Het gewapend oor

Dit is misschien wel de laatste week waarin men militaire research ter sprake kan brengen die niets met emirs en olie, ja die zelfs niets met moderne oorlogsvoering te maken heeft. Haast is dus geboden.

Onafhankelijke militaire research, los van krijgsmacht of bedrijfsleven, kent Nederland pas sinds december 1927. Toen werd op het militaire oefenterrein op de Waalsdorpervlakte (bij Scheveningen) het 'Meetgebouw' in gebruik genomen waarin de Delftse ingenieur J. L. van Soest en instrumentmaker P. D. Groot voortaan het bedoelde onderzoek op zich zouden nemen. Het was een initiatief van militaire autoriteiten die meenden dat alleen grondige kennis van fysische principes tot verbetering van de militaire uitrusting kon leiden. Veel geld werd er niet in gestoken, met een helder verstand en veel vindingrijkheid moet je een eind kunnen komen, dacht het ministerie van Oorlog. Het heeft lang geduurd voor Van Soest zijn Leidse flessen door moderne condensatoren kon vervangen.

Het Meetgebouw is geleidelijk uitgegroeid, tijdens de oorlog bij de PTT ondergebracht en na de oorlog, als Fysisch Laboratorium opgenomen in TNO. Tegenwoordig heet het, na een fusie met een ander militair laboratorium, het Fysisch en Elektronisch Laboratorium maar het staat nog steeds op dezefde vlakte. Ook de formule bleef gehandhaafd: civiele research onder militaire instructie.

Het Fysisch en Elektronisch Laboratorium is een Verboden Plaats in de zin van de Wet op de Staatsgeheimen maar toch organiseert TNO van tijd tot tijd een dagje voor de pers. Die krijgt dan te horen over moderne radarsystemen, sonar en infrarood opnames en na afloop is er een gezellig samenzijn onder de grond in het Waalsdorp Museum, een niet-publiek museum waarin men tussen kalkzandsteenstenen en verwarmingsbuizen veel intrigerende toestellen en foto's uit de beginjaren van de militaire research heeft ondergebracht. De huidige conservator ir. B. C. Reith, ooit een student van Van Soest was jarenlang medewerker van FEL-TNO.

Een belangrijk deel van de museum-inventaris komt uit de collectie van Van Soest zelf. Het mooist zijn de foto's van de luistertoestellen die in de jaren twintig sterk in de belangstelling stonden. (Van Soest's onderzoek naar de Dodende Straal, waarvoor het Nederlandse parlement zo beducht bleek, heeft geen tastbare herinneringen achtergelaten). Luistertoestellen moesten zoeklichten en luchtdoelartillerie bij nacht en duisternis steun verlenen bij het opsporen en uitschakelen van luchtschepen en aanvals- en verkenningsvliegtuigen. Het luistertoestel moest de positie van een vijandelijk toestel zo nauwkeurig mogelijk in een elevatie (hoogte in graden boven de horizon) en een azimut (windrichting in graden) zien uit te drukken.

RESPECT

Ook Nederland had door de Eerste Wereldoorlog respect gekregen voor het luchtwapen en daarom kregen Van Soest en Groot van de Commissie voor Physische Strijdmiddelen (die de research stuurde) de opdracht hun krachten te concentreren op verbetering van de luistertoestellen en de automatische (elektromechanische) overbrenging van elevatie en azimut op het geschut.

De eerste luistertoestellen, die al in de Eerste Wereldoorlog verschenen, waren van Duits ontwerp en zij ontwikkelden zich snel tot toestellen die enige tonnen wogen en voor het Nederlandse leger bijna onbetaalbaar waren. Het kon wel lichter en goedkoper, hoopte de Commissie.

De luistertoestellen (zoals die van Goerz, of die van Barbier, Benard, Turenne of van Askania maar er waren wel tien verschillende typen) verbeterden het natuurlijk luisteren met twee oren van vlees langs drie wegen: zij vergrootten en verbeterden de oorschelp tot paraboloiden die het opvallende geluid in hun brandpunt bundelden, zij vergrootten de afstand tussen de schelpen (de 'gehoorbasis') met buizen of slangen (om een sterker stereobeeld te krijgen) en zij breidden het aantal schelpen uit tot vier. Dat laatste moest de richtingbepaling in het verticale vlak (de elevatie-meting dus) verbeteren. Van nature meet een mens beter azimut dan elevatie, elke vogelaar weet dat.

Het werd Van Soest snel duidelijk dat over het twee-orig horen als zodanig, de binaurale akoestische perceptie, in 1927 nog weinig bekend was. Hij en Groot begonnen dus met fundamentele research, waarbij zij de bureaukamer van Van Soest op den duur met poetskatoen reflectie-vrij maakten en zich, voor het noodzakelijke nachtelijke veldwerk op maaiveldniveau, ingroeven in een ton in het Waalsdorperduinzand. (Bij experimenten overdag werd teveel hinder ondervonden van de schietoefeningen die de spiegelgalvanometers al zonder elektrische puls aan het slingeren brachten).

De onderzoekers richtten zich op de bepaling van de geluidsintensiteitsdrempel, bestudeerden de invloed van polsslag en oogknipperen op de geluidswaarneming en stelden vast dat geluid dat met een tijdsverschil van 1 microseconde (een miljoenste seconde) arriveert in het linker en rechter oor al wordt waargenomen als afkomstig van een bron die zich buiten het mediane vlak bevindt. De richtinggevoeligheid van het menselijk gehoor was 30 maal groter dan tot dan werd aangenomen. Met het ongewapend oor en een gezonde rechter of linker arm wijst een geblinddoekte proefpersoon het azimut van een geluidsbron tot op een of een paar graden nauwkeurig aan. Conclusie: gehoorbasis vergroting is nauwelijks nodig.

