Bij het meten van geluid spelen twee zaken een rol: de geluidsdruk en de snelheid van de luchtdeeltjes (flow). De geluidsdruk (uitgedrukt in eenheden Pascal) meet je met een gewone of drukmicrofoon. De deeltjessnelheid (in meters per seconde) kon tot nu toe alleen indirect worden berekend, via een ingewikkelde opstelling met twee drukmicrofoons.
De door Hans-Elias de Bree bedachte Microflown is de eerste echte 'deeltjessnelheid-microfoon', een akoestische 'flow sensor' die daadwerkelijk de snelheid van de door geluidsgolven in beweging gebrachte luchtdeeltjes meet - op dezelfde manier zoals de bestaande flow sensoren waarvan hij is afgeleid, de deeltjesnelheid in een vloeistof of gas meten.
De Microflown (de naam is een samentrekking van micromechanica, flow sensor en microfoon) bestaat uit twee micro-draadjes silicium-nitride (50 micron breed, 0,5 micron dik) met een opgedampt laagje chroomgoud. Ze steken als parallelle voelsprieten in de luchtstroom en verwarmen die tot driehonderd graden Celsius. Hierdoor wordt een hete luchtbel gevormd die door geluid in trilling komt. Daardoor ontstaan minieme temperatuurverschillen in beide draden (een duizendste graad is meetbaar). De weerstand in de draden gaat vervolgens variëren en dat wordt omgezet in een elektrisch signaal.
Voordelen
De voordelen van de Microflown zijn groot. Hij meet de deeltjessnelheid vanaf een frequentie van 0 hertz. In combinatie met een drukmicrofoon is de Microflown zeer geschikt om akoestische intensiteit te meten. Het microfoontje is verder klein en goedkoop te maken. Hij meet in stereo vanuit één opnamepunt, en is extreem richtinggevoelig. Tal van toepassingen dienen zich aan, zoals het doormeten van concertzalen en vliegtuigmotoren.
Een briljant idee dus, maar aanvankelijk stuitte De Bree alom op scepsis. Collega's bij EL betwijfelden of het ding kon werken. STW wees tot tweemaal toe een promotieaanvraag af omdat het idee futuristisch en onhaalbaar zou zijn (al bood men wel hulp bij de octrooiaanvraag die De Bree wilde doen). De Bree ging derhalve onbezoldigd aan de slag, aangewezen op zes maanden financiering door NWO en ondersteuning van zijn verdienende vriendin. Wel mocht hij op de faculteit kosteloos van faciliteiten gebruik maken.
Wat tot nu toe een officieus project was van het door De Bree geleide en door studenten bemande MicroflownTeam van de vakgroep Transductietechniek en Materiaalkunde lijkt nu echter commercieel door te breken. De Bree heeft zojuist een groot contract afgesloten met de Duitse firma Sennheiser (van de hoofdtelefoons) die de Microflown wil toepassen als microfoon in mobiele telefoons. Daarmee zou de Microflown een van de eerste micro-systeemtechnologiesensoren zijn die daadwerkelijk op de markt komt.
Geroepen
Voor De Bree komt de 'deal' als geroepen. Je kunt nog zo'n leuke vinding doen, zelf ermee de markt opgaan is een ander verhaal. 'Het aanvragen van een octrooi alleen al kost tienduizenden guldens. Je hebt contacten nodigen financiers.' Redder in de nood bleek de eigenaar van de Nederlandse elektronicafabrikant Van den Hul BV, die de Microflown uit 'idealisme' wilde steunen. Hij bracht De Bree met Sennheiser in contact. Vorig jaar zag het er even somber uit: er moest geld op tafel komen voor het octrooi en Sennheiser liet niets van zich horen. Maar half december ging de telefoon, en was het contract 'razendsnel' beklonken.
Voor Sennheiser is de Microflown interessant omdat het minuscule microfoontje perfect past in de platte hoorn van een zaktelefoon. Een gewone drukmicrofoon is algauw een centimeter in doorsnee en acht millimeter dik. De Microflown is ongevoelig voor achtergrondruis, contactgeluid en storing veroorzaakt door de hoge frequentie-elektronica in de telefoon. Hij heeft verder geen bewegende en eventueel resonerende onderdelen.
