Antigeluid tussen Weg en Woonhuis in tuin plaatsen

[Thomas Bredenbeek]

Ik heb een vrijstaande woning waarvan de gevel zich op 15 Meter afstand bevind van een 2x2 provincialeweg waar 70kmph gereden mag worden binnen de bebouwde kom.
 
Ik heb al mijn ramen laten aanpassen naar 50mm dik glas wat een Rw heeft van 51 dB. Alle kozijnen zijn verzwaard met hout-rubber-absorptieplaat-rubber-hout. Deze kozijnen hebben een Rw van 55dB. Mijn huis is gebouwd met 11cn steen - 5cm spouw - 11cm steen. Deze zou een rW van 67dB moeten hebben.
 
De gevelbelasting is 67 dB(A) Lden. 
 
Gezien de ramen, kozijnen en buitenmuur al behoorlijke Rw waarden hebben, maar ik nog steeds 
iets meer geluid ontvang in de 20-125Hz range dan wenselijk, en ik geen dubbelle kozijnen wil instaleren, dacht ik aan antigeluid. Dit schijnt vrij goed te zijn in de lage tonen. Als ik een array van subwoofers (20-250Hz) zou inbouwen in een muurtje tussen mijn huis en de weg, vervolgens de een richt naar de weg toe, en de ander naar het huis toe (eerste woofer als MIC gericht op de weg -> versterker -> fase omdraaien -> tweede woorfer gericht op huis, en dit elke meter herhalen) zou ik dan een behoordlijke winst kunnen halen op de lage tonen ?
 
Lijkt mij hoe meer ik uitdoof voordat deze mijn gevel raakt, hoe minder het binnen waarneembaar is, of zie ik hierin iets over het hoofd ?
 
Heeft iemand al eens eerder hier aangedacht of ervaring mee?
 
Heb een situatie tekening bijgevoed.
 
Alvast bedankt.
 

[Merlion]

Lijkt mij hoe meer ik uitdoof voordat deze mijn gevel raakt, hoe minder het binnen waarneembaar is, of zie ik hierin iets over het hoofd ?

 
Ik denk het wel.
 
- Geluid is een golf en een golf in tegengestelde richting heft deze enkel op, op vaste locaties in de ruimte, afhankelijk van de golflengte en de verhouding van de amplitudes tussen beide. Voor 100Hz is dit ongeveer om de 1,7m.
- Geluid is geen sinus, maar heeft een bandbreedte. Fase draaien werkt slechts voor een enkele frequentie.
- Geluid is ruimtelijk en heeft dus een richting.  
 
Het is daarom dat noise-cancellation veel complexer is als enkel "fase omdraaien" en ook enkel relatief eenvoudig te realiseren is op "een punt" en in "een richting", een koptelefoon bijvoorbeeld.

[317070]

- Geluid is een golf en een golf in tegengestelde richting heft deze enkel op, op vaste locaties in de ruimte, afhankelijk van de golflengte en de verhouding van de amplitudes tussen beide. Voor 100Hz is dit ongeveer om de 1,7m.
- Geluid is geen sinus, maar heeft een bandbreedte. Fase draaien werkt slechts voor een enkele frequentie.

Die twee kloppen niet, lijkt mij. In principe kun je een "straal" geluid wel degelijk volledig en overal oplossen door het "antigeluid" erdoorheen te spelen. Maar het probleem is dat een "straal" geluid niet bestaat. Zoals je zegt, geluid is ruimtelijk en heeft niet eens een echt goede richting (want het diffracteert heel erg snel). Zeker bij een vage bron als een weg is het vrijwel onmogelijk op te lossen.

eerste woofer als MIC gericht op de weg -> versterker -> fase omdraaien

De koptelefoons met anti-geluid voor noise reduction draaien niet zomaar de fase om van hun microfoon (daarvoor zijn zowel microfoon als luidspreker niet nauwkeurig genoeg.) Wat ze wel doen is voorspellen welk geluid ze gaan moeten spelen om de golf die er aan komt te compenseren, en dan met een hele hoop regelkringen voortdurend bijsturen en corrigeren. Daarom dat ze ook beter werken op lage frequenties, want die zijn eenvoudiger te voorspellen.

