Legosteentjes vormen akoestisch hologram
Dankzij speciale 'legosteentjes' met een interne spiraalvorm lukt het onderzoekers van de Amerikaanse Duke University om geluidsgolven in specifieke vormen te buigen. De techniek lijkt wat op die van hologrammen, waarbij licht ombuigt tot een 3D-object.
Ombuigen van geluid is niet nieuw, maar de efficiëntie waarmee de 3D-geprinte 'legoblokjes' het doen is opmerkelijk. Het is een simpele, energiezuinige manier om de geluidskwaliteit te verbeteren of geluid op bepaalde plekken te concentreren. Dat zou uitkomst kunnen bieden voor kamers met slechte akoestiek waar het geluid snel alle kanten op vliegt.
De uitvinding bestaat uit een muur met daarin een heleboel 'legosteentjes'. Die steentjes lijken van buiten op het kleurrijke Deense speelgoed, maar van binnen zijn ze veel ingewikkelder. Elk steentje bevat een spiraalvorm die het geluid beïnvloed. Geluidsgolven die tegen een muur van deze steentjes op botsen, stromen door de spiraaltjes en komen er veranderd uit. Inmiddels weet de wetenschap genoeg over het gedrag van geluid om de spiralen zo te slijpen dat het geluid precies is te regelen.
De geluidsmuur was zonder 3D-printen niet mogelijk geweest. De legoblokjes hebben namelijk allemaal een andere spiraalstructuur. Een blokje aan de buitenkant zal het geluid immers anders moeten ombuigen dan een steentje in het midden. Met een 3D-printer zijn zulke complexe en unieke vormen snel te maken. Samen vormen de blokjes een zogenoemd metamateriaal dat op ongewone wijze met geluidsgolven omgaat.
De letter A
Voor het onderzoek bouwden de onderzoekers een muur die een geluidssignaal moest vervormen tot een A, op 30 cm van de muur af. Die A was natuurlijk niet zichtbaar – het gaat hier om geluidsgolven. Die zijn echter wel zichtbaar te maken door een hittekaart op te stellen die het aantal decibels aangeeft. Een gewone geluidsbron uit één speaker moest via de muur omvormen tot een golf waar de kracht van het geluid zich in een A-vormig patroon verspreidde. Volgens de simulaties zou dit moeten kunnen, en hoewel de praktijk een iets minder mooie letter geeft, is het toch indrukwekkend hoe het geluid is omgebogen.
De muur is een slimme manier om geluid om te buigen, maar voorlopig laten praktische toepassingen nog op zich wachten. Een voor de hand liggende toepassing is de echoscopie, waarbij ultrageluid wordt gebruikt om onder meer zwangerschappen in beeld te brengen. Ultrageluid heeft echter een zeer korte golflengte. De individuele legoblokjes moeten kleiner zijn dan die golflengte, anders stroomt het geluid er gewoon doorheen. Voorlopig is de miniaturisatie van de legoblokjes nog geen realiteit.
De vondst werkt echter wel voor geluid dat mensen kunnen horen. Daardoor zien de onderzoekers mogelijke toepassingen voor geluidsverbetering. Dan klinkt geluid uit simpele speakers, zoals die in een telefoon zitten, veel beter dankzij de transformerende geluidsmuur. Ook kan de muur zorgen voor een betere geluidsverdeling in concertzalen.
Beeld: Duke University
