Lot (18) en Isis (17), twee eindexamenkandidaten VWO die als profielwerkstuk een akoestische versterker voor de iPhone ontwierpen. En met succes, want hun idee bleek zo goed dat ze er uiteindelijk de KNAW Onderwijsprijs mee wonnen. De twee eindexamenkandidaten doen hun verhaal erover

1) Als profielwerkstuk ontwierpen jullie een akoestische versterker. Best een bijzondere keuze! Hoe kwamen jullie zo op dat idee?

Isis: Lot en ik hadden erg veel moeite om een onderwerp te kiezen. We wilden graag iets kiezen waar we niet onze interesse in zouden verliezen, aangezien je er toch iets meer dan een half jaar mee bezig bent. We waren allebei van mening dat we graag iets wilden gaan maken. We wilden graag een tastbaar resultaat hebben.

Lot: We wilden dus naast een geschreven werkstuk een tastbaar product maken. Ook wisten we dat we het PWS voor het vak natuurkunde gingen maken. Op een gegeven moment dachten we tijdens het brainstormen aan geluid uit een iPhone. We vroegen ons af of je dat eigenlijk ook op andere manieren kon versterken dan met een speaker/box. Van het fenomeen akoestisch versterken wisten we toen nog vrij weinig.

2) Welke bronnen hebben jullie geraadpleegd en van wie hebben jullie allemaal hulp gehad?

Isis: We wilden graag veel variëteit hebben in onze bronnen en niet alles van het internet halen. We zijn dus meteen naar de bieb gegaan en hebben daar vervolgens zoveel mogelijk boeken meegenomen die ons handig leken. Daarna gingen we op internet kijken, dit was nog eens een tegenvaller. Over de basis-informatie is heel veel te vinden, maar we konden nergens een antwoord vinden op de vraag waarom een hoorn geluid versterkt. Wat ons wel opviel tijdens het googelen (?) naar bronnen, was één specifieke akoestische versterker. Deze wordt verkocht voor 99euro en het leek ons leuk om dit bedrijf te interviewen, misschien konden zij ons meer vertellen over de versterkende functie van een hoorn.

Lot: Het langsgaan bij dit bedrijf viel een beetje tegen: de versterker was een fraai product, maar er is bijna alleen maar gekeken naar het design en niet naar de natuurkundige principes voor een zo hard mogelijke versterking. Echter, dit maakte ons wel extra benieuwd en gemotiveerd om zelf achter de “ultieme vorm” voor een akoestische versterker te komen. Verder hebben we contact opgenomen met Philips Sound Benelux, waaraan we wat specifieke complexe vragen hebben kunnen stellen. Ook zijn we geholpen door mijn opa, die een natuurkundige is.

3) Hebben jullie de versterker ook zelf 3D-geprint? Vanwaar die keuze?

Isis & Lot: Ja, we hebben de versterker 3D laten printen. We hadden van tevoren wel een prototype iPhone-houder gemaakt van karton en Duck tape om daar onze experimenten mee te doen. Voor het uiteindelijke product wilden we natuurlijk wel iets mooiers hebben. We hebben nog gekeken naar welk materiaal het beste zou zijn voor het geluid, maar hier kwam vooral uit dat het materiaal niet gelui-absorberend moest zijn, wat vrij logisch is. We hebben toen gekozen voor 3D-printen, omdat we dan zeer nauwkeurig te werk konden gaan. In een excel sheet hadden we met een formule alle maten voor onze hoorn tot op de millimeter berekend. Bij het 3D-printen konden we exact deze maten in de 3D-tekening zetten. Daarnaast hadden we het geluk dat we een 3D-printer tot onze beschikking hadden, namelijk via het bedrijf van de vader van Lot.

4) Kunnen jullie uitgebreid vertellen over hoe het ontwerpproces in zijn werk ging? Waar moest je rekening mee houden? Was het moeilijk een werkende versterker te ontwikkelen?

Isis: Toen we aan dit werkstuk begonnen, wisten we niet wat we uiteindelijk zouden hebben. Wel trokken vrij snel al de conclusie dat het waarschijnlijk een vorm moest zijn die van smal naar breed moest gaan, oftewel: hoornvormig. We zagen overeenkomsten tussen de trompet, de tuba, de saxofoon en ook de grammofoon van vroeger. Vervolgens zijn we begonnen met experimenteren, door 25 conussen te testen van verschillende lengtes en breedtes. Hieruit kwam de conclusie dat een lengte van 25 cm het beste zou zijn. Hoewel we weten dat hoe langer de hoorn, hoe beter, kunnen we toch concluderen dat in ons geval 25 cm een toepasselijke lengte was. Langer is wel beter, maar maakt geen wereld van verschil. Daarnaast is een hoorn van 3 meter niet erg realistisch om te maken. We moesten sowieso rekening houden met het feit dat de 3D-printer vrij klein was.