[Anton_v_U]

Antigeluid is gebaseerd op interferentie van geluidsgolven die dezelfde amplitude en frequentie hebben maar in tegenfase zijn, zodat ze elkaar cancellen. Dat faseverschil is gebaseerd op een looptijdverschil dat resulteert uit het verschil in afstand tussen waarnemer en geluidsbronnen.
 
Neem 2 luidsprekers die op enige afstand van elkaar staan en die een zuivere toon produceren. Op elke positie kun je berekenen of het geluid versterkt is (constructieve interferentie) of verzwakt (destructieve interferentie). Als je één "antigluidsbron" hebt dan is het op sommige plaatsen inderdaad een antigeluidsbron maar op andere plaatsen het tegenovergestelde: een versterker. Bij een hogere frequentie liggen maxima en minima dichter bij elkaar in de ruimte, dus de plaatsen waar in de ruimte het geluid wordt opgeheven is frequentie afhankelijk. 
 
Maar we hebben hier te maken met een complex geluidsveld zoals 317070 opmerkt met in veel bronnen die geluid genereren dat uit veel frequenties bestaat terwijl deze bronnen bewegen. Het is in theorie mogelijk om het volledige geluidsveld bij de muren en ramen te cancellen zodat het binnen stil blijft. Het voorspellende karakter van het systeem is dan denk ik niet of minder nodig als je het oorspronkelijke geluid dichter bij de bron opvangt als dat je het antigeluidsveld uitzendt. Maar iets wat lijkt op jouw tekening zal zeker niet werken. Je hebt in ieder geval meerdere microfoons nodig, een computer en meerdere bronnen van antigeluid.

[Merlion]

Die twee kloppen niet, lijkt mij. In principe kun je een "straal" geluid wel degelijk volledig en overal oplossen door het "antigeluid" erdoorheen te spelen. Maar het probleem is dat een "straal" geluid niet bestaat. Zoals je zegt, geluid is ruimtelijk en heeft niet eens een echt goede richting (want het diffracteert heel erg snel). Zeker bij een vage bron als een weg is het vrijwel onmogelijk op te lossen.
 

 
Hiermee lijk je mijn eerdere post eerder te bevestigen dan tegen te spreken. De TS wil de luidspreker in de muur plaatsen "naar de weg toe" en dan kan er m.i. nooit sprake zijn van opheffen van geluid omdat die golven zich gewoon in tegenovergestelde richting verplaatsen. En zoals je zelfs zegt is een anti-geluidsbron in de richting van een verplaatsbare ongewenste lawaaibron vanwege de ruimtelijke aard niet praktisch te realiseren in een dergelijk groot volume, i.i.g. heel complex, en al zeker geen "fase-daaiing".
 
 

1) Op elke positie kun je berekenen of het geluid versterkt is (constructieve interferentie) of verzwakt (destructieve interferentie). Als je één "antigluidsbron" hebt dan is het op sommige plaatsen inderdaad een antigeluidsbron maar op andere plaatsen het tegenovergestelde: een versterker. Bij een hogere frequentie liggen maxima en minima dichter bij elkaar in de ruimte, dus de plaatsen waar in de ruimte het geluid wordt opgeheven is frequentie afhankelijk. 
 
2) Het is in theorie mogelijk om het volledige geluidsveld bij de muren en ramen te cancellen zodat het binnen stil blijft. 

 
1) en 2) lijken mij tegenstrijdig. Stilte aan het raam betekent m.i. nog altijd geen stilte in het midden van de kamer. 
 
 
 
 
 

[Anton_v_U]

 
1) en 2) lijken mij tegenstrijdig. Stilte aan het raam betekent m.i. nog altijd geen stilte in het midden van de kamer. 

 
Hoe komt het geluid in de kamer?

[Merlion]

 
Hoe komt het geluid in de kamer?

 
Via luchtdeeltjes die bewegen of trillen en dus tegen elkaar aanduwen.
 
Het is m.i. echter niet zo dat als de deeltjes aan het raam niet meer trillen dat dit ook zo is in het midden van de kamer. Dit is het principe van een staande golf, hier niet veroorzaakt door reflectie maar door het produceren van anti-geluid.

