ULTRASOON GELUID ALS BESTRIJDING VAN DE VARROAMIJT, ZIN OF ONZIN?

Ultrasoon

Eigenlijk is het woord ultrasoon hier niet echt goed gekozen: met ultrasone geluiden bedoelt met geluiden die voor de mens niet meer hoorbaar zijn, en dit zijn geluiden met een frequentie rond de 20 kilohertz (kHz) of hoger. Straks zien we dat we gaan gebruik maken van frequenties rond de 15 kHz, dus voor (jonge) mensen is dit zeker nog waarneembaar. Hier zijn de ouderen (inclusief ikzelf) eens in het voordeel: deze frequenties nemen wij amper nog waar, en hebben er bijgevolg ook geen hinder meer van. In de dierenwereld ligt de waarneembare frequentiegrens vaak veel hoger, denken we maar aan honden, vleermuizen, marters, enz.

In dit artikel komt nogal wat (elektronica)-techniek om de hoek kijken. Het is dan ook onvermijdelijk dat er wat vakjargon komt binnensluipen. Ik ga een poging doen om toch alles zo aanschouwelijk mogelijk voor te stellen. Niet alles hoef je perfect te begrijpen om toch de draad van het verhaal te kunnen volgen. Pieker je dus geen punthoofd aan al die technische termen!

Historiek

Eigenlijk is er niets nieuws onder de zon, vele jaren terug reeds experimenteerde men met ultrasone geluiden om de varroa te bestrijden. Zo kan men (reeds lang vervallen) octrooien (vaak patenten genoemd) terugvinden in dit verband. Bijvoorbeeld het Duitse octrooi DE 101 61 677 A1, ingediend in 2001. Hier wordt de bijenpopulatie, inclusief mijten, onderworpen aan ultrasone geluiden tussen 20 en 80 kHz, dus echt ultrasoon te noemen. Zo ook een internationaal octrooi (kenmerk WO 99/34674), al ingediend in 1999. Hier beschrijft men een gelijkaardige behandeling, maar men specificeert al meer in detail het nuttige frequentiedomein: frequenties tussen 7 en 17 kHz zijn bruikbaar om de mijten te bestrijden, maar alleen de frequenties hoger dan 12 kHz zouden de bijen niet hinderen (steeds volgens de auteurs van dit octrooi).

Deze ‘uitvindingen’ zijn al bijna 20 jaar oud. Moest het zo zijn dat het wondermiddelen waren, dan zouden we allicht sinds lang met die dingen aan het werk zijn, en zou er geen sprake meer zijn van allerhande chemische of andere bestrijdingsproducten of methoden. Logisch dat we heel sceptisch staan tegenover deze zaken. Tussen haakjes: wanneer je een octrooi aanvraagt, hoef je niet te bewijzen dat je uitvinding werkt, de enige vereiste is dat je origineel bent met je uitvinding!

Recent wordt nu terug in Duitsland melding gemaakt van een gelijkaardig toestel om via ultrasoon geluid de varroa te lijf te gaan, zie www.varroa-sound.de. Zij brengen een toestel op de markt onder de naam ‘Varroa Killer-Sound’. Dit toestel wordt in een lege romp bovenop het broednest geplaatst. Dit apparaatje is batterij gevoed en stuurt een constante frequentie van ongeveer 14,5 kHz doorheen het bijenvolk via een piëzo luidspreker. Het bestuderen van deze website was dan ook de directe aanleiding om zelf aan het experimenteren te gaan. Onze eerste bevindingen kan je verder in dit artikel terugvinden.

Elektronische schakelingen

Een elektronische schakeling maken die een ultrasoon geluid kan produceren houdt niet veel in, en is zeker niet het zevende (achtste?) wereldwonder. Hier beschrijf ik een paar mogelijke schakelingen. De analoge schakeling kan zeker met succes nagebouwd worden door iemand met basiskennis van elektronica. Elke schakeling heeft onvermijdelijk volgende bouwstenen (zie figuur 1):

Een oscillator levert de gewenste frequentie op (hier 14,5 kHz). Het uitgangssignaal van de oscillator wordt versterkt of gebufferd zodat hiermee een luidspreker kan worden aangestuurd. Een luidspreker die geschikt is om deze hoge frequenties weer te geven wordt vaak een tweeter genoemd.

Alles werkt natuurlijk niet vanzelf, maar wordt gevoed door ofwel een netadapter die bijvoorbeeld een gestabiliseerde spanning van 12V DC levert (of een andere gelijkspanning), ofwel een batterij (loodaccu) van 12V.

