Akustische Metamaterialien & periodische Strukturen
Der Begriff „Metamaterial“ beschreibt ein Material mit Eigenschaften, die einem auf den ersten Blick unnatürlich vorkommen. Ein Metamaterial besteht in der Regel aus kleinen sich periodisch wiederholenden Einheiten/Strukturen. Die periodisch angeordneten Elemente beeinflussen die Wellenausbreitung von akustischen Wellen. Die dynamischen Eigenschaften des Materials werden dadurch modifiziert und für bestimmte Lastfälle tritt ein „unnatürliches“ Materialverhalten auf. Betrachtet man für diese Lastfälle das Material auf der makroskopischen Ebene, können Materialparameter wie eine negative Dichte, negative Steifigkeit oder einen negativen Brechungsindex nachgewiesen werden. Metamaterialien können daher die aus der Natur bekannten Grenzen für Materialparameter aufweichen und erschließen so neue revolutionäre Anwendungsmöglichkeiten in der Vibroakustik.
Die Materialparameter eines Bauteils lassen sich z.B. durch das gezielte Einfügen von lokalen Resonanzen dynamisch modifizieren. So kann die Wellenausbreitung für bestimmte Frequenzen beeinflusst werden. Durch ein gezieltes Design der Einheitszelle und der Gesamtstruktur lassen sich so die vibroakustischen Eigenschaften von Bauteilen anpassen.