Lot: Al vrij snel wisten we dat een exponentiële hoorn, of een soortgelijke vorm, beter geluid versterkt dan een conische hoorn. Maar hoezo eigenlijk überhaupt een hoorn? Hoezo versterkt een hoorn eigenlijk geluid? Hoe kan het dat het volume toeneemt, terwijl er geen energie wordt toegevoegd? Na veel literatuur onderzoek en het raadplegen van andere bronnen konden we deze vraag beantwoorden. Wat blijkt: er wordt geen energie toegevoegd, maar dankzij de hoorn gaat er minder energie verloren. Door het kleine oppervlak aan de keel van de hoorn kan de luidspreker van de iPhone beter functioneren, doordat het kleine oppervlak een grotere weerstand biedt voor de luidspreker. Door de grotere weerstand (in natuurkunde taal: impedantie) kan de luidspreker meer kracht kwijt, waardoor er een harder geluid kan worden overgedragen aan de lucht. Denk maar aan het feit dat je meer kracht kwijt kunt wanneer je tegen bijvoorbeeld een voetbal slaat, dan wanneer je tegen een pingpongbal slaat.

akoestische versterkerToen we deze zaken eindelijk helder hadden, konden we beginnen met het ontwerpen van onze hoorn. Hiervoor namen we een lengte van 25 cm en als vorm een exponentiële hoorn. We gebruikten de bestaande formule voor een exponentiële hoorn om alle maten te berekenen. Hiervoor moesten we een aanname maken voor de zogenaamde afsnijdfrequentie. Hiermee konden we namelijk de hoornconstante berekenen, wat een variabele was in de formule. Dat was vrij ingewikkeld, omdat we niet goed wisten wat we nou precies aan het berekenen waren. Na een lange tijd prutsen in excel sheets hadden we de meest toepasselijke hoornconstante gevonden, namelijk eentje met een afsnijdfrequentie van zo’n 260 Hz (middelhoog). Toen hadden we alle maten berekend en deze in een 3D-tekening gezet. Nu was het alleen nog een kwestie van printen. De printer was vrij klein, dus de hoorn is in 3 delen geprint. De iPhone houder was al geprint. Later hadden we nog een tussenstukje geprint, zodat je de hoorn kon neerzetten met de iPhone er loodrecht op. Alles bij elkaar was zo’n 4 dagen printwerk.

5) Wat was het grootste vooroordeel dat mensen hadden over jullie profielwerkstuk?

Isis: Aan het begin vroegen veel klasgenoten aan elkaar wat ze gingen doen voor hun profielwerkstuk, als mensen dit aan ons vroegen en wij antwoordden vervolgens dat we een akoestische versterker gingen maken, volgden er vaak een verwarde blik. We moesten altijd uitleggen wat dat dan was. Daarna toonden ze nooit heel veel interesse meer, omdat ze het toch niet snapte haha. Toen de hoorn af was en we konden laten zien wat we hadden gemaakt en hoe goed hij het doet, waren ze altijd geïnteresseerd en enthousiast.

Lot: Verder denk ik niet echt dat mensen vooroordelen hadden over ons profielwerkstuk. Misschien alleen dat men niet had verwacht dat we iets zouden maken dat ook daadwerkelijk zo goed werkt, maar ik moet toegeven dat ik dat zelf ook niet had verwacht. Daarnaast leek ons onderwerp misschien redelijk makkelijk, maar dat viel flink tegen. Zo was het feit dat er zo weinig informatie over was te vinden erg lastig, maar het heeft ons wel gestimuleerd om op zoek te gaan naar nieuwe soorten bronnen (zoals bedrijven etc).

6) Gaan jullie nu nog verder met de versterker? Bijvoorbeeld om verder te ontwikkelen of in productie nemen? Waarom wel/niet?

Isis: Op dit moment zijn er geen ontwikkel- of produceer- plannen, maar sinds duidelijk werd dat we iets gingen winnen bij de KNAW, krijgen we er wel steeds meer vragen over dus wie weet! We hebben ook nog geen naam, misschien moeten we dat eerst maar eens gaan doen. We hebben zelf geen idee hoe we dit zouden moeten produceren dus we hebben er nooit echt over nagedacht, maar er hebben al een aantal mensen interesse getoond om even te gaan zitten.

Lot: Ik ga industrieel ontwerpen studeren, dus wellicht kan ik het ontwerp nog eens gebruiken tijdens mijn studie. Ik heb al wel eens over de hoorn als product nagedacht. Zo zou hij denk ik uitvouwbaar moeten zijn om succesvol te kunnen worden, anders lijkt het mij een te onpraktisch object.

7) Hebben jullie al enig idee wat jullie in de toekomst willen worden? Of een soort vakgebied waar je nu al interesse in hebt?

Isis: Ik heb geen idee wat ik later wil worden, maar het lijkt mij wel leuk om iets te doen met fotografie of videografie. Of juist de andere kant op en iets technisch te gaan doen zoals industrieel ontwerpen. Ik ga nu eert een tussenjaar nemen, ik weet nog niet wat ik wil en welke richting op wil. In mijn tussenjaar wil ik veel nieuwe ervaringen opdoen door bij verschillende bedrijven te werken en veel mee te lopen bij verschillende sectoren.

Lot: Ik heb pas vrij recent voor de richting van industrieel ontwerpen gekozen, dus ik heb nog niet echt ideeën wat betreft mijn toekomstplannen ná deze opleiding. Ik kijk wel wat er tijdens mijn studie op mijn pad komt. Daarnaast heeft mijn vader een eigen bedrijf (Taplite, een bedrijf dat merkaanduidingen maakt voor biermerken, zoals tapknoppen en lensjes met logo’s). Het zou ook kunnen dat ik bij mijn vader ga werken, of dat ik zijn bedrijf ooit misschien zelfs overneem.

Dit artikel verscheen in de wekelijks terugkerende reeks van TechGirl van de Maand. Wil je ook dat Lot en Isis dé TechGirls van juni 2018 worden? Stem dan vanaf 25 juni op hen. Ze maken kans om de titel te winnen en een bijbehorend goodiepakket.

Laat een antwoord achter

Je e-mail adres wordt niet gepubliceerd.

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.