Twee soorten luidsprekers (tweeters) kunnen hier van toepassing zijn: piëzo tweeters en elektrodynamische tweeters (ook gewoon dynamische tweeters genoemd). Piëzo tweeters zijn goedkoop, maar niet zo robuust en hebben een laag vermogen. Elektrodynamische tweeters (met bewegende spoel) zijn duurder, veel robuuster, hebben een hoog rendement, geschikt voor hoge vermogens, gebruikt in hifi toepassingen.

1)Analoge schakeling

Hier vind je een heel eenvoudige schakeling, die in staat is het principe schema van figuur 1 uit te voeren, zie figuren 2 en 3. Stap met deze schakeling naar iemand die een basiskennis van elektronica heeft, die kan deze schakeling zeker voor u nabouwen.

Bij een analoge schakeling is de geproduceerde frequentie niet exact te voorspellen. Deze is afhankelijk van de tolerantie van de componenten, alsook van externe factoren, zoals temperatuur en voedingsspanning. Maar ik denk niet dat de mijten maar voor één exact bepaalde frequentie gevoelig zijn, dus niet al te veel zorgen over maken.

2) Digitale schakeling

Voor mijn geplande experimenten wilde ik een meer gesofistikeerde schakeling, die mij toeliet van exacte en stabiele frequenties te genereren, en op een vlotte manier meerdere mogelijkheden (modes) uit te testen. Hiervoor heb ik de oscillator uit figuur 2 vervangen door een kristalgestuurde microprocessor. De software die ik voor deze processor heb geschreven laat mij toe om o.a. volgende mogelijkheden te benutten:

• Keuze tussen één continue frequentie (14,5 kHz), of een burst (salvo) van 10 verschillende frequenties rond de 14,5 kHz gelegen. Deze frequenties zijn momenteel: 13,7 – 13,9 – 14,1 -14,3 – 14,5 – 14,7 – 14,9 -15,2 -15,4 en 15,6 kHz.

• De duty cycle van de burst te veranderen (momenteel op ¼ ingesteld). Dit betekent dat in een tijdsperiode van 2 seconden de tweeters 0,5 seconden aangeschakeld worden. Tijdens deze halve seconde stuur ik achtereenvolgens die 10 frequenties naar de tweeters, dus iedere frequentie wordt 50 ms lang uitgestuurd! Tijdens de andere 3 halve seconden wordt telkens een andere groep tweeters bediend, dus ik kan direct 8 bijenkasten tegelijkertijd bedienen met één stuurmodule.

• 

• Een lagere (hoorbare) toon te genereren die toelaat om de bedrading te controleren.

• Indien 2 dynamische tweeters van 4 Ohm in serie geschakeld worden is hun maximum opgenomen vermogen tijdens de burst 2,25 Watt. Bij een duty cycle van ¼ hebben we dus een gemiddeld vermogen van 2,25/4=0,56 Watt. (vergelijk met analoge schakeling).

• 

Hieronder vind je het resultaat van het prototype, gebruiksklaar, met connectoren (Push-In types) voor 8 tweeters van 4 Ohm (2 zijn er hier aangesloten). Met dip-switches kunnen we de verschillende modes instellen.

Beschrijving van de schakeling (specifiek gericht naar de moedige zelfbouwers) De oscillator wordt gevormd door IC1 (ICM7555). Deze levert een nagenoeg symmetrische blokgolf af op pin 3 van 14,5 kHz (zie figuur 3). Deze blokgolf wordt naar de buffer (Q1) gestuurd, die het mogelijk maakt om 12V piëzo tweeters of dynamische tweeters (4 of 8 Ohm) aan te sturen. Er kunnen gerust meerdere piëzo tweeters parallel geschakeld worden. Zelf prefereer ik dynamische tweeters te gebruiken (reden: zie hoger). Door dynamische tweeters in serie te plaatsen (2 tweeters van 8 Ohm bijvoorbeeld), kan men het opgenomen vermogen naar de tweeters bepalen (eventueel meer dan 2 in serie plaatsen behoort ook tot de mogelijkheden). Q1 mag eender welke N-kanaal MOSFET zijn, als die maar een lage Rds-ON weerstand heeft! R1, R2, R3, samen met C4 zijn verantwoordelijk voor de juiste frequentie en een duty cycle van 50%. Schakelaar (of drukknop) S1, samen met C3 zijn optioneel: sluiten van S1 doet de frequentie halveren (tot 7,6 kHz). Ideaal voor de hardhorigen onder ons, en dit om de goede werking van de schakeling en tweeter aansluitingen te kunnen testen! In het geteste prototype hebben alle componenten een tolerantie van 5%, alleen C4 heeft een tolerantie van 1%. Wanneer de voedingsspanning 12V is, en we vier 4 Ohm tweeters in serie aanschakelen, dan is het maximum theoretisch vermogen dat iedere tweeter opneemt 0,56 Watt (gebruik de formule P=U²/R, waarbij U=1,5V; bedenk dat we een blokgolf en geen sinus aanschakelen!) Naar tweeter normen is 0,56 Watt al een aardig vermogen. Met deze opstelling kun je dus al 4 bijenkasten bedienen!

