Os motores de e-bike convencionais transferem a potência do motor para o pedivela por meio de uma rede de engrenagens, eixos, correias e/ou polias. Com várias peças e engrenagens interagindo e se movendo rapidamente, há várias oportunidades para ruídos agudos e irritantes.
Enquanto isso, o motor de coroas e pinhões harmônicos do TQ HPR50 conta com uma única interface de engrenagem, que distribui a carga de forma silenciosa e constante entre vários dentes.
Nós usamos todos os nossos sentidos ao pedalar, e o som que sua bicicleta faz tem um impacto surpreendente na sua experiência no pedal. Até agora, a assistência elétrica nas bicicletas acompanhava um custo acústico que todos aprendemos a tolerar — o ruído das e-bikes.
Mas isso mudou com o TQ HPR50.
Neste artigo, vamos levá-lo em uma jornada científica pela acústica de bicicletas. Trata-se de uma área totalmente nova no desempenho das bikes, e que talvez tenha um impacto muito maior para você do que você imagina.
No final, mostraremos que o TQ HPR50 produz um som 5 vezes mais agradável e 1,8 vezes mais silencioso do que outras e-MTBs populares. De fato, um motor TQ tem um som muito mais semelhante ao som de uma bicicleta convencional sem assistência, fazendo você reviver a experiência autêntica de pedalar.
Não acredita? Antes de entrarmos nos detalhes, vamos ouvir algumas amostras rápidas do som de um motor TQ em comparação aos sons de duas e-MTBs populares nas trilhas. Finalmente uma e-bike que não incomoda os ouvidos!
Seus ouvidos incríveis
A audição é talvez o seu sentido mais poderoso, e capturar essa precisão com microfones exige uma ciência bastante avançada.
Seus ouvidos são capazes de detectar amplitudes de pressão sonora que variam de 20 a 100.000.000+ micropascais – um intervalo absolutamente enorme. É como se você tivesse uma única régua capaz de medir tanto a espessura de uma folha de papel quanto a altura de um arranha-céu de 100 andares! Para abranger essa impressionante variedade de sons, costumamos usar a escala logarítmica de decibéis (dB).
Seus ouvidos também podem detectar frequências sonoras de 20 a 20.000 Hz – outra amplitude enorme. Quando uma onda de pressão chega aos seus ouvidos, ela traz uma mistura de frequências das diversas fontes sonoras ao seu redor. A cóclea, com seu formato de espiral, separa essa onda de pressão de volta às suas frequências originais e as transforma em sinais para o cérebro. Seus ouvidos são extraordinários sensores auditivos!
Sensores sonoros fascinantesPsicoacústica
Os sinais nervosos que chegam dos seus ouvidos são decifrados pelo cérebro, um verdadeiro supercomputador especializado em acústica. Imagine só a incrível capacidade de processamento e precisão necessárias para identificar e localizar em tempo real as diversas fontes de som em três dimensões (o que chamamos de localização sonora). Seu cérebro analisa ainda mais esses padrões sonoros e adiciona camadas de significado, emoções e associações a cada som.
A Psicoacústica é o estudo de como o sistema ouvido-cérebro sente e interpreta o som. Várias métricas de psicoacústica foram desenvolvidas para traduzir os dados brutos do microfone em como você percebe os sons, considerando tanto a quantidade (intensidade) quanto a qualidade.
Volume percebido
Sua sensibilidade auditiva varia bastante ao longo da faixa de frequências. Por exemplo, uma onda sonora de 75 dB a 1.000 Hz soa muito mais alta do que uma onda de 75 dB a 100 Hz. Uma maneira comum de considerar essa sensibilidade variável é aplicar uma curva de ponderação A para converter decibéis (dB) em decibéis ponderados em A (dBA). dB define a magnitude física da onda sonora, enquanto dBA aproxima a percepção de volume dessa mesma onda.
Desde o desenvolvimento da curva de ponderação A única, os cientistas mapearam uma série mais completa de “curvas de igual intensidade sonora” que capturam mais plenamente as complexidades dos seus ouvidos. Neste gráfico, dois pontos em uma mesma linha soam com o mesmo volume, e cada curva eleva o som a um nível quase duas vezes superior à curva abaixo dela. Se seus ouvidos funcionassem da mesma forma que microfones, todas essas curvas seriam apenas linhas horizontais com o mesmo espaço entre elas.
