Fractais e metamateriais juntam-se para melhorar som automotivo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/11/2025

Uma vez projetada para cada veículo, a metassuperfície fractal é barata de fabricar, sendo necessário apenas colocá-la à frente do alto-falante do carro.
[Imagem: Zhi-Han Li et al. - 10.1063/5.0277003]

Programando ondas sonoras

Muitos ainda se impressionam com a quantidade de reais que os aficionados por som automotivo podem gastar parar equipar seus carros, mas nem todos os fãs desse passatempo confundem um simples ganho de volume com qualidade sonora.

No entanto, os alto-falantes têm uma direcionalidade inerente, e o formato complexo das cabines dos carros tornam ainda mais difícil criar experiências sonoras comparáveis para o motorista e para os passageiros, por mais avançado que seja o sistema de som.

Zhi-Han Li e colegas da Universidade Nanjing, na China, em parceria com a fabricante de automóveis Chery, acabam de encontrar uma solução para tentar equalizar o som no interior dos veículos: Os fractais.

Os fractais são formas geométricas únicas, que podem ser divididas em partes infinitamente menores, cada uma delas semelhante à forma original do fractal. O famoso fractal de Koch, também conhecido como floco de neve, assemelha-se a um floco de seis pontas e pode ser construído iterativamente a partir de um triângulo equilátero.

E foi justamente esta forma que os pesquisadores usaram para criar um metamaterial capaz de "programar" as ondas sonoras - seria mais preciso dizer distorcer as ondas sonoras de modo programado - para que elas se adequem ao ambiente.

O metamaterial ganhou a estrutura de um dispositivo para ser posicionado em frente a um alto-falante para manipular o som - como se trata de um metamaterial plano, tecnicamente trata-se de uma metassuperfície.

"Quando as ondas sonoras interagem com obstáculos de tamanho comparável ao seu comprimento de onda, ocorrem efeitos de difração, particularmente nas bordas," explicou o professor Ming-Hui Lu. "Estruturas fractais, cujo perímetro e morfologia evoluem com o aumento da dimensão fractal, oferecem uma solução promissora para lidar com esses efeitos de difração."

Basta projetar um fractal para cada ambiente, e então colocar o dispositivo na frente de alto-falantes automotivos comuns.
[Imagem: Zhi-Han Li et al. - 10.1063/5.0277003]

Som de carro fractal

À medida que a dimensão do fractal de Koch aumenta, a área permanece constante, enquanto o perímetro pode crescer significativamente, permitindo maior difração nas bordas - a curvatura das ondas sonoras ao redor do fractal - sem aumentar o tamanho do metamaterial, o que o tornaria muito volumoso para alto-falantes de carro.

Para criar seu metamaterial com estrutura fractal, os pesquisadores usaram uma técnica simples de moldagem e, em seguida, colocaram o dispositivo sobre um alto-falante comum de carro. Isso cria um controle de frente de onda de banda larga, o que garante uma distribuição mais uniforme da energia acústica. Em um carro, isso se traduz em um campo sonoro melhor para todos os ocupantes.

Medições precisas dos níveis de pressão sonora em diferentes assentos do carro comprovaram que a disparidade sonora diminui significativamente com o uso do fractal, inclusive em frequências mais altas, algo com que muitos alto-falantes têm dificuldade. Em outras palavras, todos os ocupantes do veículo vão ouvir o som do mesmo modo e com a mesma qualidade.

"Os resultados dos testes em veículo foram notavelmente consistentes com os resultados de laboratório, indicando que o desempenho da metassuperfície fractal foi confiável e estável em diversas condições," disse Lu. "Esses resultados demonstram que a metassuperfície fractal contribuiu com sucesso para um campo sonoro de alta frequência mais uniforme, levando a uma melhoria perceptível na experiência auditiva dos passageiros."

A expectativa é que a Chery, parceira da pesquisa, incorpore a tecnologia em seus veículos.

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