En nu is er ook: de onhoorbaarheidsmantel

Als je het recept eenmaal kent, is het eenvoudig. Plastic platen perforeren volgens de aanwijzingen, de platen driehoekig stapelen en voilà: de onhoorbaarheidsmantel.

De onzichtbaarheidsmantel kenden we al – al was het maar uit de boeken van Harry Potter. Nu is er ook de onhoorbaarheidsmantel. Fysici van de Duke University in de Verenigde Staten beschrijven hem in het jongste nummer van Physical Review Letters.

Net als bij de onzichtbaarheidsmantels dekt de term ‘mantel’ de lading niet helemaal. Tot dusver zijn alle mantels namelijk gemaakt van stevig en onplooibaar materiaal. Je kunt ze dus niet zomaar omslaan zoals Harry Potter doet.

De nieuwe onhoorbaarheidsmantel lijkt meer op een afdakje: je kunt er een voorwerp onder leggen dat daarna niet meer op te sporen is met de echo van geluid. Met de methode die vleermuizen en sonarsystemen gebruiken, dus.

De fysici gebruikten dezelfde wiskundige techniek waarmee fysicus Sir John Pendry in 2006 als eerste een onzichtbaarheidsmantel ontwierp. In die mantel worden lichtgolven zo gemanipuleerd dat ze niet langer weerkaatsen tegen een voorwerp. In plaats daarvan spoelen ze er bijvoorbeeld omheen en onttrekken zo het voorwerp aan het zicht. Kunstmatige materialen met ragfijne structuren maken zulke buitenissige manipulaties mogelijk, liet Pendry verder zien.

In 2008 toonde de groep van Steven Cummer van Duke University dat dit voor geluid niet wezenlijk anders is: met dezelfde wiskundige techniek kunnen fysici ook materialen ontwerpen die geluid vertragen en van richting laten veranderen. Het belangrijkste verschil is dat geluidsgolven zich anders voortplanten dan lichtgolven. Om geluid te manipuleren moeten daarom andere materiaaleigenschappen aangepast worden. „En dat blijkt gemakkelijker te gaan dan vaak gedacht”, mailt Bogdan-Ioan Popa, uit de groep van Cummer.

De onhoorbaarheidsmantel die hij en zijn collega’s gemaakt hebben, bewijst dat. Want als je het recept eenmaal kent is het een koud kunstje om gaatjes in plastic platen te boren en zulke platen te stapelen.

De fysici bedekten er een 10 centimeter lang houten blok mee. Geluid tussen 1 en 4 kilohertz (de bovenste twee octaven van een piano) dat aan het met de mantel bedekte driehoekige blok weerkaatste, bleek daarna niet te onderscheiden van geluid dat gewoon vanaf de ondergrond terugkaatste. Alsof er niks lag.

Daarmee lijkt de onhoorbaarheidsmantel op een speciale klasse van onzichtbaarheidsmantels: de onzichtbaarheidstapijten. Daar kun je ongemerkt een voorwerp onder schuiven, omdat manipulaties met lichtgolven de hobbel die dan ontstaat weer ‘gladstrijken’. Vertaald naar geluid: het bijsturen van geluidsgolven stelt de echo bij.

Om dat voor elkaar te krijgen speelden de fysici via het gaatjespatroon (meer lucht/meer plastic) met twee eigenschappen van de stapel: de dichtheid en de samendrukbaarheid. Niet gek, want juist die bepalen hoe snel en in welke richting geluid door een materiaal reist.

En ja, mailt Popa, je zou zo ook schepen (hobbels) op de oceaan (een tapijt) onzichtbaar voor sonar kunnen maken. „Een andere toepassing is geluidsisolatie, want je kunt met deze techniek geluid wegvoeren uit ruimtes. En je kunt er de akoestiek van concertzalen mee aanpassen.”