[Anton_v_U]

 
Het is m.i. echter niet zo dat als de deeltjes aan het raam niet meer trillen dat dit ook zo is in het midden van de kamer. Dit is het principe van een staande golf, hier niet veroorzaakt door reflectie maar door het produceren van anti-geluid.

 
Ik weet het allemaal niet zo precies   
 
Waarom is het niet zo dat door het antigeluid (voor iedere frequentie) een knoop ontstaat bij het raam en dat dit alleen kan optreden als er volledige reflectie is aan het raam wat zou betekenen dat er geen energie de kamer in kan dringen? Dat is het beeld dat ik er bij heb, meer gevoelsmatig dan echt onderbouwd dus dat kan best wel eens helemaal fout zijn. Is er iemand die dit weet?

[Benm]

Het zou in principe wel kunnen, maar is extreem complex te realiseren.

Wat je feitelijk zou moeten doen is microfoons plaatsen aan de rand van de tuin, en speakers in de tuin vlakbij het huis (of in de muur, of wellicht zelfs binnen). Vervolgens moet je de technologie hebben om realtime uit te rekenen welk antigeluid benodigd is uit de speakers om dat van het verkeer te cancellen. Als de afstand tussen microfoons en speakers 3 meter is heb je grofweg 10 milliseconden om dit te berekenen voor een variabel geluid. In die 10 milliseconden zit ook nog de vertraging van je ADC en DAC inbegrepen, evenals de tijd die het electrische signaal er over doet (2/3 lichtsnelheid, verwaarloosbaar).

Voor volledige cancelling is het nodig meerdere microfoons en speakers te gebruiken en is het rekenwerk extreem complex. Ik betwijfel of het met de snelst verkrijgbare consumentencomputer en maatwerk software haalbaar is.

Wat wellicht wel kan is een simpelere benadering waarbij je geen rekening houdt met de richting van het geluid. Dan heb je alleen een frequentie-afhankelijke fasedraaing nodig, en dat is op een simpele pc haalbaar. Volledig cancellen zal het dan niet, maar je zou er wellicht best een paar dB mee kunnen winnen.

[Thomas Bredenbeek]

Dank voor alle reacties,

Wat interessant is, is inderdaad het stuk als het bij de muur uitgedoofd is (of tenminste verzwakt) komen deze geluidsgolven dan nog binnen. Dus zowel het antigeluid als brongeluid. Dan zou je volgens mij in het midden van de kamer weer wat kunnen horen, of zelfs versterkt. Vraag is alleen als het op de "buitenmuur" uitgedoofd is, de transmissie dan ook stopt.... 

Uit de reacties valt wel gelijk te lezen, dat simpel de fase's omdraaien niet werkt. Ook wordt er gezegd dat dit mede komt omdat de microfoon niet precies genoeg is. 

Hier had ik aangedacht, en dat was eigenlijk de reden waarom ik het zelfde type subwoofer ook als microfoon gebruik, en als speaker. Dit om te zorgen dat als de golf door de microfoon anders omgezet wordt in signaal, de speaker woofer deze zelfde "fout" weer corigeerd als deze geluid produceert. (de speakers hebben de zelfde afwijking). Waarschijnlijk ook te simpel bedacht

Wat Benn zegt over de cancelling mbt software, Mijn geluk is dat ik C/C++/ASM programmeur ben, dus dat is technisch wel haalbaar voor mij. Echter hoeveel rekenkracht nodig is en of dit in een normaal formaat aan hardware gebouwd kan worden, zal ik moeten berekenen. Ook is die 10 ms een uitdaging, waardoor de talen C/ASM bijna als enige oplossing over zijn, indien ik de rekenkracht van de computer zo laag mogelijk wil houden.

De bedoeling is dat ik elke meter een microfoon plaats. elke meter wordt ook voorzien van een woofer die dan op de gevel gericht staat. Ik weet niet of dit een voldoende aantal microfoons zijn.

Een vraagje voor Benn.

