Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Wetenschappers hebben een regenboog gecreëerd waarvoor geen regen of zonneschijn nodig is – hij is namelijk gemaakt van geluid.
Een prisma kan licht splitsen in verschillende kleuren, waardoor we een regenboog zien. Deense en Spaanse onderzoekers hebben nu een vergelijkbaar apparaat ontwikkeld, maar dan voor geluid. Het scheidt witte ruis in verschillende toonhoogtes en dirigeert die naar verschillende locaties, waardoor een soort akoestische regenboog ontstaat. Ze beschrijven de zogenoemde acoustic rainbow emitter (ARE) in vakblad Science Advances.
Lees ook:
Hoge tonen
Het apparaat werkt als volgt: een audiobron in het midden produceert witte ruis, een geluid dat bestaat uit allerlei verschillende frequenties (toonhoogtes). Daaromheen bevinden zich speciale structuren waar het geluid tegenaan botst. Hoe het geluid precies wordt teruggekaatst, hangt af van zowel de grootte en vorm van die structuren als van de frequentie van het geluid. De vormen zijn zo ontworpen dat geluidsgolven met verschillende frequenties in verschillende richtingen worden gestuurd. Zo worden de toonhoogtes ruimtelijk gescheiden – vergelijkbaar met hoe een prisma wit licht splitst in de kleuren van een regenboog.
De witte ruis in dit experiment bestond uit frequenties tussen de 8 en 13 kilohertz. Het menselijk gehoor reikt van 20 hertz tot 20 kilohertz – het zijn dus vrij hoge geluiden (ter vergelijking: de hoogste noot van een piano is iets meer dan 4 kilohertz). Door alleen te focussen op deze hoge frequenties kon het apparaat klein blijven, ongeveer zo groot als een menselijk oor. Lagere frequenties hebben langere golflengtes en om die goed te weerkaatsen heb je een (veel) groter apparaat nodig.
Luister hieronder naar de akoestische regenboog. Maar let op: hoewel een regenboog van licht er mooi uit ziet, klinkt een geluidsregenboog niet per se zo fraai. De ARE (wit) draait in deze animatie rond ten opzicht van de luisteraar (de rode stip).
Niet eenvoudig
Het ontwikkelen van de ARE was niet eenvoudig. Het scheiden van geluidsgolven is namelijk veel complexer dan lichtgolven: geluid gedraagt zich fundamenteel anders en de golven zijn bovendien vele malen groter. De onderzoekers gebruikten daarom een techniek die morfogenese heet. Daarbij wordt gestart met een willekeurige vorm, waarna een computerprogramma telkens kleine aanpassingen doet en digitaal test wat het effect is op de verspreiding van verschillende frequenties. Veranderingen die bijdragen aan het bereiken van het doel – het creëren van een akoestische regenboog – krijgen een hogere score. Na duizenden iteraties blijven de best scorende vormen over, en zo ontstaat uiteindelijk een ontwerp dat een geluidsregenboog kan maken. De zo ontwikkelde ARE heeft vreemde vormen die een mens waarschijnlijk nooit zou hebben bedacht.
En hebben we hier nog wat aan? Aan een akoestische regenboog waarschijnlijk niet. Maar aan de technologie erachter wel. Die leert ons niet alleen meer over geluidsgolven, maar kan bijvoorbeeld ook worden gebruikt om de akoestiek van een ruimte te verbeteren door bepaalde storende frequenties naar geluidsdempers te sturen. Bovendien is de technologie passief, er is geen elektriciteit voor nodig.
Bronnen: Science Advances, Phys.org, Science News