Het karakteristieke geluid van de kolibrie ontrafeld

De kolibrie staat bekend om zijn lage en prettige ‘hum’-toon, een geluid dat voortkomt uit zijn snelle vleugelslag tot wel 40 slagen per seconde. Maar hóe de vleugel dat kenmerkende geluid maakt, is nu pas opgehelderd. Onderzoekers van de TU Eindhoven, TU/e-spin-off bedrijf Sorama en Stanford University observeerden de vogel daarvoor minutieus met 12 hogesnelheidscamera’s, 6 drukplaten en 2176 microfoons. Wat blijkt? De zachte en complexe vleugels van een kolibrie maken op dezelfde manier geluid als simpelere vleugels van insecten doen. De nieuwe inzichten kunnen bijdragen aan het stiller maken van apparaten als ventilatoren en drones.

Het team van ingenieurs is er daarmee in geslaagd om voor het eerst bij een vliegend dier de precieze oorsprong van het vleugelgeluid te achterhalen. Het vleugelgeluid van een kolibrie blijkt namelijk te ontstaan door het drukverschil tussen de boven- en onderkant van de vleugels, dat in grootte en oriëntatie varieert als de vleugel op en neer slaat. Deze drukverschillen zijn essentieel voor de kolibrie, omdat ze de netto aerodynamische kracht leveren waarmee de vogel opstijgt en stil in de lucht kan hangen.

In tegenstelling tot andere vogelsoorten, wekt de kolibrievleugel zowel tijdens de opwaartse vleugelslag, als tijdens de neerwaartse vleugelslag een sterke aerodynamische kracht naar boven op. Dus twee keer per slag. De opwaartse lift blijkt nu de grootste bijdrage te leveren aan het hum-geluid van de kolibrie. 

Hoogleraar David Lentink van Stanford University: “Daarom maken vogels en insecten zoveel verschillende geluiden. Muggen zoemen, bijen brommen, kolibries hummen en grotere vogels whoosen. De meeste vogels zijn relatief stil omdat ze maar één keer, bij de neerwaartse vleugelslag, de meeste lift genereren. Kolibries en insecten zijn luidruchtiger omdat ze dat twee keer per vleugelslag doen.”

Die resultaten brachten de onderzoekers samen in een 3D-geluidsmodel van vogel- en insectenvleugels. Het geeft biologisch inzicht in hoe vleugels geluid maken en voorspelt ook hoe de aerodynamische prestaties van een flappende vleugel het geluid zijn volume en ‘kleur’ geeft. “Het kenmerkende geluid van de kolibrie wordt als prettig ervaren door de vele ‘boventonen’ die ontstaan vanwege het variëren van de aerodynamische krachten op de vleugel. De kolibrievleugel is daarom vergelijkbaar met een heel mooi gestemd muziekinstrument”, licht Lentink glimlachend toe.

Hoewel het niet de focus van dit onderzoek was, kan de opgedane kennis ook vliegtuigen, drones en ventilatoren van laptops en stofzuigers verbeteren. Als je namelijk weet hoe de complexe aerodynamische krachten van een dier geluid produceren, dan kun je die kennis gebruiken om vliegende of bewegende apparaten die complexe krachten genereren, stiller te maken.

Dat is dan ook precies wat Sorama beoogt: “Wij maken geluid zichtbaar om apparaten geluidsarmer te kunnen maken. Geluidsvervuiling wordt een steeds groter probleem. En alleen een decibelmeter gaat dat niet oplossen. Je moet weten waar het geluid vandaan komt en hoe het wordt geproduceerd, om het weg te kunnen nemen. Daar zijn onze geluidscamera’s voor. Dit onderzoek naar de kolibrievleugel geeft ons een compleet nieuw en zeer accuraat model als uitgangspunt, om nóg beter ons werk te kunnen doen”, concludeert Scholte.

Bron: TU Eindhoven