Neu entwickeltes Gerät kann Schall in nur eine Richtung lenken

Wissenschaftler in der Schweiz haben ein neuartiges Gerät entwickelt, das Schallwellen gezielt in nur eine Richtung lenken kann. Diese Technologie könnte die Grundlage für zukünftige Kommunikations­systeme und verschiedene andere Anwendungen.

Gezielter Gegendruck

Das Gerät, das von Forschern der ETH Zürich und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) entwickelt wurde, besteht aus einer scheibenförmigen Kammer mit drei gleichmäßig verteilten Ports. Jeder dieser Ports kann sowohl Schall senden als auch empfangen. Im Ruhezustand breiten sich Schallwellen von einem Port aus und sind in den beiden anderen Ports gleichermaßen hörbar. Ein Teil der Schallwellen kehrt als Echo zum Ausgangspunkt zurück. Sobald das System jedoch aktiviert wird, kann nur noch ein Port den Schall empfangen, während die anderen stumm bleiben.

Der Schlüssel zu dieser Einweg-Übertragung liegt in der gezielten Zufuhr von strömender Luft, die durch die Kammer geleitet wird, berichtet Science Alert. Diese Luftbewegung erzeugt ein Muster aus Schwingungen, das die Schallwellen in eine Richtung lenkt und gleichzeitig ihre Energie verstärkt.


Das Resultat: Die Schallwellen verlieren auf ihrem Weg keine Energie und werden sogar stärker, während sie sich von einem Port zum nächsten bewegen. Diesen Effekt vergleichen die Forscher mit einem Kreisverkehr für Schall. Das Konzept könnte weitreichende Anwendungen in der Schall- und Wellentechnologie finden.

Auf andere Wellen anwendbar

"Dieses Konzept der verlustkompensierten, nicht reziproken Wellenausbreitung ist ein wichtiger Durchbruch, der auch auf andere Systeme übertragen werden kann", erklärte Nicolas Noiray, leitender Forscher des Projekts. Schallwellen sind normalerweise reziprok, das heißt, sie können sich in verschiedenen Richtungen gleichmäßig ausbreiten. Das neue System ermöglicht jedoch eine gezielte, einseitige Übertragung, was besonders in Bereichen wie der Geräuschunterdrückung von großem Nutzen sein könnte.

Bereits 2014 hatten Forscher der University of Texas ein ähnliches System entwickelt, das jedoch mit dem Problem der Energieverluste zu kämpfen hatte. Das Team der ETH Zürich konnte dieses Problem lösen, indem es die Schallwellen durch die erzeugten Schwingungen verstärkte. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und könnten auch die Entwicklung von Technologien zur Steuerung elektromagnetischer Wellen, beispielsweise in Radarsystemen, beeinflussen.


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