Erfunden: das „Metamaterial“, das Schall blockiert, aber Luft und Licht durchlässt

Eine Gruppe von Forschern der Boston University hat ein neues akustisches Metamaterial hergestellt: Es kann Schall blockieren, lässt aber Luft und Licht passieren.

Ist es möglich, einen Schall zu blockieren, aber Luft und Licht durchzulassen? Betrachtet man die heute auf dem Markt erhältlichen schallabsorbierenden Materialien, lautet die Antwort Nein. Die derzeitigen Lärmschutzbarrieren sind massive Strukturen, regelrechte „Wände“, die Schallwellen blockieren, aber auch den Durchgang von Luft und Licht verhindern. Diese technische Einschränkung veranlasste ein Team der Boston University, an der Entwicklung einer Lösung zu arbeiten, die Geräusche auslöschen kann, ohne den Luftstrom zu stoppen. Die Forscher nutzten mathematische Regeln, um ein innovatives akustisches Metamaterial zu entwickeln. Akustische Metamaterialien sind Materialien, die ihre Zusammensetzung und Form nutzen, um Schallwellen zu blockieren, zu verlangsamen oder zu reflektieren. Damit ihr Material schallabsorbierend, zugleich aber durchlässig für Licht und Luft ist, kombinierten die Forscher zwei transparente Materialien, die Schallwellen mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten blockieren, um die Schalldämmung zu erhöhen. Anschließend ermittelten sie die beste Form, um die Schallreduzierung zu optimieren und genügend Licht und Luft hindurchzulassen. Das Ergebnis ist ein Ring mit sechs leeren Tunneln, die sich propellerförmig winden, um die Schallwellen auf einen gewundenen Weg zu lenken, der sie mit einer Wirksamkeit von 94 % zerstreut.

Metamaterial, das Schall blockiert, aber keine Luft

Der Prototyp wurde in der Fachzeitschrift Physical Review B in einem Artikel des Projektkoordinators, Ingenieur Xin Zhang, vorgestellt. „Die heutigen Lärmschutzbarrieren“, heißt es im Text, „sind buchstäblich dicke und schwere Wände. Diese Systeme dämpfen den Verkehrslärm und die Lautstärke von Musik in einem Konzertsaal, blockieren aber auch den Durchgang von Luft.“ Und genau hier unterscheidet sich das von den Bostoner Forschern entdeckte Metamaterial von der herkömmlichen Schalldämmung, denn es blockiert die Schallwellen, aber nicht die Luft. Labortests bestätigten die Wirksamkeit des Prototyps: Das Metamaterial wurde eingesetzt, um den von einem Lautsprecher ausgesendeten Schall zum Verstummen zu bringen, und es gelang, 94 % davon „auszulöschen“. Die Testergebnisse verblüfften die Forscher selbst und eröffneten das Feld für die Suche nach möglichen Anwendungen. Neben dem Bauwesen ist einer der Sektoren, die am meisten profitieren könnten, das Gesundheitswesen: Das Produkt könnte den von MRT-Geräten verursachten Lärm dämpfen. Auch der E-Commerce-Sektor könnte davon profitieren. „Große Unternehmen wie Amazon“, erklärt Xin Zhang, „sind daran interessiert, Drohnen für die Zustellung von Waren einzusetzen, aber die Menschen beklagen die mögliche Lärmbelästigung. Der Übeltäter ist die Bewegung des Propellers. Wenn wir solche Strukturen unter den Propellern der Drohnen installieren können, um den Schall zu dämpfen, können wir den Lärm auslöschen, der zum Boden hin abstrahlt.“