Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unterwasser-Mikrofon setzt auf Hören wie ein Wal

28.06.2011
Orca-Ohren als Vorbild für empfindliches, vielseitiges Sensorsystem

Forscher an der Universität Stanford haben ein Unterwasser-Mikrofon (Hydrofon) entwickelt, das ein enormes Geräuschspektrum messen kann. Das umfasst Frequenzen über 17 Oktaven und Lautstärken vom flüsterleisen Hintergrundgeräusch im Ozean bis hin zu einer TNT-Explosion in unmittelbarer Nähe. Im Gegensatz zu klassischen Hydrofonen funktioniert das System zudem bei beliebiger Wassertiefe. Um all das zu ermöglichen, hat sich das Team an einem natürlichen Vorbild orientiert - dem Gehör von Orcas.

Das Gehör der Meeressäuger ist ein ideales Vorbild. "Sie hatten Millionen Jahre, um ihr Sonar zu perfektionieren, und das merkt man", sagt Onur Kilic, Elektrotechnik-Postdoc in Stanford. So deckt das Gehör der Tiere einen gewaltigen Frequenzbereich ab und funktioniert auch bei größerer Tiefe.

Nano-Tricks
Schall besteht aus Druckwellen, den Ohren ebenso wie normale Mikrofone mithilfe schwingender Membranen messen. Dieses Prinzip scheitert unter Wasser bald. Denn je zehn Meter Tiefe steigt der Druck um eine Atmosphäre - bis auf rund 1.100 atm im Mariannengraben, der tiefsten Stelle der Weltmeere. "Damit ein Sensor kleine Fluktuationen bei so einem großen Spektrum an Außendruck messen kann, muss er mit Wasser gefüllt sein", so Kilic. Die Forscher haben daher in eine nur 500 Nanometer Dicke Membran eine Anordnung von Nanolöchern gebohrt.

Diese Löcher lassen nicht nur Wasser durch, damit der Druck auf beiden Seiten der Membran gleich ist. Sie sind gleichzeitig ein wichtiger Teil des Messsystems. "Die Verschiebungen des Diaphragmas bei den leisesten Geräuschen im Ozean liegt bei einem Hundertausendstel Nanometer", betont der Elektrotechniker. Um diese winzigen Bewegungen zu erfassen, setzt das System auf Laserlicht, das eigentlich einfach durch die Membran scheinen würde. Doch die Löcher haben eine Größe im Bereich der Wellelänge des Lichts, was zu einer Interferenz und letztlich der Reflexion des Lichts führt.

Dreifach-Membran
Das Mikrofon nutzt zudem drei unterschiedlich große Membranen, die auf verschiedene Lautstärken abgestimmt sind. Eine erfasst dabei sehr leise Geräusche, die einem Flüstern entsprechen, eine weitere sehr laute wie eben eine Explosion. Die dritte Membran deckt die Mitte des Lautstärkespektrums ab. Dabei fungieren die Komponenten als ein Sensor, der insgesamt über einen Bereich von 160 Dezibel funktioniert. Ähnlich dem Vorbild Walgehör kann der erbsengroße Sensor dabei Frequenzen von einem Hertz bis zu 100 Kilohertz wahrnehmen.

Thomas Pichler | pressetext.redaktion
Weitere Informationen:
http://www.stanford.edu

Weitere Berichte zu: Frequenz Gehör Geräusch Hydrofon Lautstärke Membran Mikrofon Ozean Sensor Unterwasser-Mikrofon Wal

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Bergamoten – Verlockung und Verhängnis für Tabakschwärmer
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt
19.04.2017 | Forschungszentrum Jülich GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI mit neuesten VR-Technologien auf der NAB in Las Vegas

24.04.2017 | Messenachrichten

Leichtbau serientauglich machen

24.04.2017 | Maschinenbau

Daten vom Kühlgerät in die Cloud

24.04.2017 | HANNOVER MESSE