Sonische kristallen omzeilen massawet

door onze redactie, 3 oktober 2000  

Fysici aan de Universiteit van Hong Kong hebben "sonische kristallen" gefabriceerd, die slechts een paar centimeter groot zijn, maar toch in staat om alledaags geluid tegen te houden.

Zhengyou Liu en medewerkers vonden dat een 2 cm dikke plaat van deze kristallen geluid kan absorberen dat normaliter een veel dikker geluidscherm nodig zou hebben. Het nieuwe materiaal werkt beter dan de "massawet" met tenminste een factor 10 bij 400 Hz. (Zhengyou Liu et al, 2000 Science 289 1734)

De kristallen bestaan uit loden balletjes, met een diameter van 1 cm. Zij zijn omhuld met een 2,5 mm dikke lage siliconen rubber. Het geheel is geplaatst in een matrix van epoxy hars. De sterke periodieke variatie van de dichtheid veroorzaakt spectrale banden die transmissie van de geluidsgolven verhinderen. Dit effect is analoog aan de fotonen-banden in vaste stof kristallen.

Het team van Liu plaatste een geluidsbron bij het kristal en vergelijk de amplitudo van de geluidsgolven aan het oppervlak van het kristal met die in het centrum van het kristal. Duidelijk bleken bepaalde frequentie banden niet te worden doorgegeven. De ontbrekende frequenties worden geabsorbeerd door bepaalde trillingen van de gecoate loden balletjes. Om geluid te reduceren op deze manier, moet de roosterafstand in het kristal meestal van een gelijke ordegrootte zijn als de golflengte van het geluid. Voor een toepassing als geluidscherm zouden de kristallen dan in de orde van een meter diep moeten zijn. De golflengte bij 400 Hz bijvoorbeeld, bedraagt 80 cm. Dit dikte-probleem is opgelost door de kristallen onordelijk te maken. De lokale resonantie eigenschappen van het ongeordende composiet materiaal veroorzaken een negatieve elasticiteitsconstante, aldus het onderzoeksteam. Hierdoor neemt de geluidabsorptie exponentieel toe met de dikte van het materiaal. De kristallen kunnen getuned worden om verschillende golflengtes te absorberen. 

De redactie is bijzonder benieuwd wanneer dit wondermateriaal in Nederland op de markt voor geluidschermen gaat verschijnen. 

Bron:  Physics Web

 

home...