 

Opstelling

Qua warmtehuishouding vind ik de opstelling van de Varroa Killer-Sound (zie hoger, lege romp met toestel bovenop het broednest) niet ideaal, en al zeker in het voorjaar niet! Een ander nadeel is dat één toestel slechts één bijenkast kan behandelen, wat uiteindelijk een aanzienlijk kostenplaatje met zich meebrengt. En stoort het geluid (jongere imkers), dan moet men alle kasten openen om de batterijen af te koppelen. Oordopjes worden wel meegeleverd, maar zijn ook niet efficiënt genoeg!

Zelf opteer ik om de kasten niet te moeten openen om ultrasoon te behandelen, dus moet ik wel proberen om mijn tweeters op de varroaschuif onderaan de kast te plaatsen. De tweeters moeten dus zo klein mogelijk zijn (dynamische tweeters zijn hier in het voordeel). Nadeel van de bodemschuif te moeten gebruiken: neervallend mul zal de tweeter onklaar maken, en dit moet dus vermeden kunnen worden. Dit los ik simpel op door over de tweeter een stukje rekbare stof (fijne Jersey stof) te spannen. Vergelijkende metingen op de testbank, met en zonder Jersey, gaven geen noemenswaardige verzwakking van het signaal op. Een met plastiek folie beschermde tweeter bijvoorbeeld, leverde wel een te hoge verzwakking op, dus niet bruikbaar!

Het vuil dat tijdens de experimenten op de beschermde tweeter terecht kwam, was gemakkelijk weg te blazen of te borstelen. En zo’n klein lapje stof is algauw te vervangen, indien het te besmeurd zou geraken.

Het voordeel van de bodemopstelling is dat slechts één oscillator schakeling dient gebouwd te worden. Hieraan kunnen in principe zoveel tweeters aangesloten worden als men wil. Ook is maar één voeding nodig. Indien men per se met een loodaccu wil werken, moet men natuurlijk de capaciteit van de batterij aan het aantal tweeters aanpassen (ev. zonnepaneel met dito regelaar bijplaatsen). Nadeel van deze opstelling: er moeten wat draden (courante gekleurde luidsprekerkabel bijvoorbeeld) gelegd worden van de tweeters naar de stuurmodule, dus opletten dat deze wat uit de (struikel)weg liggen!

Testbank

Om gegevens te kunnen verzamelen omtrent de goede werking van verschillende soorten tweeters en stuurmodules, heb ik een testopstelling gebouwd. Deze testbank bestaat hoofdzakelijk uit een vaste opstelling waarin een microfoon (Shure SM58) op een vaste afstand geplaatst wordt van de te testen tweeter.

Als referentie tweeter gebruik ik een 8 Ohm tweeter van Visaton, type DT 90. Van deze beide onderdelen (microfoon, referentie tweeter) zijn de karakteristieken beschikbaar, dus we kennen hun mogelijkheden/beperkingen. De microfoon wordt aangesloten op een mengpaneel dat voor de nodige (regelbare) signaalversterking zorgt. Het uitgangssignaal van het mengpaneel wordt gemeten door een digitale oscilloscoop. Hierdoor kan ik snel vergelijkende metingen uitvoeren. De absolute waarde van de geluidsdruk (vaak in dB uitgedrukt), is niet zo van belang, en eigenlijk ook heel lastig te meten, tenzij men heel dure decibelmeters gebruikt (die in staat zijn 14 khz en meer te registreren). Het is interessanter om de geluidsdruk van verschillende tweeters of schakelingen te kunnen vergelijken. Zo kon ik vaststellen dat onze module tijdens die burstfase van 10 frequenties een 20x hogere geluidsdruk produceerde dan de Varroa Killer-Sound! Of dit groter vermogen daadwerkelijk nodig is, valt nog te bekijken. Onderstaande foto toont bijvoorbeeld een detail van de ontvangen burst, waarin duidelijk de 10 frequenties op te merken vallen.