O gráfico também introduz o sone, uma medida de intensidade sonora que cumpre o mesmo papel do dBA, mas de forma mais sofisticada e intuitiva. Os sones escalam diretamente com a intensidade sonora percebida (2x intensidade = 2x sones), enquanto o dBA não é tão intuitivo (2x intensidade = mais 10 dB).
Qualidade sonora
Frequentemente, é a qualidade do som, e não sua intensidade, que determina a distinção que o seu cérebro faz entre sons bons e ruins. Por exemplo, o som agudo de um mosquito é relativamente baixo, mas consegue ser tão incômodo que se destaca do fundo e rouba sua atenção. Os engenheiros descrevem esse tipo específico de som como “tonal”, mas nosso cérebro pode interpretar muitos outros padrões sonoros como chocalhos, rangidos, crepitações, guinchados, estrondos e vários outros.
Muitas dessas interpretações podem ser quantificadas com dados de microfone através de métricas de qualidade sonora, como tonalidade, nitidez, aspereza, índice de proeminência, força de flutuação e índice de articulação. Com essas métricas, é possível prever quanto você vai gostar de usar um produto, bem como sua impressão sobre a qualidade de construção e desempenho.
Um exemplo interessante de qualidade sonora é o meticuloso trabalho de engenharia aplicado ao som do fechamento da porta do seu carro. Esse som, apesar de não ser essencial para a função principal do carro, influencia muito a sua impressão inicial sobre a solidez e confiabilidade do veículo.
Psicoacústica em e-bikes
Mas o que tudo isso tem a ver com as bicicletas?! Depois de anos liderando o estudo da psicoacústica em bicicletas, a Trek Performance Research concluiu que a qualidade do som da sua bike — mais que o a intensidade sonora — tem um impacto enorme na sua satisfação ao pedalar. Para e-MTBs, focamos em duas métricas de qualidade sonora: Tonalidade e Índice de Articulação.
Tonalidade
Os motores elétricos tendem a produzir tons agudos, que podem ser bastante incômodos aos ouvidos. Como no caso do mosquito, o som estridente do motor de uma e-bike se destaca do ambiente e captura sua atenção.
A tonalidade (particularmente a Tonalidade HMS, calculada a partir de um modelo auditivo específico) é uma métrica moderna de qualidade sonora que utiliza uma série de algoritmos avançados para modelar com precisão a percepção humana desses tipos de tons desagradáveis. Acreditamos que a tonalidade é um novo e importante parâmetro para avaliar a experiência dos ciclistas em uma e-bike.
O cálculo da Tonalidade HMS utiliza uma sequência complexa de 14 algoritmos para modelar a percepção de tons irritantes e incômodos pelo sistema ouvido-cérebro (a partir do padrão ECMA-74:2019).
Índice de articulação
Muito do prazer de pedalar com amigos e familiares é poder conversar, compartilhar e ensinar novas habilidades e descobrir novas trilhas juntos. Porém, diversos sons na trilha – incluindo o motor da sua e-bike – podem atrapalhar sua capacidade de ouvir o que os outros dizem. O Índice de Articulação é uma métrica de qualidade sonora que estima a proporção da fala que conseguimos ouvir e é útil para medir como os ruídos podem prejudicar a experiência da pedalada em grupo.
Saiba mais sobre o índice de articulaçãoFerramentas e conhecimento
A psicoacústica é uma ciência complexa e nova no ciclismo, mas sua aplicação causa uma grande diferença na experiência de pedalar. O trabalho da Trek em desenvolver ferramentas e conhecimentos em psicoacústica para bicicletas demonstra seu compromisso em tornar a experiência de pedalar ainda melhor através da ciência. Somadas às nossas sofisticadas habilidades e expertise relacionadas à vibrações, as inovações da Engenharia da Trek agora permitem medir, compreender e projetar cada detalhe do que você sente e escuta na bicicleta.
No laboratório com a Madone IsoSpeedPsicoacústica do TQ HPR50
O TQ HPR50 revoluciona como uma e-bike pode ser silenciosa e agradável ao ouvido – algo que evidenciamos com técnicas avançadas de psicoacústica, desenvolvidas durante a fase de prototipagem da bicicleta. O teste final foi um duelo envolvendo a bike produzida em um ambiente acústico controlado ao máximo — uma câmara anecoica.
