17 feb. 1999
2 minuten
Bij het focusseren van geluidsgolven in een zo klein mogelijk gebied, stuiten wetenschappers op een fundamentele grens, de zogeheten diffractielimiet. Als geluidsgolven worden gefocusseerd in een gebied dat kleiner is dan één golflengte beginnen de golven af te buigen en te spreiden. Recentelijk hebben onderzoekers complexe akoestische lenzen van metamaterialen ontworpen om deze difractielimiet te overwinnen, maar een nieuw onderzoek toont nu aan dat het kan meet veel eenvoudiger materialen: namelijk 49 lege colablikjes
Om akoestische lenzen te bouwen maakten natuurkundigen Geoffroy Lerosey, Fabrice Lemoult en Mathias Fink van het Institut Langevin Ondes et Images aan de École Spérieure de Physique et de Chimie (ESPCI ParisTech) een matrix van 7 x 7 lege colablikjes, waarvan ook de openingslipjes waren verwijderd. Rondom de colamatrix plaatsten ze acht computerluidprekers. Als die luidsprekers een enkele toon weergeven, planten de geluidsgolven zich voort rondom en binnen de blikjes, waardoor die collectief gaan oscilleren, als orgelpijpen. In zijn geheel genereert de lens een variëteit aan resonantiepatronen, waarvan enkele uit de openingen van de blikjes komen en die zijn veel kleiner dan de golflengte van de geluidsgolven.
Tijdomkering
De kleine golven zijn vergelijkbaar met emanescerende (uitdovende) golven die details kunnen oonthullen die kleiner zijn dan een golflengte en die kunnen worden gebruik om geluid te focusseren. Als de onderzoekers de uitdovende golven kunnen invangen, kunnen ze de diffractielimiet overwinnen. Maar de emanescerende golven bestaan alleen maar heel dicht bij het oppervlak van een voorwerp, omdat ze heel snel uitdoven. Tot nu toe gebruiken onderzoekers akoestische lenzen om ze te versterken en ze zo makkelijker te pakken te krijgen.
In Parijs hebben de onderzoekers een methode gevonden om de evanescent-achtige golven die uit de frisdrankblikjes komen te versterken en in te vangen. Zij noemen die methode ’tijdomkering’. Daarvoor nemen ze het geluid boven een enkel blikje op met een microfoon en dan spelen ze dit geluid achterstevoren af via de luidsprekers. De resulterende geluidsgolven versterken het geluid boven het blikje waar het geluid vandaan kwam en doven verder overal het geluid uit.
Terwijl dit enkele blikje doorgaat met resoneren worden de geluidsgolven binnen het blikje verstrooid. Normale geluidsgolven verstrooien en verdwijnen snel, maar bij de evanescent-achtige golven duurt het langer – ongeveer een seconde – voordat zij uit het blikje worden verstrooid. Dat geeft genoeg tijd om ze te laten opbouwen tot een sterk gefocusseerd punt van slechts een paar centimeter of ongeveer een vijfentwintigste van de golflengte van de originele akoestische golf. Dat is significant voorbij de diffractielimiet.
Energie leveren
"Zonder al te enthousiast te worden , kan ik zeggen dat dit de eerste experimentele demonstratie is van verreveld focusseren van geluid, voorbij de diffractiegrens", zegt Lerosey in het tijdschrift Nature News. Door te laten zien dat dit al simpelweg kan met colablikjes zijn er volgens de onderzoekers bijvoorbeeld concrete mogelijkheden voor het leveren van energie aan minuscule elektromechanische componenten.
Anderen lazen ook