Jij zegt dat de simpelere benadering een aantal dB's afneemt. Indien ik de volledige cancelling probeer te behalen, wat is praktisch haalbaar, of al behaald? 50%?

Bedankt

 

[jkien]

Stel dat de volgende vrijstaande woning tien meter verderop staat, dan zouden de subwoofers wel nadelig zijn voor de relatie met je buren.

 

[Benm]

Het is lastig te zeggen, ook omdat die weg relatief dichtbij ligt. Een speaker die het geluid cancelt op het raam van de woonkamer maakt het probleem in de slaapkamer boven mogelijk erger.

Voor anti-geluid is het het beste als je speaker in een directe lijn staat met de geluidsbron, waardoor het geluid op -alle- plaatsen achter de speaker wordt gecancelled. Voor het raam beneden is dat redelijk het geval, maar boven wordt het lastig. De hoe is daar te groot als je de speaker op je eigen erf en redelijk dicht bij de grond wilt plaatsen.

Ander probleem is dat autos rijden, en het geluid niet altijd recht van voren komt. Dat geeft een beetje dezelfde situatie als het raam boven, al zou het deels op te lossen zijn door meerdere microfoons en speakers toe te passen. Ik vrees alleen dat je weinig tuin gaat overhouden.

[Michel Uphoff]

Rond Schiphol is een tijd geleden geëxperimenteerd met antigeluid, dat liep voor zover mij bekend op niets uit.  Daar zijn er tests gedaan met lokaal antigeluid (in de slaapkamers), daar moet voldoende informatie over te vinden zijn. Het was veel te complex, en het antigeluid werkte maar in een zeer klein gebied (bij mensen die in bed niet bewogen). De geluidsreductie was daarnaast zeer bescheiden, en op sommige plekken in de kamer was het geluid juist sterker door constructieve interferentie.
 
Ook in propellervliegtuigen (o.a. van Saab) werd antigeluid toegepast. Omdat de geluidsbron niet bewoog tov de waarnemer en de frequentie van het geluid (propellerbladen maal toerental) zeer goed voorspelbaar was, werkte dit redelijk succesvol. Er zijn direct boven de hoofden van de passagiers speakertjes gemonteerd, die precies bij het hoofd aardig wat db's elimineren. Maar in het gangpad bleek het geluid dubbel zo sterk.
 
Het gebied waarbinnen antigeluid goed werkt blijkt dus zeer klein te zijn. Daarom werken oplossingen als de Bose QuietComfort wel goed. In zo'n piepklein gebied als een oordopje is effectief antigeluid goed mogelijk.
 
Een heel stuk provinciale weg met antigeluid bestrijden is m.i. geen haalbaar doel. Wellicht dat een lokale antigeluidsbron (in de kamer) wat uit zou kunnen halen, maar dan dus slechts binnen een zeer beperkt gebied.

[Benm]

Dat is inderdaad wel een beetje het punt. Het geluid van bewegende vliegtuigen tegengaan is uiterst complex - het veranderd van richting in 3 dimensies, wat compensatie met een beperkt aantal microfoon-speaker combinaties al bemoeilijkt.

IN een vliegtuig is de situatie fundamenteel anders gezien het geluid daar uit een constante richting komt. Zeker als je kunt werken met oortelefoons is het resultaat dat indrukwekkend, in de orde van 10 tot 20 dB onderdrukking zolang je blijft zitten waar je zit. Bovendien helpt het dat mensen meestal geruime tijd met verminderd gehoor in een vliegtuig zitten door de drukverandering, al is het nadeel wel dat andere passagiers de boel bij elkaar schreeuwen omdat ze zichzelf amper horen

[Merlion]

IN een vliegtuig is de situatie fundamenteel anders gezien het geluid daar uit een constante richting komt. Zeker als je kunt werken met oortelefoons is het resultaat dat indrukwekkend, in de orde van 10 tot 20 dB onderdrukking zolang je blijft zitten waar je zit. 

Ik denk dat zoiets veel makkelijker gaat met dempingsmateriaal, niet alleen werkt dat overal, het kost ook veel minder en gaat bovendien niet kapot. Ik stond ervan versteld hoe stil dat toestel wel was, toen ik de eerste keer in een A380 vloog.