Mini-Akustische-Levitations-Demo mit Arduino UNO & HC-SR04

Komponenten und Zubehör

• 1× Arduino UNO
• 1× HC-SR04 Ultraschall-Distanzsensor (wird zerlegt für die zwei Ultraschall-Wandler)
• 1× H-Brücke (z. B. L298N oder diskret mit MOSFETs)
• 1× Breadboard + Jumper-Kabel
• 1× Diode (Freilaufdiode für H-Brücke)
• 2× Kondensator 100 nF (optional, bei Stabilitätsproblemen)
• 1× 7,5–9 V DC-Stromversorgung (LiPo oder 9-V-Block)
• 1× Pinzette / feine Zange (für Styropor-Kügelchen)
• 1× Dritte Hand / Helping Hands (zur Justage der Wandler)

Software

• Arduino IDE

Funktionsprinzip

Akustische Levitation nutzt Interferenz zweier entgegenlaufender Ultraschallwellen. Wo sich Berg und Tal überlagern (destruktive Interferenz), entstehen drucklose „Taschen“, in denen sich leichte Objekte (z. B. Styropor-Kügelchen) schweben können – analog zu Noise-Cancelling-Kopfhörern.

Der HC-SR04 enthält zwei 40-kHz-Wandler (Sender & Empfänger). Beide werden ausgebaut und als gegenüberliegende Schallquellen betrieben. Die H-Brücke treibt sie phasenverschoben (180°) an → stehende Welle mit stabilen Knotenpunkten.

Schritt 1: Ultraschall-Wandler ausbauen

1. HC-SR04 opfern: Beide Wandler (Sender & Empfänger) auslöten.
2. Metallgitter von einem Wandler entfernen (später als Auflage für das Kügelchen).
3. An beide Wandler flexible Drähte anlöten.

Schritt 2: Schaltung aufbauen

• H-Brücke an Arduino: Steuerung über Port C (Analog-Pins A0–A7 als digitale Ausgänge).
• Die beiden Wandler an die H-Brücke-Ausgänge (gegenphasig).
• 100 nF Kondensatoren nur nötig, falls Arduino bei Lastabschaltung resettet.
• Stromversorgung: 7,5–9 V (LiPo 2S oder 9-V-Block) an H-Brücke.

Schritt 3: Code (Timer1-Interrupt, 40 kHz Vollwelle)

// Original: https://makezine.com/projects/micro-ultrasonic-levitator/
byte TP = 0b10101010; // Jeder zweite Port invertiert

void setup() {
  DDRC = 0b11111111; // Alle Analog-Pins (Port C) als Ausgänge
  noInterrupts();
  TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;
  OCR1A = 200;              // 16 MHz / 200 = 80 kHz Rechteck → 40 kHz Vollwelle
  TCCR1B |= (1 << WGM12);   // CTC Modus
  TCCR1B |= (1 << CS10);    // Prescaler 1
  TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);  // Compare Match Interrupt aktivieren
  interrupts();
}

ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
  PORTC = TP;  // Muster auf Port C ausgeben
  TP = ~TP;    // Invertieren für nächsten Zyklus
}

void loop() { } // Alles im Interrupt

Schritt 4: Wandler montieren & kalibrieren

1. Wandler ca. 19 mm (¾″) voneinander entfernt positionieren (Dritte Hand ideal).
2. Winziges Styropor-Kügelchen (ca. halbe Erbsengröße) auf das Gitter legen.
3. Mit Pinzette zwischen die Wandler manövrieren – es beginnt zu zittern, wenn man nah an den Knotenpunkt kommt.
4. Abstand feinjustieren, bis das Kügelchen ruhig schwebt.

Fehlerbehebung

• Verkabelung prüfen (besonders H-Brücke & Phasenlage)
• Spannung an H-Brücke erhöhen (frischere Batterie / LiPo)
• Kleineres Kügelchen versuchen
• Wandler-Position variieren (näher/weiter, leicht schräg)
• 100 nF Kondensatoren an H-Brücke-Versorgung ergänzen
• Defekte Wandler oder H-Brücke ausschließen (tauschen)

Erster Erfolg oft nach 10–15 Min Justage. Danach geht es schneller.

Schaltplan