwielprinter en nu heb je de Inkjet-printer of de Laserprinter. Bij deze laatste twee is het niet dat per letter geprint wordt. Door een totaal andere techniek, die ook sneller is, is de printer een stuk stiller geworden.
  • Hard disk drives: In plaats van een hard disk drive kan in een computer ook een Solid-state Drive zitten. Deze is een stuk stiller omdat hij geen draaiende drive heeft.
  • Vliegtuigmotor: De vliegtuigmotor is een voorbeeld van een nieuwe motor die per toeval stiller was. Er werd onderzoek gedaan naar een efficiëntere motor en per toeval werd ontdekt dat de nieuwe motor ook een stuk stiller was.
  • Productie van spijkers:Vroeger maakte de productie van spijkers veel geluid. Draad werd in stukken geknipt en de kop werd erop geslagen met een hamer. Een nieuwe productiemethode zorgde ervoor dat dit proces veel stiller werd. In plaats van de kop erop slaan werd de kop nu gevormd door rollende beweging: een beweging die veel minder geluid maakt.
  • Ventilatoren: Een ventilator zorgt voor schone lucht, maar moet niet te veel geluid produceren. Dit kan door een stille elektromotor. De originele elektromotor werkt met koolborstels. Behalve dat deze borstels slijten, maken ze ook geluid. De oplossing hiervoor is de Hall-sensor. Deze heeft geen aanraking(en dus geen wrijving) en is dus een stuk stiller.
  • Simulatie voor ontwerpers:
    • Boundary-element method (BEM)
    • Statistical energy analysis (SEA)

Deze methode en analyse techniek zijn voor ontwerpers die willen simuleren hoe een product geluid gaat produceren. Zo kan ook worden bekeken hoeveel geluid het product gaat voortbrengen. Deze technieken zijn vooral handig voor gespecialeerde ontwerpers.

Toepassingen van geluidsisolatie

  • Melamine foam (of andere foams):
    • Verbetering van geluidskwaliteit binnen een ruimte (b.v. muziekstudio).
    • Absorptie van productgeluid (b.v. computer-cases)
    • Acoustic panels
  • Demping:
    • Uitlaat van auto’s
  • Blokkering:
    • Geluidsschermen bij de snelweg
  • ANC:
    • Noise cancelling headphones (1-dimensionaal)
    • Auto's b.v. GMC Terrain (3-dimensionaal)
    • Vliegtuig cockpits (3-dimensionaal)

Voordelen

Foams

  • Licht door lage dichtheid
  • Grote flexibiliteit (breed toepasbaar)
  • Slecht brandbaar
  • Hoge geluidsabsorptie capaciteit
  • Hoge en medium frequenties worden goed absorbeerd

Demping

  • Werkt goed
  • Ook zonder foam of speciaal materiaal te realiseren

Blokkering

  • Makkelijk te realiseren (elk materiaal dat goed reflecteerd kan dus ook goed blokkeren)

ANC 1-dimensionaal

  • Goed te realiseeren
  • Werkt ook goed voor geluid met lage frequenties
  • Geluid kan geselecteerd geblockt worden

ANC 3-dimensionaal

  • Minder last van b.v. motorgeluid in een auto

In het algemeen is geluidsisolatie, demping en blokkering altijd goed, omdat ongewenst geluid vaak een oorzaak voor stress , slechte concentratie en slechte communicatie is.

Nadelen

Foams

  • Geluid met lage frequentie kan niet absorbeed worden

ANC 1-dimensionaal

  • Extra stroom nodig
  • Werkt niet zo goed als omgevingsgeluid niet monotoon is

ANC 3-dimensionaal

  • Nog steeds in ontwikkeling, werkt dus nog niet heel goed
  • Kwaliteit sterk afhankelijk van positie, aantal, en beweging van personen binnen een ruimte

In het algemeen zijn geluidsisolatie, demping en blokkering vaak met extra kosten, materialen en bepaalde beperkingen gekoppeld.

Milieuaspecten

Producten die veel geluid maken zijn slecht voor het milieu. Geluidsarm ontwerpen is dus positief voor het milieu. Als een auto minder geluid maakt, hebben bijvoorbeeld dieren daar minder last van.

Foams zijn (vaak) niet biologisch afbreekbaar, deze zijn dus slecht voor het milieu.

Leveranciers en kenniscentra

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen