Dit bijzondere geluidsscherm verandert van vorm naar gelang de frequentie van het verkeersgeluid. De staven gaan dichter of minder dicht op elkaar staan, waardoor het scherm geluid wegvangt van de gewenste frequenties.

Geluid van drukke wegen is slecht voor de gezondheid van mensen die in de buurt wonen, zo blijkt steeds weer. Vandaar het belang om dat verkeersgeluid af te schermen of weg te vangen.

De bestaande oplossing daarvoor is het plaatsen van een zwaar, dik geluidsscherm (van metaal of beton). Dat heeft echter als nadeel dat enerzijds geluid eroverheen kan buigen, maar ook dat door terugkaatsing het geluidsniveau op de weg hoog is. Daarnaast vangt een massief geluidsscherm ook veel wind, waardoor de constructie flink wordt belast.
 

Gegolfd oppervlak

Daarom hadden ingenieurs eerder al een geluidsscherm bedacht met een gegolfd oppervlak, dat ervoor zorgt dat een invallende geluidsgolf naar alle kanten – diffuus – wordt weerkaatst. Dat geeft een wat lager geluidsniveau. Dit principe wordt ook in Nederland gebruikt: langs de snelweg A2 bij Eindhoven staan bijvoorbeeld geluidsschermen met pijpen van verschillende dikte, over een lengte van meer dan 4 km (zie foto).
 

Foto Van Campen Bayards


Staven

Maar deze constructie van buizen en pijpen houdt alleen geluid tegen bij bepaalde vaste frequenties. Deze beperking was voor ingenieurs aan de University of Michigan (VS) reden om een alternatief te bedenken. Zij beschrijven in vakblad Journal of Applied Physics (open access) een geluidsscherm dat bestaat uit verticale staven die op commando dichter op elkaar kunnen gaan staan. Het idee is dat je door de periodiciteit te veranderen, kunt beïnvloeden welke frequenties het scherm wegvangt. Dat werkt zo: ‘Als de golflengte van een geluidsgolf ongeveer even lang is als de afstand tussen de staven, dan kaatst die golf terug’, zegt Manoj Thota, promovendus aan de University of Michigan.

 

Driehoekige plaatjes

De Amerikanen beloven dus een lichtgewicht, open geluidsscherm, dat instelbaar is op frequenties om zoveel mogelijk verkeerslawaai terug te kaatsen. Nu is dit op zich al een behoorlijk origineel idee; al even bijzonder is de manier waarop de staven dichter of minder dicht op elkaar komen te staan. De makers hebben de staven geplaatst op een soort tegelvloer van driehoekige aluminium plaatjes. Waar de zijden elkaar raken, zitten ze met stevige plakband – het is nog een prototype in het lab – aan elkaar vast.
 

Origami

‘Als je aan de zijkant een kracht uitoefent, gaan de driehoeken roteren om die raakvlakken en komt de vloer als geheel langzaam een stukje omhoog’, legt Thota uit. Doordat deze origami-vloer van vorm verandert, wijzigt ook de ordening van de staven; dat is goed te zien in onderstaande figuur. Het is een slimme manier om met een enkele actuator in één richting een heel woud aan staven anders te ordenen.

 


Verkeersomstandigheden

Maar waarom is dit bijzondere geluidsscherm instelbaar? Waarom niet een statische constructie met alleen die staven gemaakt? ‘Door de geometrie van deze structuur instelbaar te maken, kan hij zich aanpassen aan verschillende verkeersomstandigheden’, zegt Kon-Well Wang, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de University of Michigan. Zwaardere voertuigen brengen geluid met lagere frequenties voort dan motoren en personenauto’s. Daarnaast brengen auto’s die hard rijden buiten de spits hogere frequenties voort dan wagens die voortsukkelen in een file.

Uit proeven in het lab blijkt dat het instelbare geluidsscherm het geluidsniveau vlakbij de wand verlaagt met 10 decibel (geluidsintensiteit gaat met 90 % omlaag). 'Verkeersgeluid dat je normaal gesproken kunt horen tot op 1,5 km afstand, reikt nu maar tot 500 m', zegt Thota.

De staven van het instelbare schaalmodel in het lab zijn gemaakt van pvc, maar dat kan eigenlijk elke kunststof zijn, zeggen de makers. Thota: ‘Elk hard materiaal is goed; als het maar meer dan honderd keer dichter is dan lucht, want dan kaatsen geluidsgolven ervan terug.’
 

Praktijk

En hoe zou een echt geluidsscherm dan in de praktijk gaan werken? ‘Laat ik vooropstellen dat dit fundamenteel onderzoek is en wij vooral kennis willen opdoen over de voortplanting van geluidsgolven in dit soort zich herhalende structuren’, zegt Thota. ‘Maar we hebben daar natuurlijk wel ideeën over. Je zou het scherm op grofweg twee manieren kunnen aansturen: ofwel met een knop waarmee je handmatig de stand van de staven instelt, ofwel met een systeem dat verkeersgeluid meet en op basis daarvan de staven op de meest optimale manier instelt.’

De resultaten van het onderzoek in het lab zijn veelbelovend, zeggen de onderzoekers. Thota: ‘Ons schaalmodel is instelbaar en kan op die manier naar wens frequenties blokkeren. Maar er is nog veel werk aan de winkel om te komen tot een groot geluidsscherm voor langs de weg.’ Het is daarbij zeer de vraag of het wel handig en haalbaar is om onder de staven een origamistructuur te hebben die elke dag een paar keer van vorm verandert. De ervaring leert dat dit soort machines snel kapotgaan.


Lees meer informatie in dit persbericht op Eurekalert.

 

Beeldmateriaal M. Thota, University of Michigan

Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.