Auto salongi peetakse juba ammu üheks keerulisemaks keskkonnaks, kui jutt käib kvaliteetsest helitaasest. Juht naudib sageli selget ja tasakaalus heli, samal ajal kui tagaistmel istuja kuuleb justkui hoopis teist lugu – tuhmimat, summutatud ja tihti moonutatud. Selline erinevus ajab närvi ka siis, kui autos on väga kallis helisüsteem. Nüüd on Hiina teadlased leidnud lahenduse, mis võib autoaudio turu täielikult ümber kujundada ja lõpetada aastaid kestnud akustilise ebavõrdsuse istekohtade vahel.
Helikvaliteedi probleem peitub auto geomeetrias
Isegi kõige moodsamatel autodel on üks ühine puudus – salong ei ole akustiliselt ideaalne. Kõlarid levitavad heli loomult suunatult, mistõttu liigub suurem osa helilaineid ettepoole või külgedele, mitte ühtlaselt kõikidesse suundadesse. Lisaks mõjutavad heli levikut salongi moodustavad detailid: istmed, armatuurlaud, keskkonsool, katusepiilarid ja isegi reisijate kehad. Need takistused peegeldavad, hajutavad või nõrgendavad helilaineid. Kõige rohkem kannatavad kõrgemad sagedused, mis on interferentsi suhtes tundlikumad ja millel on lühem lainepikkus.
See seletab, miks juht kuuleb heli vahel kristallselgelt, samas kui tagaistmel istuja kogeb muusikat justkui läbi seina. Varem on seda probleemi püütud lahendada, lisades rohkem kõlareid või kasutades nutikaid elektroonilisi häälestusalgoritme. Need meetodid toimivad, kuid muudavad helisüsteemi väga kalliks. Seetõttu jääb õhku sama keskne küsimus: kas helikvaliteeti on võimalik parandada, ilma et seade ise oluliselt kallimaks muutuks?
Fraktalid – uus relv akustikas
Hiina teadlased otsustasid probleemile läheneda täiesti teistmoodi. Traditsiooniliste lahenduste asemel kasutasid nad fraktaalseid struktuure, täpsemalt Kochi lumehelbe kujundit. Sellel eripärasel geomeetrilisel kujundil on tähelepanuväärne omadus: iga uue iteratsiooniga pikkeneb tema ümbermõõt, kuid pindala jääb sisuliselt samaks. See tähendab, et kujundil võib olla väga palju „servi“, kaotamata seejuures kompaktsust.
Akustikas rakendatuna toimib selline fraktaalne struktuur nutika helilaine hajutajana. See suurendab loomulikult difraktsiooni – nähtust, kus helilained „painduvad“ ümber takistuse ja levivad edasi seni varju jäänud aladesse. Nii jaotub heli salongis palju ühtlasemalt ja jõuab ka nendesse kohtadesse, kus seda varem napilt oli. Kõik see toimub ilma lisamahu või -massita, mis on autode puhul äärmiselt oluline, sest iga sentimeeter ja iga gramm on arvel.
Laborist päris autosse
Uut tehnoloogiat testiti kaheetapilises katses: esmalt laboris, seejärel päris autos. Fraktaalne metamaterjal kinnitati otse auto kõlari ette ning teadlased mõõtsid helirõhutasemeid eri istekohtadel.
Tulemused olid muljetavaldavad. Erinevused istekohtade vahel vähenesid märgatavalt, eriti kõrgete sageduste piirkonnas, mida on tavaliselt kõige raskem ühtlaselt jaotada. Veel olulisem on see, et autos tehtud mõõtmised langesid sisuliselt kokku laboritulemustega. See kinnitab, et fraktaalne struktuur jääb stabiilseks ja tõhusaks ka vibratsiooni, temperatuurikõikumiste ja reisijate liikumise tingimustes.
Teadlased rõhutavad, et tehnoloogiat on lihtne kohandada. Juba käib töö selle nimel, et laiendada metamaterjali mõjupiirkonda nii, et see mõjutaks mitte ainult kõrgeid, vaid ka keskmisi ja madalaid sagedusi. Sellisel juhul võiks auto helitaasesitus tõusta täiesti uuele tasemele.
Autotööstus tunneb huvi: fraktaalakustika võib jõuda seeriatootmisse
Turu jaoks on eriti märgiline see, et teadlased on alustanud arutelusid ühe Hiina suurima autotootja, Chery Automobile’iga. Ettevõte uurib võimalust fraktaalset metamaterjali kommertsialiseerida. Kui koostöö õnnestub, võib uus tehnoloogia jõuda masstootmisse juba mõne järgneva aasta jooksul.
See tähendaks, et tulevikus võiksid isegi keskklassi autod pakkuda helikvaliteeti, mida praegu kohtame vaid kallites mudelites koos tippklassi helipakettidega. Eestis on see eriti aktuaalne, sest premium-audio lisapakid võivad maksta sadu või isegi tuhandeid eurosid – ning mitte kõik ostjad ei saa või ei taha niisugust summat heli eest maksta. Kui fraktaalsed metamaterjalid kujunevad odavamaks alternatiiviks, oleks nende mõju tuntav kõigis hinnaklassides.
Kas uus tuleviku standard?
On üsna selge, et fraktaalakustikal on potentsiaal kujuneda üheks olulisemaks helitehnoloogia läbimurdeks viimase kümnendi jooksul. Kui seda lahendust hakatakse laialdaselt rakendama, võib autosalonge kaduda „halvim istekoht“ ning helikvaliteet muutub ühtlaselt heaks kõikjal – juhiistmelt kuni tagumise reani.
Autojuhid teavad hästi, kui palju emotsioone annab lemmikmuusika kuulamine teel olles. Kui see uuendus ellu viiakse, muutuvad sõidud mitte ainult vaiksemaks, vaid ka harmoonilisemalt kõlavaks. Võimalik, et sünnib sootuks uus helikvaliteedi põlvkond, millest saabki tuleviku tööstusstandard.
Fotod on illustreerivad © Canva.
