Isegi kõige kaasaegsemad autos olevad helisüsteemid seisavad silmitsi probleemiga, mis häirib nii juhti kui ka kaasreisijaid. Muusika kvaliteet sõltub oluliselt sellest, kus autos istuda – juhikohal tundub heli selge ja detailne, samal ajal kui tagaistmel on see märksa tuhmim ja vaoshoitum.
See nähtus tuleb eriti teravalt esile pikkadel sõitudel, mil reisijad ootavad ühtlaselt kvaliteetset kuulamiselamust. Erinevused ei teki juhuslikult, vaid tulenevad auto kere ja salongi ehitusest. Seetõttu on teadlased juba pikalt otsinud viisi, kuidas heli kogu salongis ühtlasemaks muuta.
Hiljuti proovis seda probleemi lahendada Hiina teadlaste konsortsium, pakkudes välja üllatavalt lihtsa idee. Lahendus on esialgu katsejärgus prototüüp, kuid sellel on potentsiaali täielikult muuta heli jaotumist autosalongis. Kui tehnoloogia end õigustab, saab kuulamiskogemus olema sama hea kõigi sõitjate jaoks.
Keeruline salongigeomeetria ja heliga seotud väljakutsed
Autokõlarid kiirgavad heli loomupäraselt kindlas suunas, mistõttu helilained ei jõua kõikidele istekohtadele ühtlaselt. Auto salong on täis ebatasaseid ja keeruka kujuga pindu, millelt heli peegeldub ja moonutub. Istmed, keskkonsool, uksed ja teised sisustuselemendid takistavad pidevalt helilainete otsest teekonda.
Eriti probleemsed on kõrgemad sagedused, sest lühema lainepikkusega lained põrkuvad takistustega kergemini. Juht istub kõlaritele kõige lähemal ja kuuleb kõige täpsemat heli, tagumistel istmetel aga jõuab kõrvu juba märgatavalt nõrgenenud ja moonutatud versioon. Nii tekibki salongi eri osades väga ebaühtlane kuulamiskeskkond.
Senini on seda püüdnud lahendada lisakõlarite paigaldamise või keerukate elektrooniliste seadistuste abil. Sellised lahendused muudavad süsteemi aga oluliselt kallimaks, mistõttu on otsitud lihtsamat ja kuluefektiivsemat meetodit.
Fraktaalstruktuur kui ootamatu lahendus
Teadlased otsustasid proovida fraktaalprintsiibil põhinevat struktuuri, mida tuntakse Kocha lumehelbena. See geomeetriline kujund on iseloomulik selle poolest, et kuigi selle kontuur muutub järjest keerukamaks, jääb hõivatud pindala sisuliselt samaks. See omadus pakub unikaalseid võimalusi helilainete leviku mõjutamiseks.
Loodi eriline metamaterjal, mis toimib nutika helidifuuserina: see sunnib helilaineid painduma ja ühtlasemalt ruumis jaotuma. Suureneb servade difraktsioon, mistõttu heli ei levi vaid ühes kindlas suunas, vaid hajub laiemalt ümbrusesse. Oluline on seejuures, et kogu konstruktsioon jääb kompaktseks ega vaja lisaruumi.
Selline materjal sobib suurepäraselt just autodesse, kus iga sentimeeter on arvel. Metamaterjali saab paigaldada juba olemasolevate kõlarite ette või ümber, ilma et oleks vaja muuta nende mõõtmeid või kogu süsteemi ehitust.
Laborist päris autosse
Lahendust katsetati esmalt laboritingimustes ning seejärel ka päris autos. Mõõtmistulemused näitasid, et helirõhu erinevused eri istekohtade vahel vähenesid märgatavalt. Kõige suurem paranemine ilmnes just kõrgemate sageduste ühtlasemas jaotumises, mis varem enim probleeme tekitasid.
Välitestide käigus kinnitati, et metamaterjal püsib stabiilne ka vibratsioonide ja temperatuuri kõikumiste tingimustes. See näitab, et tehnoloogia on küps liikuma laborist praktilise kasutuse suunas. Seetõttu on teadlased juba alustanud läbirääkimisi autotootjatega.
Kui need plaanid teoks saavad, võivad fraktaalsed metamaterjalid jõuda seeriaautodesse mõne aasta jooksul. See tähendaks täiesti uut taset autos kuulamiskogemuses – sama kvaliteetset heli nii juhile kui igale kaasreisijale, sõltumata istumiskohast.