Na câmara anecoica, fizemos uma comparação entre o TQ HPR50 e uma bicicleta convencional sem assistência, além de uma e-MTB popular com assistência leve e uma e-MTB de alta potência, em várias condições, usando um rolo de treinamento personalizado para isolamento acústico. Ao longo de dois dias, coletamos 225 milhões de pontos de dados usando 21 microfones e um sensor de cadência que nos permitiu relacionar a frequência sonora à velocidade do motor.
Nesses testes, analisamos a tonalidade, a intensidade sonora, a potência sonora e o índice de articulação das bicicletas em uma faixa de cadência de 40–100 rpm, com potência total de 300W e nos dois níveis mais altos de assistência do motor. Os gráficos são gerados com base em um microfone B&K 4966-H-041 situado a 1 metro de distância lateral da bicicleta e a 1,7 metros de altura em relação ao chão (na altura da cabeça, marcado em azul).
“A bicicleta equipada com o HPR50 soa de 4 a 5 vezes mais agradável do que outras e-MTBs populares”
Não gosta muito de gráficos? Confira o som diretamente da câmara anecoica!
Ouça você mesmoAs linhas contínuas correspondem ao modo de assistência mais potente, e as linhas pontilhadas representam o segundo modo mais potente. Tonalidade calculada conforme o padrão ECMA-74:2019.
Intensidade sonora do TQ HPR50
Apesar de a tonalidade ser o que mais influencia sua experiência na e-bike, não deixamos de lado a questão da intensidade. Os gráficos a seguir mostram a intensidade sonora percebida, medida em dBA e em sones. Dependendo da combinação de bicicletas e das métricas analisadas, a HPR50 é de 1,5 a 1,8 vezes mais silenciosa que outras e-bikes, sendo a mais comparável às bicicletas sem assistência elétrica.
Potência sonora do TQ HPR50
A intensidade sonora é uma métrica acústica fundamental, mas ela depende da distância e da posição escolhidas para o microfone em relação à origem do som. A localização do nosso microfone foi escolhida para representar o som ouvido pelo ciclista ou pelo parceiro de pedalada, pois é a perspectiva mais relevante.
Mas também fomos além e medimos a potência sonora, utilizando uma configuração hemisférica com 12 microfones para quantificar a energia sonora total emitida pela bicicleta em todas as direções. Ou seja, a potência sonora representa como as bicicletas são percebidas por ouvintes em qualquer lugar ao redor delas.
Como vemos no gráfico, a potência sonora é bem próxima à intensidade do som perto da cabeça do ciclista. Isso reforça tanto os resultados de intensidade quanto a escolha da localização para nossas medições com um único microfone.
Índice de articulação do TQ HPR50
Já mencionamos anteriormente que o ruído da bicicleta pode atrapalhar suas conversas durante a pedalada. O Índice de Articulação estima quantos sinais de fala são audíveis em meio a um determinado ruído. Mais uma vez, o HPR50 é mais silencioso, se aproximando de uma bicicleta tradicional e deixando suas conversas livres de interferências nas trilhas.
Testes de campo
Embora este artigo se concentre em testes realizados na câmara anecoica altamente controlada, também levamos nossos equipamentos de teste acústico para validação nas trilhas. Os resultados nas trilhas confirmaram: o HPR50 apresentou tonalidade de 3 a 5 vezes menor e intensidade sonora de 1,5 a 1,8 vezes menor do que as outras e-MTBs.
Análise de mapa de cores
Uma técnica de análise muito poderosa é mapear a intensidade sonora como cores em uma escala de cadência e frequência sonora. Nos mapas de cores abaixo, cada linha diagonal representa um tom cuja frequência (altura) aumenta com a cadência — esses são os tons que se destacam do ambiente e chamam sua atenção por soarem desagradáveis.
Cada uma dessas linhas diagonais corresponde a um componente rotativo físico dentro do motor, cuja razão de engrenagem e número de dentes/ímãs se relaciona com a inclinação da linha. A diferença é clara: as transmissões tradicionais de e-bikes possuem muitas partes móveis, criando vários tons, enquanto o sistema de coroa e pinhão harmônico do Fuel EXe produz apenas um tom único e muito mais silencioso.