TECHNIEK
Cool and Comfort 75 – november 2017

Focus op psychoakoestiek

Hoe moet een ventilator klinken?

Ons gehoor werkt constant en zonder pauze, zodat onze oren 24 uur per dag geluiden kunnen ontvangen. Ongeveer 15.000 haarcellen in het binnenoor vangen de golven van elk geluid op, maken er signalen van en sturen deze naar de hersenen, waar ze worden verwerkt. Hier begint de psychoakoestiek als onderdeel van de psychofysica. Psychoakoestiek is de wetenschap die zich bezighoudt met hoe mensen bepaalde geluiden waarnemen. Het gaat hier met name om de relatie tussen subjectieve waarneming (psychologie) en de objectieve natuurkundige aspecten (akoestiek) van een klank. Oftewel: waarom ervaren we het ene geluid als aangenaam en het andere geluid als onaangenaam? Als fabrikant van ventilatoren, waarbij geluid een essentieel aspect is, moet ebm-papst dus ook focussen op de psychoakoestiek bij het ontwikkelen van ventilatoren.

Als een geluid ons negatief beïnvloedt, bijvoorbeeld als het ons stoort, noemen wij dit geluidsoverlast. Of dit ook daadwerkelijk het geval is, hangt af van vele factoren (afbeelding 1). Onder andere speelt de situatie waarin iemand zich bevindt een rol, evenals volume en het soort geluid. Hetzelfde geldt voor ventilatoren. Afhankelijk van waar de ventilator wordt gebruikt, dient deze aan verschillende eisen te voldoen. Bijvoorbeeld, als ventilatoren bij een warmtewisselaar in een koelinstallatie worden gebruikt, waar mensen weinig tijd doorbrengen, is het volume of het geluid minder relevant. Maar gaat het om ventilatie en airconditioning in woon- en werkruimten, dan worden er andere geluidseisen gesteld. Dat betekent echter niet dat alle ventilatoren geluidloos moeten werken. In veel toepassingen dient het ventilatorgeluid ook als een controlefunctie; een typisch voorbeeld hiervan is een afzuigkap in een keuken.

Geluidsspectrum van een ventilator

Het geluid van een ventilator is vaak doorslaggevend bij het bepalen van de juiste ventilator. Naast luchtprestatie, is ook geluid namelijk steeds belangrijker. Het geluidsspectrum van een ventilator bevat in het algemeen tonale- en breedbandcomponenten. De manieren waarop deze ontstaan is totaal verschillend. De meeste tonale componenten vloeien voort uit de interactie van de roterende waaier met storingen in de aangrenzende luchtstroom, die door motorophanging, geleidingsbladen, asymmetrische instroom, … worden veroorzaakt. Ze zijn dus afhankelijk van de inbouwsituatie van de ventilator. Vaak kunnen ze worden verminderd, of zelfs voorkomen, door de plaatsing van de waaier te verbeteren. In tegenstelling tot de tonale componenten, worden de meeste breedband-geluidscomponenten veroorzaakt door onvermijdelijke turbulentie van instroming en specifieke stroming rond de bladen. De breedbandcomponenten bepalen de basis van het geluidsspectrum. Hier heeft ebm-papst reeds veel vooruitgang geboekt en zijn er dus al veel manieren voor geluidsreductie bij ventilatoren bekend. Zoals het gebruik van aerodynamisch geoptimaliseerde waaiers, winglets, diffusers en luchinlaatroosters die het geluidsvermogen en geluidsniveau van ventilatoren aanzienlijk verminderd. Afbeelding 2 toont een voorbeeld van de aanzienlijke geluidsreductie die kan worden bereikt door gebruik te maken van de FlowGrid (luchtinlaatrooster) en de AxiTop (diffuser).