Het vroegste toegepaste werk van Van Soest was erop gericht de nauwkeurigheid van het toestel Goerz (formeel aangeduid als half-luistertoestel, omdat het maar twee, diagonaal geplaatste, oorschelpen bezat) te kwantificeren. Een nachtproef op 1 september 1928 ('' geen wind, lichte bewolking, kring om de maan'' ) waarbij afwisselend twintig minuten lang Van Soest en Groot de elevatie van een geluidsbron moest aangeven leerde dat er zeer grote, niet persoonsgebonden, fluctuaties in de nauwkeurigheid optraden. Afwijkingen tot 8 a 10 graden in de hoogte waren geen zeldzaamheid. Het bleek dat atmosferische omstandigheden (variaties in temperatuur en windsnelheid) de oorzaak waren.

Kortom: van Soest ontdekte dat er een natuurlijke grens zat aan de nauwkeurigheid van de gehoortoestellen. Daarmee was de noodzaak van verdere vergroting van de paraboloiden verdwenen, sterker nog: de oorschelpen konden wel wat kleiner. De gehoorbasisvergroting was al geschrapt en zo komen Van Soest en Groot tot het ontwerp van een sympathiek, inklapbaar gehoortoestel (toestel 'Groot') waarbij de waarnemer op een stoel tussen twee halve paraboloiden zit die rechtstreeks (zonder buizen of slangen) op zijn oren aansluiten. Een waakzame soldaat tussen twee reuzenoren. De verkleining van de oorschelpen werd ruimschoots goedgemaakt door het opgeheven intensiteitsverlies in de buizen, dus de geluidsterkte was zeer aanvaardbaar. Er kwam bij dat ook het 'geluidbeeld' (een jaren twintig begrip) erg goed was: het geluid klonk heel natuurgetrouw.

De militairen waren enthousiast en de Genie besloot het toestel te laten produceren. Zonder verder overleg met Van Soest gingen de Artillerie-inrichtingen Hembrug aan de slag en dus ging het fout. Het afgeleverde toestel maakte bij het instellen op een bron zoveel lawaai aan geknars en gepiep dat een goede meting niet meer mogelijk was. Het toestel 'Kolonien' dat later werd ontwikkeld schijnt wel voldaan te hebben.

De luistertoestellen waren bedoeld om secuur de richting vast te stellen van een vliegtuig waarvan de positie al globaal met het ongewapend oor was vastgesteld. Omdat de paraboloiden tegelijk ook een zeer behoorlijke versterking van het signaal gaven waren de luistertoestellen in principe ook goed geschikt om er de eerste nadering van vliegtuigen mee op te sporen, ware het niet dat de openingshoek van het toestel nogal klein was en gebruik als rondzoekradar, omdat de waarnemer noodgedwongen meedraaide, was uitgesloten.

Zo kwam het dat Van Soest en Groot in 1932 een nog een kleiner type luistertoestel ontwikkelden, een van geklopt aluminium dat met wat kunstgrepen aan het hoofd werd vastgemaakt. Het toestel van Goerz tot zijn essentie teruggebracht. Een soort Early Warning System voor de luchtwachtdienst dat nooit in produktie ging. Het vergde een te grote hoofdbewegelijkheid, zei de luchtwacht zuinig. Waarschijnlijker is dat de luchtwachters op grote schaal met desertie dreigden als het toestel werd ingevoerd.

RADAR .

Al halverwege de jaren dertig werden de luistertoestellen achterhaald door de toenemende snelheid van de vliegtuigen. Steeds vaker kwam het voor dat men vliegtuigen al zag lang voor enig geluid doordrong. De toestellen van Goerz en Groot gaven niet langer tijdig de positie van de vijand aan. Een tijdlang is geprobeerd de toestellen overeind te houden met gecompliceerde correcties voor een waarschijnlijke snelheid en vlieghoogte maar op den duur zijn ze definitief ingeklapt. Radar deed zijn intrede.

Van Soest kan daar niet werkelijk over getobd hebben, hij had een te brede belangstelling om erg lang bij een aspect van zijn werk stil te staan. Hij werd na de oorlog hoogleraar in Delft, beoefende met succes de amateur-archeologie en werd een van Nederlands meest vooraanstaande amateur-botanici. Hij was de Van Soest die Nederland in de jaren '29-'32 (toen hij zijn luisterproeven deed) in de bekende plantengeografische districten indeelde. Na de oorlog verwierf hij zich een mondiaal geroemde kennis van het botanisch geslacht Taraxacum. Het geslacht paardebloem.

foto: In 1932 ontstond dit luistertoestelletje voor de Luchtwachtdienst dat bij wijze van vergrote oorschelpen 'op de man' gedragen werd. Het toestel, dat een grote hoofdbewegelijkheid van de waarnemer vergde, is niet in produktie genomen.

foto: Het 'half' luistertoestel volgens Goerz dat in 1928 en 1929 door Van Soest en Groot op de Waalsdorpervlakte werd bestudeerd. De zoeklichtsectie van de Genie had het toestel ter beschikking gesteld.