Zwischen der Absorption und der Streuung von Schall muss man sich normalerweise entscheiden. Forscher haben jedoch ein Metamaterial entwickelt, das beide Funktionen in Form einer akustischen Platte vereint. Die in der Zeitschrift
Advanced Materials Technologies veröffentlichte Arbeit könnte Anwendungen in der Architektur- und Industrieakustik finden.
Traditionelle akustische Materialien erfüllen in der Regel eine der beiden entscheidenden Funktionen für den akustischen Komfort. Sie absorbieren den Schall, um zu verhindern, dass er reflektiert oder durch eine Wand übertragen wird, oder sie streuen den Schall, um ihn in einem geschlossenen Raum zu homogenisieren, wie in einem Aufnahmestudio, einem Orchestergraben oder einem Besprechungsraum.
Funktionsprinzip der Platte im Absorptionsmodus.
© Éric Ballestero Bei traditionellen Materialien wie porösen Schäumen oder Diffusoren sind diese beiden Funktionen tatsächlich antagonistisch, da die erste die Dissipation der Schallenergie erfordert, während die zweite die Wellen mit minimaler Dissipation streuen muss. Akustische Metamaterialien ermöglichen es, diese Grenzen zu überwinden und gleichzeitig passiv zu bleiben, d.h. ohne externe Energiezufuhr wie Strom.
Forscher des Akustiklabors der Universität Le Mans (
LAUM, CNRS/Universität Le Mans), der
Hong Kong University of Science and Technology (China) und der
Polytechnischen Universität Valencia (Spanien) haben ein sogenanntes "passives Dual-Funktions-Metamaterial" (DFPAM) entwickelt, das sowohl eine effiziente Absorption (~85 %) als auch eine hohe Streuung (~80 %) in zwei benachbarten Frequenzbereichen bietet. Es wechselt zwischen diesen beiden Funktionen durch eine einfache mechanische Umkonfiguration der Platte, die zudem mit nur zwölf Zentimetern Dicke nur halb so dick ist wie herkömmliche Lösungen.
Das Metamaterial wurde in drei Schritten entwickelt: eine theoretische Phase, Simulationen und eine experimentelle Validierung. Die Akustik wurde modelliert, um eine multikriterielle Optimierung durchzuführen, was ein Gleichgewicht zwischen den beiden antagonistischen Funktionen ermöglichte. Die Platte wurde anschließend mittels Stereolithographie hergestellt, einem Druckverfahren, das hier ein akustisch starres Polymerharz verwendet. Absorption und Streuung erfolgen in zwei verschiedenen, aber komplementären Frequenzbereichen, mit Absorption bei niedrigen Frequenzen (200-1000 Hertz) und anschließender Streuung bei höheren Frequenzen (1000-2500 Hertz).
Diese Arbeit ebnet den Weg für innovative Anwendungen in der Architektur- und Industrieakustik, insbesondere in beengten Räumen, wie sie im Verkehrswesen, in der Luft- und Raumfahrt, in Aufnahmestudios oder Besprechungsräumen vorkommen. Unternehmen haben bereits Interesse bekundet, diese Ergebnisse zu verwerten.
Quelle: CNRS INSIS