The reduction of gravitational effects may evoke emancipatory associations, yet such conditions predominate in our universe, and are in fact a significant obstacle for a variety of scientific research conducted beyond the Earth’s atmosphere. In a spacecraft, the only way to transport and position nearly all uncontained gases, liquids, and powders, is by means of a phenomenon known as acoustic levitation. Below on Earth, the selfsame phenomenon creates the impression of a localized absence of gravity, enabling the airborne levitation of fluids and solid matter.
A 15 kHz standing wave is generated between a transducer and a reflective surface: two waves sharing the same frequency and amplitude propagating with a 180 degree phase shift in opposite directions. Where the two waves superpose, the acoustic pressure is cancelled out, resulting in the formation of pressureless nodes that occur at half wavelength intervals -- standing waves cannot arise unless they divide their medium into an integral quantity of half wavelengths. A high frequency, high amplitude standing wave, traveling through the air, creates tightly focused pressure fields that are strong enough to trap matter in the pressureless nodal cavities.
For this rendition of Sonolevitation, slivers of gold are acoustically suspended and spun in different directions at varying speeds. The spin reveals the rotary behavior of acoustic vibrations as well as the dynamics of frictionless motion (untainted by gravitational forces). A close-range microphone monitors the slivers’ modulation of the levitatory standing wave: the slightest turbulence or change in spin has highly audible consequences. The slivers also interact with each other, modifying one another’s spin patterns.
Because optical radiation similarly exerts pressure on matter in a nodal fashion, precise analogies of frequency, wavelength and particle size can be made between acoustic and electromagnetic levitators. As such, sonic ‘force field tailoring’ serves as an ideal testing ground for colossal, long-wave electromagnetic levitators that will be a critical necessity for automated architectural engineering in microgravity. Acoustically levitated materials can also be efficaciously sculpted by sound fields, with specific variations in density that can turn free hanging micro-droplets of liquid into highly sensitive optical resonators, capable of lasing and intra-cavity absorbance.
‘Space’ exploration is not only imperative for scientific and survivalist reasons, but also for purely aesthetic ends. Sonolevitation is the first in a series of projects in preparation for microgravitational, near-vacuous environments. The capacity to create artworks in large-scale vacuums (much larger than the ones that could ever be produced on Earth) permits the actuation of altogether unforeseen optical and acoustic processes.
(Evelina Domnitch and Dmitry Gelfand)
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"Die Erde ist die Wiege der Menschheit, doch es ist unmöglich sein ganzes Leben in einer Wiege zu verbringen." (Constantin Eduardovich Tsiolkovsky)
Die Reduktion der Schwerkraft mag emanzipatorische Assoziationen hervorrufen, doch sind solche Bedingungen in unserem Universum vorherrschend und in Wirklichkeit schwerwiegende Hindernisse für eine Reihe von wissenschaftlichen Versuchen die jenseits der irdischen Atmosphäre durchgeführt werden. Die einzige Möglichkeit, um Gase, Flüssigkeiten und Staubpartikel, die nicht anderweitig verpackt sind, in einem Raumschiff zu transportieren und zu positionieren ist ein Phänomen das als akustisches Schweben bezeichnet wird. Unten auf der Erde erzeugt dasselbe Phänomen den Eindruck einer lokalen Aufhebung der Gravitation und ermöglicht das Schweben von Flüssigkeiten und Festkörpern in der Luft.
Eine stehende Welle mit einer Frequenz von 15kHz wird zwischen einem Schallgeber und einer reflektierenden Fläche erzeugt: zwei Wellen mit derselben Frequenz und Amplitude breiten sich mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad gegenläufig aus. An den Punkten an denen sich die beiden Wellen überlagern wird der Schalldruck ausgelöscht und es kommt zur Ausbildung von druckarmen Knotenpunkten in Intervallen der halben Wellenlänge -- stehende Wellen bilden sich nur aus, wenn sie ihr Medium in eine ganzzahlige Anzahl von halben Wellenlängen unterteilen können. Eine stehende Welle mit hoher Frequenz und großer Amplitude bewegt sich durch die Luft und erzeugt eng fokussierte Druckpunkte die stark genug sind, um Materie in den druckarmen Knotenpunkten einzufangen.
In dieser Version von 'Sonolevitation' werden Blättchen aus Gold akustisch in der Schwebe gehalten und in unterschiedlichen Richtungen mit wechselnder Geschwindigkeit umhergewirbelt. Ihr Drall zeigt das Rotationsverhalten akustischer Schwingungen und auch die Dynamik reibungsloser Bewegung (unbeeinträchtigt von Gravitationseffekten) an. Ein Nahfeldmikrofon zeichnet die Modulation der hebenden stehenden Welle durch die Goldblättchen auf: Die kleinste Turbulenz oder Veränderung in der Drehung hat hörbare Konsequenzen. Die Blättchen interagieren außerdem miteinander und verändern so gegenseitig ihre Bewegungsmuster.
Weil optische Strahlung in ähnlicher Weise Druck auf Materie in der Form von Schwingungsknoten ausübt können präzise Analogien von Frequenz, Wellenlänge und Partikelgrösse zwischen akustischen und elektromagnetischen Schwebesystem gezogen werden. Aus diesem Grund ist akustische 'Kraftfeldformung' ein ideales Versuchsgelände für kolossale, langwellige elektromagnetische Schwebesysteme, die eine grundlegende Notwendigkeit für automatisierte architektonische Konstruktionen in der Mikrogravitation sein werden. Akustisch schwebende Materialien können auch wirksam durch Klangfelder geformt werden. So können frei schwebende Tröpfchen von Flüssigkeit durch spezifische Veränderungen in der Dichte zu hoch sensiblen optischen Resonatoren werden, die Lasern können.
Die Erforschung des 'Raumes' ist nicht nur aus wissenschaftlichen und überlebenstechnischen Gründen, sondern auch für rein ästhetische Ziele zwingend. Sonolevitation ist das erste Projekt in einer Reihe zur Vorbereitung auf Umgebungen in der geringste Schwerkraft und nahezu Vakuum herrschen. Die Fähigkeit Kunstwerke in großen Vakuen (in viel größeren als sie jemals auf der Erde erzeugt werden könnten) zu schaffen, ermöglicht es, vollkommen unvorhergesehene optische und akustische Prozesse auszulösen.
(Evelina Domnitch und Dmitry Gelfand. Übersetzung von Stefan Riekeles)