Ook kan ik in de toekomst deze testmethode gebruiken om de geluidsdruk binnenin een bijenkast te meten. Mij interesseert in het bijzonder de demping die door de raten/bijen/honing veroorzaakt wordt. Hoe snel vermindert daar nu de geluidsdruk bij het gebruik van meerdere rompen boven elkaar? Is deze geluidsdruk nog voldoende hoog om mijten lastig te vallen in het broed? Voldoende stof dus om nog vele experimenten te kunnen opzetten.

Metingen op bijenvolken

Om het effect van ultrasoon geluid op de mijten te onderzoeken, hebben we regelmatig het aantal gevallen mijten op de bodemschuif geteld. Dit is zeker niet de meest accurate methode om de mijtenpopulatie op te volgen, maar was hier voor ons de enige bruikbare optie. Zie later meer hierover.

Tijdens de maand maart hebben we op 3 standen simultaan bijenvolken behandeld met ons digitaal ultrasoon toestel. De resultaten werden vergeleken met een aantal controlevolken. Voorafgaandelijk hebben we via het tellen van de gevallen mijten op de bodemschuif gezocht naar de meest besmette volken per stand. Deze werden dan uitgekozen om de ultrasoon behandeling te krijgen. Zo wisten we op voorhand dat de mijtenval bij deze volken hoger lag dan bij de controlevolken. Indien we erin slaagden deze hogere mijtenval teniet te doen, was dit een gunstig teken omtrent het effect van ultrasone geluiden op de mijten.

In de bovenstaande tabellen vind je de originele data van de tellingen, en dit voor de 3 standen: Leffinge, Houthulst en Eksel. Velden in groen gekleurd, slaan op ultrasoon behandeling. Zo zijn er in Houthulst bijvoorbeeld 2 kasten die behandeld worden (HG20 en HG28), en zijn er 11 controlevolken.

Alle getallen in italics zijn metingen, vet gedrukte getallen zijn berekeningen. De 2 meest rechtse kolommen zijn de gemiddelde dagelijkse mijtenval: Ctrl/dag slaat op de controle volken, US/dag slaat op de ultrasoon behandelde kasten. Indien vóór de effectieve behandeling al tellingen plaatsvonden, staan deze in een rij bovenaan vermeld. Samen met de gevallen mijten tijdens de metingen geeft dit een idee van het absoluut aantal mijten die gevallen zijn. Het record is bijvoorbeeld te vinden bij de kast HG20 (Houthulst), met een mijtenval van 631 begin april!

De Ctrl/dag en US/dag data zijn verder in grafiek gezet om de trend duidelijker te maken, zie volgende figuren. Gezien we niet iedere dag geteld hebben, verdelen we eerst de mijtenval gelijkmatig over de betrokken dagen, Vb.: als we 30 mijten tellen over 3 dagen, gaan we in de grafiek 3 dagen met 10 mijten weergeven, zodat alle data hetzelfde ‘gewicht’ toegekend krijgen.

Bespreking grafieken

De controlevolken worden in het blauw aangegeven, de US volken in het rood. De eerste dag van de behandeling noemen we dag 0, gemakkelijker voor latere berekeningen. Het verloop van het aantal mijten/dag loopt, op zijn zachtst uitgedrukt, nogal grillig, zie de golvende lijnen! Bij koude dagen bijvoorbeeld, wanneer de bijen amper of niet uitvlogen, vielen er ook bitter weinig mijten, in tegenstelling met de warmere dagen, dus regelmaat was er zeker niet te bespeuren.

Om meer duidelijkheid te scheppen hebben we de respectievelijke lineaire trendlijnen aan de grafiek toegevoegd (de volle rechte lijnen), alsook hun wiskundige vergelijking, want die hebben we straks nodig.

Opmerkelijk is dat het aantal mijten bij de controlevolken daalt, en dit zonder behandeling! In de literatuur vinden we grafieken van de jaarlijkse mijtenval met hetzelfde tijdelijke fenomeen in het voorjaar. Een mogelijke uitleg is misschien de volgende: als de winterbijen in het voorjaar afsterven, waarom dan ook niet de wintermijten? Ook: als de winterbijen afsterven, gebeurt dit meestal buitenshuis, de meegereisde mijten komen dan ook niet meer terug.

We zien dat ook de mijtenval in de US volken in dalende lijn gaat (gelukkig maar), maar hier moeten we oppassen met te snelle overmoedige conclusies! Het is logisch dat ook hier het aantal mijten op natuurlijke wijze daalt, net zoals bij de controlevolken, en de daling in deze grafiek dus niet exclusief te wijten is aan de US behandeling! We hebben het ons dus extra moeilijk gemaakt door in de maand maart metingen te doen, want nu moeten we een daling met een daling vergelijken!

