Любители хорошего звука готовы выложить сотни долларов за акустику в машину. Но даже самая дорогая система не может обмануть физику: динамики направляют звук, а сложные формы салона создают для него ловушки. В итоге водитель слышит одно, пассажиры — другое, и никто не получает чистого объемного звука.

Китайские исследователи из нескольких институтов нашли необычное решение и опубликовали его в издании Journal of Applied Physics. Они сделали прототип, который выравнивает звук с помощью фрактала — геометрической фигуры, где маленькие части похожи на целое. Самый известный пример — снежинка Коха, которую строят из равностороннего треугольника. Ученые приспособили эту форму для акустического метаматериала, который ставится перед динамиком и управляет звуковыми волнами.

Руководитель группы Минхуй Лу объясняет: когда волны встречают препятствие размером с их длину, на краях возникают помехи. У фракталов с ростом сложности периметр сильно увеличивается, а площадь остается прежней. Это создает больше полезных огибаний звука без увеличения самого устройства — иначе оно не поместилось бы в автомобильную колонку. В итоге звуковая энергия распределяется равномерно по салону.

Исследователи отлили фрактал в точной форме, установили на обычный динамик и замерили уровень звука на разных сиденьях. Разница между зонами заметно уменьшилась, особенно на высоких частотах, где обычные динамики обычно проваливаются. Лу с удовлетворением отмечает, что и в лаборатории, и в реальной машине результаты совпали — значит, метаматериал работает стабильно в любых условиях.

Краткий анализ стоимости и доступности

Сама технология на стадии прототипа, поэтому цену назвать сложно. Скорее всего, серийный образец будет стоить как хороший компонентный динамик — в районе 100–200 долларов за штуку. Но для бюджетных машин это пока дорого. Массовым такое устройство станет только если его запустят прямо на конвейере.

Что было раньше

До сих пор проблему неравномерного звука пытались решить цифровой обработкой сигналов: сложные алгоритмы задерживали сигнал для разных динамиков. Но на высоких частотах это почти не работало. Фрактальный метаматериал — не переворот, а элегантный маленький шажок вперед. Он решает ту самую высокочастотную проблему, с которой электроника не справлялась.

Этичность и возможный вред

Никаких этических проблем нет. Максимальный риск — что устройство может чуть-чуть искажать тембр звука в одной конкретной точке салона, жертвуя идеальной картинкой для водителя ради общего выравнивания. Вред здоровью исключен: это пассивная конструкция, она ничего не излучает.

Когда разработку внедрят

Исследователи уже контактируют с автопроизводителем Chery Automobile Co. если партнеры одобрят технологию, первые машины с фрактальными динамиками могут появиться через 2–3 года. Отдельно купить и поставить в любую машину — не раньше чем через 4–5 лет, когда схему упростят для массового производства.

Сравнение с аналогами

Сегодня на рынке есть два подхода:

• Цифровые процессоры (DSP) — цена от 200 долларов, требуют настройки специалистом, на высоких частотах почти бесполезны.
• Фазовращающие решетки на динамиках — дешево, но работают только в узком диапазоне частот.

Фрактальный метаматериал выгодно отличается: он широкополосный, не требует сложной настройки и сделан из дешевого пластика методом литья. Минус — нужно место перед динамиком, а в некоторых дверях его просто нет.

Критика разработки

Тесты проводили в одной модели машины — скорее всего, седане. В хэтчбеке, универсале или минивэне с другой геометрией салона эффект может оказаться вдвое слабее. Плюс фрактал увеличивает глубину динамика примерно на 3–4 сантиметра, и не факт, что он влезет в штатное место любой машины.

Ранее ученые уже разрабатывали аудиосистему с независимыми зонами слушания на передних и задних сиденьях.