‘Ik hoor je wel, maar ik zie je niet.’ Een zin uit een oud sinterklaasliedje en de omschrijving van een nieuw experiment van onderzoekers van de Zwitserse universiteit ETH Zürich. Ze ontwikkelden een techniek om objecten akoestisch te laten verdwijnen, of juist akoestisch de illusie van objecten op te wekken.
Een concert of een lezing in een grote, moderne hal klinkt heel anders dan in een intiem zaaltje. De manier waarop de geluidsgolven weerkaatsen op muren en objecten bepaalt namelijk de klank. Architecten maken hier gebruik van als ze een concertzaal ontwerpen.
Soms is het nuttig om de klank van een ruimte tijdelijk te veranderen. Bijvoorbeeld als je een intiem concert wilt geven in een deel van een grote hal. Of als je een bepaald gedeelte van een ruimte wilt afschermen van geluid.
Passief en actief akoestisch
Akoestiek manipuleren om bijvoorbeeld de galm van een grote ruimte weg te filteren, is nu al mogelijk met metamaterialen. Dit is een passieve techniek. De muren of objecten moet je aankleden met een materiaal met een bepaalde structuur, waardoor ze geluidsgolven anders (of niet) weerkaatsen.
‘Metamaterialen zijn echter beperkt, omdat voor elke situatie en locatie een nieuw metamateriaal moet worden ontworpen en gebouwd’, zegt Theodor Becker van ETH Zürich. ‘Onze aanpak is veel veelzijdiger.’ De techniek die Becker met collega’s ontwikkelde past zich actief aan aan het aanwezige geluid met microfoons en speakers.
228 microfoons en 36 speakers
De onderzoekers testten hun techniek door een object van twaalf centimeter akoestisch ‘onzichtbaar’ (dus eigenlijk onhoorbaar) te maken. Ook wekten ze akoestisch de illusie van een object van ongeveer die grootte. Voor het experiment installeerden ze een aantal speakers die omgevingsgeluid nabootsten.
De opstelling bestaat verder uit 228 microfoons die dat geluid opvangen en naar de computer sturen. Becker: ‘Op basis daarvan berekent de computer extreem snel – voordat het geluid het object bereikt – de signalen die een groot aantal luidsprekers moeten uitzenden om een object te verbergen of de illusie ervan te creëren.’ De computer stuurt dan 36 speakers aan om een tweede geluid uit te zenden. Dat signaal vervormt het eerste geluid zo dat het de akoestische illusie wekt dat een object er wel of niet is.
Om een object te verbergen zenden de speakers een signaal uit dat het geluid dat van het object weerkaatste opheft. En om de illusie van een object op te wekken, creëren de speakers een signaal dat klinkt als geluidsgolven die weerkaatsen van een object.
‘Als de opstelling neergezet is, kost het ongeveer een uur om een andere illusie te creëren of een ander object te verbergen’, zegt Becker. ‘De techniek werkt voor geluiden in een breed frequentiebereik (meer dan 3,5 octaven) en voor geluiden die uit alle richtingen komen.’
Onzichtbare akoestische muren
‘Actieve ruisonderdrukking wordt nu op grote schaal geïmplementeerd. Met name in koptelefoons’, zegt Emmanuel Friot, van de Franse Aix-Marseille universiteit, die niet bij het onderzoek betrokken was. ‘Dit werkt het beste bij lage frequenties en voor voorspelbaar geluid, zoals motorgeluid. Om een object onzichtbaar te maken moet je de weerkaatste ruis van het object opheffen. Het scheiden van directe ruis van gereflecteerde ruis is zowel een theoretisch als praktisch probleem. Hiervoor worden verschillende methoden onderzocht. Dit nieuwe onderzoek combineert een theoretisch kader met een experimentele opstelling en specialistische hardware. Dat is een vruchtbare benadering voor geluidsbeheersing.’
De techniek werkt nu nog vooral in een tweedimensionaal vlak, vertelt Becker. Onderzoekers van het Center of Immersive Wave Experimentation, die ook bij dit eerste experiment betrokken waren, werken aan een 3D-methode. Dan kan met de techniek bijvoorbeeld een ‘virtuele muur’ opgetrokken worden waar bijna geen geluid doorheen komt. Handig voor kantoortuinen of restaurants.