Om uit te zoeken of in de US volken de gemiddelde mijtenval procentueel sneller daalt dan in de controlevolken, berekenen en tekenen we de fictieve trendlijnen (de rode streeplijnen in de grafieken) voor de US volken, net alsof ze controlevolken waren, dus met hetzelfde dalende gedrag als de controlevolken. Deze streeplijnen hebben dezelfde procentuele dalingen als de bijhorende trendlijn van de controlevolken.(en lopen zeker niet zomaar parallel met de controle trendlijnen!)

Onderstaande tabel geeft de resultaten van de berekeningen weer: de getallen geven weer hoeveel procent de mijtenval nog is op het einde van de metingen t.o.v. de mijtenval op het begin van de metingen (die we 100 procent noemen).

Bijvoorbeeld in Leffinge: begin van de meting: mijtenval in de controlevolken noemen we 100%. Op het einde van de meting is deze nog 59%. We tekenen in de grafiek van Leffinge de rode gestreepte trendlijn met name Lineair (US (59%)). Deze lijn daalt ook naar 59% van zijn beginwaarde, zijnde de beginwaarde van de lijn US/dag. De volle rode lijn daalt sneller dan de rode stippellijn, wat duidt op een extra mijtenval in de US volken! Deze versnelde daling van de mijtenval/dag zou dus specifiek aan de US-behandeling kunnen toegeschreven worden. Deze tendens is ook op de andere standen waar te nemen, zie hun respectievelijke grafieken.

Bemerk dat het lang duurt (ruim een maand) vooraleer de mijtenval in de US volken deze van de controlevolken evenaart. Dit zien we gebeuren wanneer de rode en blauwe trendlijnen elkaar naderen en kruisen. Alleen in Leffinge is dit kruisen effectief al een feit. De mijten vallen dus zeker niet zomaar naar beneden bij het eerste US geluid dat ze ‘horen’. In hoeverre de mijten in het broed aangetast worden is dus zeker nog niet duidelijk (de mijtencyclus duurt geen maand).

Poedersuikertest (aantal mijten per 100 bijen)

Om na de metingen een betrouwbaar idee te hebben van de mijtenpopulatie is op 2 volken (LM16 en HG20), op 4 april 2017, de gekende poedersuikertest uitgevoerd. De resultaten staan hieronder:

Kast LM16 situeert zich nog aan de rand van de gevarenzone, terwijl de kast HG20 (de origineel slechtste van de klas) een uitstekende score heeft.

Opmerkelijk is dat we op dezelfde dag de mijten van kast HG20 geteld hebben, zie tabellen. We telden 32 mijten over 3 dagen, dus een gemiddelde van ruim 10 mijten/dag! Ware het niet dat we de poedersuikertest met succes op deze kast hadden uitgevoerd, we sloegen hier zeker in paniek! Zo zie je maar dat de mijtenval over een korte periode zeker geen betrouwbare indicatie is van de varroabesmetting.

En de bijen?

Visueel zien we geen abnormaal gedrag van de bijen, maar dat is natuurlijk geen sluitend bewijs dat de bijen geen hinder ondervinden van dat ultrasoon lawaai. Schiet dus niet op de pianist: misschien zal de wetenschap ooit aantonen dat toch hier of daar de bijen nadeel ondervinden. Dus tot zover het tegendeel is bewezen, hopen we dat de bijen ons foltertuig goed verdragen.

Besluiten

Mijn hoofddoel was de bouw van een (betaalbaar) ultrasoon apparaat uit de doeken te doen, zodat iedereen die dit wil, naar hartenlust kan beginnen experimenteren. We hopen natuurlijk dat er resultaten volgen.

De hier gedane metingen hebben zeker niet de pretentie van op wetenschappelijk niveau te zijn, daarvoor is het tellen van de mijtenval een te omstreden en onnauwkeurige methode. De bedoeling van deze proeven was in eerste instantie het materiaal uit te testen, en mogelijks een eerste inzicht te bekomen.

Ons scepticisme van in het begin, heeft al een lichte deuk gekregen, en heeft plaats gemaakt voor een voorzichtig optimisme. Bevestiging (of tegenspraak) moet nu nog volgen uit herhalingen van de metingen. Pas wanneer later in het seizoen blijkt, wanneer de mijtenval in de controlevolken in stijgende lijn gaat, en toch de US volken een dalende mijtenval vertonen; pas dan zullen we mogen spreken van een doorbraak in de bestrijding van de varroamijt.

Marc Struye, marc.struye@telenet.be