Tarnkappe für Schallwellen

Mit symmetrisch strukturierten Metallflächen fertigten Forscher in den vergangenen Jahren zahlreiche Tarnkappen für sichtbares oder infrarotes Licht. Diese Metamaterialien konnten Lichtwellen um ein getarntes Objekt leiten, als ob dieses überhaupt nicht existierte. Das gleiche Prinzip übertrug nun ein Forscherteam aus China auf Schallwellen. Wie das Team in der Fachzeitschrift „Journal of Applied Physics“ berichtet, könnten mit ihren akustischen Metamaterialien sowohl ein effizienter Schallschutz als auch eine kontrollierte Schallausbreitung verwirklicht werden.

Ein flaches längliches Objekt liegt schräg im Bild. Pfeile zeigen von links unten nach rechts oben entlang des Objekts. In der Mitte macht der Pfeil eine Kurve nach unten.
Metamaterial als akustische Tarnkappe

„Wir waren sehr neugierig, ob wir tatsächlich akustische Tarnkappen aus unseren dünnen Membranen erschaffen könnten“, sagt Xiaojun Liu von der Nanjing University. Genau dieses Ziel erreichte Liu zusammen mit seinen Kollegen nach vielen Computersimulationen und Versuchen. Für ihr akustisches Metamaterial durchlöcherten sie eine nur einen Zehntel Millimeter dünne Folie aus Polyethylen mit zahlreichen, symmetrisch angeordneten Bohrungen mit neun Millimeter Durchmesser. Diese Membran setzten sie zwischen zwei metallische Wellenleiter.

In ersten Versuchen sendeten die Forscher Schallwellen mit einer Frequenz von 990 Hertz durch den Wellenleiter auf die Membran. Von der Membran, dem akustischen Metamaterial, wurde der Schall ohne nennenswerte Verluste an den zweiten Wellenleiter übertragen. Eine Hülle aus dieser Kunststoffmembran könnte nun Schallwellen dieser Frequenz auffangen und weiterleiten, ohne dass sie sich im umhüllten Bereich ausbreiten könnten. Liu und Kollegen denken aber nicht nur an solche akustischen Tarnkappen. Sie haben Interesse an Metamaterialstrukturen, mit denen sich Schallwellen beispielsweise fast verlustfrei um Hindernisse führen ließen.

Über kleine Variationen im Aufbau ließen sich diese Kunststoffmembranen schon an andere Frequenzbereiche anpassen. Doch von einem akustischen Metamaterial, das Schallwellen über ein breites Frequenzband entsprechend dem menschlichen Hörsinn leiten kann, sind die Forscher noch weit entfernt. So müssen für einen effizienten Schallschutz bis auf weiteres bewährte Dämmstoffe und Antischall-Techniken genutzt werden.