En skulptur som spiser lyd – om akustiske metamaterialer

Eusebio Semperes skulptur Órgano (1977), Fundación Juan March i Madrid.

Eusebio Semperes skulptur Órgano (1977), Fundación Juan March i Madrid.

Eusebio Semperes skulptur Órgano har en helt spesiell lydegenskap. Den demper lyd i det mest følsomme hørbare området (1,6 – 4 kHz) med 10 – 20 dB. Dette er nok utilsiktet, men som en artikkel i Nature i 1995 viste så skyldes det at skulpturen er et eksempel på et sonisk krystall.

Skulpturen består av mange stålrør med høyde opptil 2.7 m og nøyaktig 10 cm avstand. Dette er et eksempel på et metamateriale, dvs et kunstig materiale som ikke finnes i naturen og som har helt spesielle lydegenskaper, i dette tilfellet som lyddemper.

En av de siste som kom med nye spennende resultater var en forskergruppe ved Universitetet i Illinois som for et år siden annonserte at de hadde laget en akustisk usynlighetskappe som vist på bildet. Den har den magiske egenskapen at lyden som kommer fra en side bøyer rundt hullet i midten slik at samme hva som plasseres der så påvirker det ikke lydfeltet. Den virker for lydbølger i vann mellom 40 og 80 kHz, altså for sonar. Hemmeligheten er at de har laget et metamateriale som har forskjellig brytningsindeks (lydhastighet) i de forskjellige ringene rundt hullet, men på en slik måte at lyden akkurat går rundt og samler seg på den andre siden igjen.

Negativ brytningsindeks (ill. NASA)

De aller mest utenomjordiske metamaterialene har negativ brytningsindeks. I tillegg til at lydhastigheten er negativ for visse frekvenser så betyr det at effektiv tetthet og kompressibilitet også er negativ. Slik tetthet betyr at Newtons 2. lov virker baklengs: En kraft mot venstre gir opphav til aksellerasjon mot høyre. Negativ kompressibilitet er som en baklengs fjær, jo større kraft som trykker mot fjæren jo mer ekspanderer den i stedet for å trykkes sammen. Med slike materialer bøyes lyd en annen vei enn i vanlige materialer. Det kan brukes til å lage linser med superoppløsningsegenskaper.

Alle disse materialene ble først laget for elektromagnetiske bølger, men er nå altså også kommet for akustiske bølger. Man har store forventninger til nye anvendelser innenfor høyoppløselig avbildning, skjuling av objekter (stealth) eller lyddemping i anvendelser som sonar, medisinsk ultralyd og ikke-destruktiv materialprøving med lyd, ja kanskje til og med som lyddemper i bygninger.

Neste gang jeg måtte komme til Madrid, gjett hvilken skulptur jeg skal rope til?

Fra bloggen til Sverre Holm, Universitetet i Oslo. Figur fra NASA.

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s