汽车爱好者愿意花费数百美元购买能够提升车内音质的音响系统。然而，无论音响系统多么先进，扬声器固有的方向性以及汽车座舱复杂的形状都会加剧驾驶员和乘客之间的声音差异。

据外媒报道，来自中国多家机构的研究人员合作开发出利用分形技术来缓解这种声音差异的原型系统。相关论文发表在期刊《Journal of Applied Physics》上。

图片来源： 期刊《Journal of Applied Physics》

分形是一种独特的形状，它可以被无限分割成更小的碎片，每个碎片都与分形的原始形状相似。著名的科赫雪花分形（Koch snowflake fractal）形似六角雪花，可以从等边三角形开始迭代构建。研究人员利用这种形状创造了一种可以弯曲声波的超材料，并将其放置在扬声器前以操控声音。

“当声波与尺寸与其波长相当的障碍物相互作用时，会产生衍射效应，尤其是在边缘处，”作者Ming-Hui Lu说道。“分形结构的周长和形态会随着分形维数的增加而演变，这为控制这些衍射效应提供了一种很有前景的解决方案。”

随着科赫分形维数的增加，面积保持不变，而周长可以显著增长，从而在不增加超材料尺寸（否则会使其过于笨重，不适合车载扬声器）的情况下，增强边缘衍射（即声波绕过分形的弯曲）。这实现了宽带波前控制，确保声能更均匀地分布。在汽车中，这意味着所有乘客都能获得更好的声场。

为了制造这种超材料，研究人员使用精密模具塑造分形，然后将其放置在汽车扬声器上。他们测量了车内不同座位的声压级，发现声压级差异显著降低，包括在高频部分，而高频部分正是许多扬声器难以解决的问题。

“这些结果表明，分形超表面成功地营造了更加均匀的高频声场，显著提升了乘客的听觉体验，”Lu教授说道。

令Lu教授惊喜的是，实验室测试和车内测试均显示出了稳健的声场控制效果。“车内测试结果与实验室结果高度吻合，表明分形超表面在各种条件下均表现出可靠稳定的性能，”Lu教授表示。

虽然研究人员计划扩大超材料的工作带宽，但他们目前也正在与汽车合作伙伴奇瑞汽车公司联系，探讨将其推向市场的潜在机会。