Een daling van slechts een aantal decibel in het geluidsniveau betekent al dat een ventilator veel stiller is. Echter, het geluidsniveau zegt niets over het aangenaam of onaangenaam ervaren van dit geluid. Bijvoorbeeld, een trompet en graafmachine op een bouwplaats hebben ongeveer hetzelfde geluidsniveau, maar onze psychoakoestische beoordeling is totaal anders. Afbeelding 3 toont een ander voorbeeld: in dit geval zijn de geluidsspectra (de twee curven) verschillend, maar hun totale niveau is (bijna) gelijk: 69,7 dB (A). Men zou eventueel op basis van het hogere laagfrequente aandeel van het blauwe spectrum (muziek), kunnen vermoeden dat dit geluid storender is. Maar het menselijke gehoor beoordeelt de geluiden echter heel anders.

Stil is niet genoeg

Voor een subjectieve beoordeling van geluiden, is het bijvoorbeeld belangrijk hoe ‘ruw’ of ‘scherp’ de geluiden waargenomen worden. Zulke percepties kunnen ontstaan wanneer een signaal door verandering van de frequentie of amplitude een afwijkende geluidsvorm krijgt. Veel geluiden bevatten ook tonale componenten die erg storend kunnen zijn. Maar hoe storend dit wordt ervaren, verschilt van persoon tot persoon, wat de beoordeling nog lastiger maakt.

De motor- en ventilatorspecialist ebm-papst Mulfingen gaat een stap verder door dit aspect van psychoakoestiek mee te nemen in het ontwikkelproces. Het bedrijf wil immers dat de stille GreenTech EC-ventilatoren een aangenaam geluid hebben. Voor de ontwikkelaars zou een waardevol langetermijndoel een fabrikant-onafhankelijke norm voor dit lastige aspect zijn, zoals deze er ook is voor de regelgeving over geluidsbescherming. Zelfs wanneer het geluid voldoet aan de Duitse Technische Richtlijnen voor geluidsbescherming (TA Lärm), kan bijvoorbeeld een warmtepomp die buiten opgesteld staat, de buren overlast bezorgen doordat deze een storend brommend geluid maakt. Met ventilatoren die zijn geoptimaliseerd aan de hand van psychoakoestische criteria, ben je hiermee aan de veilige kant.

De zoektocht naar plezierig klinkende ventilatoren

Om testen uit te voeren, heeft ebm-papst een zogenoemd psychoakoestische testkamer gecreëerd; de “AudiMax” (afbeelding 4). Dat is een geluidsdichte kamer met plaats voor acht proefpersonen, die luisteren naar het geluid van een ventilator in verschillende configuraties. Daarna worden de proefpersonen ondervraagd om een wetenschappelijk onderlegde database aan te leggen, gebaseerd op de volgende psychoakoestische parameters: hoe luid een geluid is (eenheid: sone), hoe scherp een geluid is (eenheid: acum), wat de toonhoogte van een geluid is (eenheid: mel), wat de mate van ruwheid van een geluid is (eenheid: asper) en hoe sterk de fluctuatie van een geluid is (eenheid: vacil). Andere belangrijke kenmerken zijn tonaliteit en impulsiviteit. Die worden eerst met microfoons gemeten (afbeelding 5) en daarna vergeleken met opmerkingen van de proefpersonen.

De bevindingen van de proefpersonen worden geanalyseerd met statistische en psychologische methoden. De resultaten worden gebruikt in de productontwikkeling; ze maken het mogelijk om vast te stellen welke maatregelen effectief zijn om de geluidsoverlast die door ventilatoren wordt veroorzaakt te verminderen en welke niet. Het uiteindelijke doel is een ventilator te ontwikkelen die zo aangenaam mogelijk wordt ervaren door zoveel mogelijk proefpersonen. De “AudiMax” levert dus een bijdrage aan de verdere verfijning van onze GreenTech EC technologie. Het reduceren van de geluidsbelasting is een belangrijk ontwikkelingsdoel vanuit een ecologisch perspectief, omdat geluid ook een vorm van vervuiling is. Irritant geluid tast de kwaliteit van het leven aan en kan in het ergste geval zelfs tot ziekte leiden.

Door Rob Peeters (productmanager ebm-papst Benelux B.V.) en Denise van Roosmalen (marketing en communicatie bij ebm-papst Benelux B.V.)