Fraktálová „snehová vločka“ môže konečne opraviť katastrofálny zvuk v autách

KĽÚČOVÉ ZISTENIA: 

• Čínski vedci použili fraktály na rozptýlenie zvuku v aute. 

• Kochova snehová vločka ohýba zvukové vlny špecifickým spôsobom. 

• Technológia vytvára rovnomerné zvukové pole pre všetkých pasažierov.

Každý, kto investoval do prémiového audiosystému v aute, pozná tú frustráciu: hudba znie skvele na mieste vodiča, ale hrozne na zadných sedadlách. Kabína auta je akustická nočná mora. Zvuk sa nekontrolovateľne odráža od skla, plastu a textílií, čo vytvára nerovnomerné zvukové pole plné hluchých a príliš hlučných miest.

Riešenie tohto problému doteraz spočívalo v pridávaní ďalších reproduktorov a komplexnom digitálnom spracovaní signálu. Tím výskumníkov z Číny pod vedením Ming-Hui Lu však prišiel s oveľa elegantnejším riešením, ktoré nie je elektronické, ale čisto geometrické. Navrhli „akustický metamateriál“, ktorý sa ako jednoduchý doplnok umiestni priamo pred reproduktor.

Zdroj foto: Journal of Applied Physics / ChatGPT

Tajomstvo spočíva v tvare tohto doplnku, ktorý je založený na slávnom fraktále známych ako „Kochova snehová vločka“. Fraktály sú geometrické tvary, ktoré vykazujú sebapodobnosť v akejkoľvek mierke. Kochova vločka má však jednu mimoriadne paradoxnú a užitočnú vlastnosť, ktorú sa vedci rozhodli využiť.

Keď sa zvyšuje dimenzia (zložitosť) fraktálu, jeho celková plocha zostáva konštantná. Naopak, jeho obvod – teda celková dĺžka všetkých jeho hrán – môže rásť až do nekonečna. A práve tu sa skrýva kľúč k ovládaniu zvuku. Akustický problém v autách je do veľkej miery spôsobený difrakciou, teda ohybom zvukových vĺn, ktorý nastáva, keď vlna narazí na hranu.

Kochova snehová vločka, s jej takmer nekonečným obvodom zbaleným do malej, konštantnej plochy, poskytuje zvukovým vlnám extrémne množstvo hrán, na ktorých sa môžu ohýbať. Tento doplnok tak funguje ako pasívna akustická šošovka.

Zdroj foto: Journal of Applied Physics

Namiesto toho, aby sa zvukové vlny nekontrolovane ohýbali na hrane samotného reproduktora, fraktálový metamateriál ich prinúti ohýbať sa predvídateľným a kontrolovaným spôsobom. Týmto spôsobom dokáže „sochať“ zvuk. Výsledkom je to, čo fyzici nazývajú „širokopásmové riadenie vlnoplochy“.

Pre bežného poslucháča to znamená, že akustická energia je rovnomerne rozptýlená po celej kabíne. Výskumníci potvrdili svoju teóriu sériou testov. Prototyp, ktorý bol jednoducho odliaty z formy, najprv testovali v laboratórnych podmienkach.

Následne ho nainštalovali do reálneho vozidla a s potešením zistili, že výsledky v aute boli „pozoruhodne konzistentné“ s tými laboratórnymi. Prototyp úspešne vytvoril „jednotnejšie vysokofrekvenčné zvukové pole“, čo je presne oblasť, kde sú reproduktory najviac smerové a zvuk pre pasažierov mimo osi najnepríjemnejší.

Toto nie je len akademické cvičenie. Výskumníci sú už v kontakte s čínskou automobilkou Chery Automobile Co., aby preskúmali možnosti komerčného nasadenia. Keďže ide v podstate o presne tvarovaný kus plastu, výrobné náklady by mohli byť minimálne, no prínos pre kvalitu zvuku obrovský.

Tím teraz pracuje na rozšírení princípu, aby ich metamateriál dokázal rovnako efektívne rozptýliť aj stredné a nízke frekvencie. Ak sa im to podarí, éra boja o najlepšie miesto na počúvanie v aute sa môže čoskoro skončiť.

^{Zdroj: supercarblondie.com foto: depositphotos.com}

Zobrazit Galériu