Automobilio salonas jau seniai laikomas vienu sudėtingiausių erdvių, kai kalbama apie kokybišką garso atkūrimą. Vairuotojas dažnai mėgaujasi aiškiu ir subalansuotu garsu, o keleivis gale girdi tarsi visai kitą melodiją – gesesnę, prislopintą, neretai iškraipytą. Toks skirtumas erzina net naudojant brangiausias automobilines garso sistemas. Tačiau mokslininkai iš Kinijos pagaliau atrado sprendimą, kuris gali visiškai pakeisti automobilių audio rinką ir užbaigti daugelį metų trunkančią akustinę nelygybę tarp sėdynių.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
Garso kokybės problema slypi automobilio geometrijoje
Net ir moderniausi automobiliai turi bendrą trūkumą – salonas nėra akustiškai tobulas. Garsiakalbiai natūraliai skleidžia garsą kryptingai, tad didžioji dalis garso bangų keliauja pirmyn arba į šalis, o ne tolygiai visomis kryptimis. Prie to prisideda ir saloną formuojančios detalės: sėdynės, prietaisų skydelis, centrinė konsolė, stogo atramos, net keleivių kūnai. Šios kliūtys atspindi, išsklaido ar susilpnina garso bangas. Labiausiai nukenčia aukšti dažniai, kurie yra jautresni interferencijai ir turi trumpesnį bangos ilgį.
Tai paaiškina, kodėl kartais vairuotojas girdi skaidriai ir aiškiai, o gale sėdintis žmogus – tarsi klausytų muzikos per sieną. Anksčiau šią problemą bandyta spręsti tiesiog diegiant daugiau garsiakalbių arba naudojant pažangius elektroninius derinimo algoritmus. Tai veikia, bet smarkiai išbrangina visą garso sistemą. Todėl svarbiausias klausimas išlieka tas pats: ar įmanoma kokybę pagerinti nebranginant pačios įrangos?
Fraktalai – naujas garsinės akustikos ginklas
Kinijos mokslininkai į šį klausimą pažvelgė visiškai naujai. Vietoj tradicinių sprendimų jie panaudojo fraktalines struktūras, o tiksliau – Koch snaigės formą. Ši unikali geometrinė figūra turi stulbinančią savybę: jos perimetras ilgėja su kiekviena iteracija, nors plotas lieka toks pats. Tai reiškia, kad ji gali turėti labai daug „kraštų“ neprarasdama kompaktiškumo.
Pritaikyta akustikoje, ši fraktalinė struktūra veikia kaip protingas garso bangų sklaidytuvas. Ji natūraliai didina difrakciją – kai garso bangos lūžta ir tarsi „apsivynioja“ aplink objektą. Tokiu būdu garsas pasklinda daug tolygiau ir pasiekia erdves, kuriose anksčiau jo trūkdavo. Ir visa tai – nepridedant jokio papildomo dydžio ar masės. Tai ypač svarbu automobiliuose, kur kiekvienas centimetras brangus.
Nuo laboratorijos iki realaus automobilio
Šios naujos technologijos prototipas buvo išbandytas dviejų etapų tyrimu: pirmiausia laboratorijoje, o vėliau – realiame automobilyje. Fraktalinis metamaterialas buvo pritvirtintas tiesiai prie automobilio garsiakalbio, o tyrėjai matavo garso slėgio lygius skirtingose sėdynėse.
Rezultatai buvo įspūdingi. Skirtumai tarp sėdynių gerokai sumažėjo, ypač aukštųjų dažnių diapazone, kuris paprastai yra sunkiausias vienodai paskirstyti. Dar svarbiau tai, kad automobilio bandymų rezultatai praktiškai sutapo su laboratoriniais. Tai patvirtina, jog fraktalinė struktūra išlieka stabili ir efektyvi net esant vibracijoms, temperatūrų pokyčiams ar keleivių judėjimui.
Mokslininkai taip pat pažymėjo, kad technologija yra lengvai modifikuojama. Šiuo metu jau vyksta darbas siekiant išplėsti metamaterialo dažnių diapazoną, kad jis darytų įtaką ne tik aukštiems, bet ir vidutiniams ar žemiems dažniams. Tokiu atveju garso atkūrimas automobilyje galėtų pakilti į visiškai naują lygį.
Pramonė susidomėjo: fraktalinė akustika gali pasiekti gamybą
Ypač svarbus signalas rinkai – prasidėjusios mokslininkų diskusijos su vienu didžiausių Kinijos automobilių gamintojų „Chery Automobile“. Ši kompanija jau domisi galimybe komercinti fraktalinį metamaterialą. Jei bendradarbiavimas pavyks, naujoji technologija gali pasirodyti masinėje automobilių gamyboje per artimiausius keletą metų.
Tai reikštų, kad ateityje net ir vidutinės klasės automobiliai galėtų pasiūlyti tokį garso lygį, kokį šiandien girdime tik prabangiuose modeliuose su aukštos klasės garso sistemomis. Lietuvoje tai būtų ypač aktualu, nes premium klasės audio paketai dažnai kainuoja šimtus ar net tūkstančius eurų – ir ne visi pirkėjai gali ar nori už tai mokėti. Jei fraktaliniai metamaterialai taps pigesne alternatyva, jų nauda būtų juntama visuose kainų segmentuose.
Ar tai ateities standartas?
Akivaizdu, kad fraktalinė akustika gali tapti vienu reikšmingiausių garso technologijų proveržių per pastarąjį dešimtmetį. Jei ši technologija bus pritaikyta plačiai, automobilio salone pagaliau nebeliks „blogiausios vietos“, o garso kokybė taps vienodai gera visur – nuo vairuotojo iki galinės eilės.
Vairuotojai žino, kiek emocijų suteikia mėgstamos muzikos klausymas kelyje. Jei ši inovacija bus įgyvendinta, kelionės taps ne tik tyliau, bet ir harmoningiau skambančios. O galbūt net atsiras nauja garso kokybės karta, kuri taps pramonės standartu.