Ook de lage productiekosten zijn aantrekkelijk, aldus De Bree. Fabrikage geschiedt via standaard IC-technologie. 'Je haalt zo tweeduizend stuks uit een plak silicium, voor twee kwartjes per stuk, even duur als een gewone microfoon. Maar de Microflown is veel goedkoper in te bouwen. Je hoeft hem niet met de hand te solderen. Hij wordt gewoon op een printplaat gelijmd en als surface mount device in de telefoon geïntegreerd.'
Trots
De Bree is trots op de Sennheiser-deal. Het bedrijf betaalt de octrooiaanvragen (die op het ontwerp zelf is inmiddels goedgekeurd, een aanvraag voor een toepassing als geluidsintensiteitsmeter is de deur uit) en het vervolgonderzoek naar toepassing in mobiele telefonie.
De promovendus behoudt de rechten op zijn vinding. Het zelf exploiteren van de Microflown als telefoon-microfoon was voor hemzelf niet interessant: zo'n type produkt, à raison van twee kwartjes per stuk, is toch alleen bij zeer grootschalige produktie lucratief. Anders ligt het bij de tweede commerciële toepassing, die van de geluidsintensiteitsmeter. Die straks ook geoctrooieerde vinding hoopt hij zelf te gaan exploiteren.
Hij bespeurt een 'gat in de markt' vanwege de strenge wettelijke normen inzake geluidshinder door lawaaimakers als fabrieken en discotheken. Die geluidsintensiteit moet immers wel gemeten worden. Dat gebeurt nu met een decibelmeter. Die werkt met gewone drukmicrofoons. Dat heeft het nadeel dat de geluidsdrempel geen 0 hertz maar 0 decibel (de ondergrens van wat het menselijk oor kan horen). Decibelmeters zijn behalve minder exact ook gevoelig voor afwijking door de weerkaatsing van geluid.
Omslachtig
De huidige geluidsintensiteitsmeters - ingewikkeld en dure opstellingen met twee drukmicrofoons die alleen indirecte gegevens bieden - zijn zo omslachtig dat geluidshinder nu meestal maar eenmalig wordt opgemeten. Hier biedt een meter op basis van de Microflown soelaas. 'En als je iets makkelijk kunt meten, zal dat ook vaker gebeuren. Kijk naar wat er gebeurde toen de politie met een handzame snelheidsmeter de verkeerssnelheid kon gaan meten.' Dat maakt zo'n geluidsintensiteitsmeter tot een 'potentiële geldmaker' denkt De Bree. 'Zo'n ding gaat duizend gulden kosten. Als ik er mondiaal duizend verkoop heb ik een miljoen verdiend.'
Zijn eigen promotieproject heeft De Bree in twee jaar tijd gedaan. 'Dat kan best', zegt hij zelfverzekerd, 'als je maar bereid bent twee keer zo hard te werken als een ander. En ik heb me inderdaad helemaal te pletter gewerkt.' Onbezoldigd dus, aangezien een aio-plaats er niet in zat. Hij had wel ondersteuning van het Microflown-studententeam. Inmiddels zijn verschillende studenten op het microfoontje afgestudeerd.
De Bree is momenteel met twee vrienden, Twan Korthorst en Pele Leussink, bezig een eigen bedrijf van de grond te tillen met het doel de Microflown als geluidsintensiteitsmeter te exploiteren. Afgesproken is dat de faculteit EL tot januari 1998 hun salaris betaalt en daarnaast faciliteitenbeschikbaar stelt. Daarna komt mogelijk de TOP-regeling in beeld.
Product
Ze hebben dus een jaar de tijd om hun ontwerp te perfectioneren. Zo moet de 'self-noise' nog worden gereduceerd. Hopelijk ligt er dan snel een marktklaar product. Overigens is De Bree niet erg te spreken over de faculteit. 'Je verwacht schouderklopjes, maar je loopt vooral tegen problemen op.' Met name steekt hem dat EL hen tegen ambtenarensalaris in dienst neemt. Ze hadden zelf aan marktconforme salariëring gedacht.
Voor de komende promotie is De Bree niet bang. 'Ik heb een uitvinding gedaan, een patent verworven, twintig studenten begeleid, en met alle topbedrijven in de mondiale akoestiek gepraat. Ik denk dus niet dat ik bang hoef te zijn voor een paar hoogleraren in een promotiecommissie.' A propos promotie, bij De Bree's feest in Atak, zo belooft hij, zal de Microflown door het gecontracteerde bandje als microfoon worden gebruikt.
De Microflown (SEM-opname).
Jonge honden: Hans-Elias de Bree, Twan Korthorst en Pele Leussink (van links naar rechts) zien wel brood in hun vinding.
