Akustisch unsichtbar

Ein neuartiges Material macht darin eingeschlossene Gegenstände für Schallwellen nicht mehr erfassbar.

Forscher an der Duke University im amerikanischen Durham haben ein Material entwickelt, mit dem Gegenstände akustisch unsichtbar werden. Mit der Technik wäre es beispielsweise möglich, Schiffe vor der Sonarerkennung zu verstecken oder eine Konzerthalle mit einer hochkomplexen Architektur zu bauen, die keinen oder nur geringen Einfluss auf den Raumklang hat. Die "akustischen Tarnkappe" sorgt stets dafür, dass Schall nicht mehr reflektiert wird.

Bislang arbeiteten Wissenschaftler vor allem daran, Gegenstände für bestimmte Lichtwellenlängen unsichtbar zu machen - mit sogenannten Metamaterialien, in der Natur nicht vorkommenden Stoffen, die das Licht so umleiten, als wären sie (und der Gegenstand unter ihnen) nicht vorhanden. Steven Cummer, Professor für Elektrotechnik, übertrug dieses Ansatz nun auf die Akustik - statt Lichtwellen wird Schall abgelenkt. Als Metamaterial nutzen die Duke-Forscher Kunststoffbahnen, die über Löcher bestimmter Größen und Formen verfügen, die Cummer zuvor errechnet hat.

Im Versuch platzierten die Wissenschaftler ein zehn Zentimeter großes Holzstück unter dem Kunststoff. In hörbaren Frequenzbereichen zwischen einem und vier Kilohertz, was in etwa zwei Oktaven auf dem Klavier entspricht, war dieser Block anschließend mittels Sonar nicht mehr feststellbar. Auch umgekehrt ist die Technik anzuwenden, etwa zur Schallabdichtung eines Studios. Cummer versucht derzeit, sein Material für größere Frequenzbereiche anzupassen.

"Der Ansatz des Unsichtbarmachens ist grundsätzlich gleich - es ist egal, ob etwas mit Schall- oder Lichtwellen erfasst wird", sagt Cummer gegenüber der britischen BBC, "bei den Materialien gibt es zwischen Akustik und Elektromagnetismus aber große Unterschiede".

2008 hatte der Duke-Forscher seine Theorie bereits erstmals publiziert, doch bis zur praktischen Umsetzung dauerte es bis heute. "Mit unserer Technik reflektiert Schall von der Tarnkappe so, als handele es sich um eine flache Oberfläche."

Noch ist der Ansatz allerdings nicht universell einsetzbar. Im Versuch handelte es sich um gerichtete Schallwellen und die Funktionsweise wurde nur in zwei Dimensionen beschrieben. Um die Technik auf einen vollständigen Raum zu übertragen, muss Cummer noch viel rechnen.

Neben dem Duke-Forscherteam arbeiten auch Forscher an der University of Urbana-Champaign in Illinois an akustischen Tarnkappen. Im Januar publizierten Shu Zhang, Chunguang Xia und Nicholas Fang vom Institut für Maschinenbau und Ingenieurwissenschaften ein Paper, in dem sie einen zylindrischen Körper beschrieben, der dank seiner nichtschwingenden Charakteristik einen Frequenzbereich zwischen 52 und 64 kHz verstecken kann.

Das Urbana-Champaign-Team geht davon aus, dass sich der Ansatz auch auf andere akustische Frequenzen "stimmen" lässt. Ultraschall lässt sich bereits ohne große Streuung und Schattenbildung ablenken. (bsc)