Spezielle Makro-Kristallstrukturen der Empa schlucken tiefe Töne

Teaserbild-Quelle: Empa
Schallisolierende Baustoffe?

Forschende der Empa haben spezielle Kristallstrukturen entwickelt, die die Ausbreitung von Schallwellen abschwächen. Mit ihrer Methode lassen sich Baustoffe entwerfen, die auch tiefe Frequenzen besonders gut abfangen.

Forschende der Empa haben die Basis für formfeste und dabei leichte Baustoffe gelegt, die insbesondere auch tiefe Frequenzen sehr gut abfangen können. Das Forschungsteam um Andrea Bergamini hat dafür sogenannte phononische Kristalle mit speziellen Zusatzeigenschaften versehen, wie sie im Fachblatt «Nature Communications» berichten.

Unter phononischen Kristallen versteht man makroskopische Kristallstrukturen, die mit Schallwellen auf spezielle Weise wechselwirken und diese streuen. So «schlucken» sie ganz bestimmte Frequenzbereiche an Schallwellen, lassen andere aber passieren.

Drehbare Teller

Bergamini und sein Team bauten in solch phononische Kristallstrukturen etwas ein, das man als kleine, drehbare Teller umschreiben könnte. Diese setzen Schwingungen entlang der Längsachse in Drehbewegungen um, wie die Empa am Montag in einer Mitteilung schrieb.

Dadurch lasse sich die Schwingung nicht nur in verschiedene Raumrichtungen streuen, sondern auch in Wärmeenergie umwandeln. Je nach Grösse der Teller wechselwirken sie mit anderen Frequenzbereichen.

In einem weiteren Schritt koppelten die Forscher mehrere dieser Drehteller miteinander. Je nach Art dieser Kopplung kann die entsprechende Kristallstruktur einen breiten Frequenzbereich schlucken oder aber weiterleiten.

Schallisolierende Baustoffe

Die Wissenschaftler haben auch eine erste mögliche Anwendung für die Kristallstruktur mit Schall-schluckender Konfiguration getestet: Bergamini konstruierte hierfür ein Fenster aus zwei Plexiglasscheiben, in welche entsprechend gekoppelte Drehteller integriert waren.

Die Grösse dieser Drehteller war so gewählt, dass bestimmte Frequenzen aus der menschlichen Sprache herausgefiltert wurden. Das Ergebnis: Eine sprechende Person hinter diesem «Kryptografie-Fenster» ist zwar gut zu sehen und gedämpft zu hören, der Inhalt aber nicht mehr zu verstehen.

Auf Basis dieses physikalischen Tricks liessen sich schallisolierende Baustoffe herstellen, die bis zu 100 mal leichter sein können als phononische Isolatoren mit gleicher Wirkung, schrieb die Empa. Das gezielte Herausfiltern störender Frequenzen könnte dabei sowohl für Architektur als auch für den Flugzeug- und Fahrzeugbau interessant sein. (sda/pb)