Typiske elcykelmotorer overfører motorkraften fra motoren til kranken gennem et system af gear, aksler, remme og/eller hjul. Mange bevægelige dele, der griber ind i hinanden i høj fart, betyder mange muligheder for højfrekvent, ubehagelig støj.
I modsætning hertil har TQ HPR50 en Harmonic Pin Ring-motor med kun et enkelt gearinterface, hvor belastningen hele tiden fordeles støjsvagt på mange tænder.
Vi cykler med alle vores sanser, og din cykels lyd har en overraskende stor indflydelse på din samlede oplevelse. Hidtil har assistancen fra elcykler haft en akustisk omkostning, som vi bare har lært at leve med – motorstøj.
Med TQ HPR50 ændrer det sig.
I denne artikel tager vi på en lydvidenskabelig elcykelrejse. Det er et helt nyt aspekt af en cykels funktion, der formentlig har større betydning for dig, end du er klar over.
Til sidst demonstrerer vi, at TQ HPR50 har en 5 gange mere behagelig lyd og er 1,8 gange mere stille end andre populære el-mountainbikes på markedet. Faktisk lyder en cykel med TQ-motor langt mere som en traditionel cykel uden elmotor, så du kan cykle, som det altid har været meningen.
Er du ikke overbevist? Inden vi går i dybden med det, så lad os at lytte lidt til nogle eksempler på en TQ-motor sammenlignet med to populære el-mountainbikes ude på sporet. Endelig kan man få en elcykel med en behagelig lyd!
Dine fantastiske ører
Hørelsen er nok vores kraftigst virkende sans, og brug af mikrofoner, der svarer til menneskets hørelse, kræver ret ekstrem videnskab.
Dine ører kan registrere lydtryk med amplituder fra 20 til over 100.000.000 mikropascal – et helt enormt område. Det svarer til at have en enkelt lineal, der kan måle fra tykkelsen af et stykke papir til højden af en 100-etagers bygning! For at tage højde for dette enorme spænd bruger vi den logaritmiske skala decibel (dB), når vi taler om lyd.
Dine ører kan også registrere lydfrekvenser fra 20 til 20.000 Hz – endnu et kæmpe område. Hver enkelt trykbølge, der når dit øre, indeholder en kombination af alle disse frekvenser fra alle lydkilderne omkring dig. Den del af det indre øre, som kaldes sneglen, adskiller denne kombinerede trykbølge i de enkelte frekvenser og koder dem som nervesignaler. Dine ører er virkelig effektive og fascinerende lydsensorer!
Fascinerende lydsensorerPsykoakustik
Nervesignalerne fra dine ører fortolkes ved hjælp af en supercomputer til akustisk analyse: din hjerne. Prøv at forestille dig den nærmest overjordiske processorkraft og præcision, som kræves for at adskille og præcist fastlægge den tredimensionelle placering af forskellige lydkilder i realtid (såkaldt lydlokalisering). Din hjerne analyserer mønstrene af alle disse lyde og kobler dem derefter sammen med mening, følelse og associering.
Psykoakustik går ud på at undersøge, hvordan dit øre-/hjernesystem registrerer og fortolker lyd. Der er udviklet forskellige psykoakustiske parametre, som omdanner rådata fra mikrofoner til, hvordan du opfatter lyd med hensyn til både kvantitet (hørestyrke) og kvalitet.
Oplevet hørestyrke (loudness)
Din hørefølsomhed varierer meget i hele frekvensområdet. Eksempelvis opleves en 75 dB lydbølge med en frekvens på 1.000 Hz som mere højlydt end en 75 dB lydbølge ved 100 Hz. En typisk metode til at tage højde for denne varierende følsomhed er at anvende en A-vægtningskurve til at omdanne decibel (dB) til A-vægtede decibel (dBA). "dB" definerer det fysiske omfang af lydbølgen, hvorimod dBA tilnærmer sig den oplevede hørestyrke af denne lydbølge.
Siden udviklingen af den enkeltstående A-vægtningskurve har forskerne på området kortlagt en mere komplet serie af "ensartede hørestyrkekurver", som i højere grad afspejler dine ørers kompleksitet. På denne graf lyder to punkter langs en given linje lige højt, og hver kurve er omtrent dobbelt så højlydt som kurven under den. Hvis dine ører fungerede på samme måde som mikrofoner, ville alle disse kurver bare være vandrette linjer med lige stor afstand.
Dette diagram introducerer også måleenheden for hørestyrke son, som har samme formål som dBA, men er mere sofistikeret og intuitiv. Son skalerer direkte med den opfattede hørestyrke (2x hørestyrke = 2x son), mens dBA er ret uintuitivt (2x lydstyrke = læg 10 dB til).
Lydkvalitet
Det er ofte kvaliteten af en lyd snarere end dens hørestyrke, der afgør din hjernes sondring mellem behagelige og ubehagelige lyde. Eksempelvis er den skingre summen af en myg forholdsvis svag, men den er samtidig også ubehagelig og skærer sig ind i øregangene, så man ikke kan undgå at bemærke den. Ingeniører beskriver denne type af lyd som "tonal", men vores hjerne kan fortolke mange andre lydmønstre i kategorier som f.eks. raslelyde, hvin, knirken, pibelyde, buldren og mange andre.
Mange af disse fortolkninger kan kvantificeres ud fra mikrofondata ved hjælp af lydkvalitetsparametre som bl.a. tonalitet, skarphed, ruhed, prominens, udsvingsstyrke og artikulationsindeks. Med disse parametre er det muligt at forudsige din glæde ved at bruge et produkt samt dit indtryk af dets konstruktionskvalitet og funktionalitet.
Et interessant eksempel på lydkvalitet er det betydelige tekniske udviklingsarbejde, der ligger bag lyden af din bildør, der lukkes. Denne lyd er sekundær i forhold til bilens hovedfunktion, men den er i høj grad med til at forme dit første indtryk af bilens robusthed og pålidelighed.
Elcyklers psykoakustik
Og hvad har alt dette så at gøre med cykler?! Som pioner inden for psykoakustik igennem mange år har Trek Performance Research opdaget, at kvaliteten af lyden fra din cykel (ofte i højere grad end lydens hørestyrke) har stor betydning for glæden ved din cykel. På el-mountainbikes har vi fokuseret på to parametre for lydkvalitet, nemlig tonalitet og artikulationsindeks.
Tonalitet
Elektriske motorer har en tendens til at afgive høje toner, som kan opfattes som særligt ubehagelige. Ligesom i eksemplet med myggen kan den højfrekvente lyd fra en elcykelmotor skære igennem og stjæle din opmærksomhed.
Tonalitet (specifikt HMS-tonalitet) er en moderne måling af lydkvalitet, der benytter en række avancerede algoritmer til at modellere den menneskelige opfattelse af ubehagelige toner med stor præcision. Vi mener, at tonalitet er et vigtigt nyt mål for, hvad man oplever på en elcykel.
HMS-tonalitetsberegningen er baseret på en kompliceret sekvens af 14 algoritmer til modellering af øre-/hjernesystemets opfattelse af irriterende toner (baseret på standarden ECMA-74:2019)
Artikulationsindeks
Et vigtigt aspekt af at cykle sammen med venner og familie er muligheden for at snakke, lære hinanden nye færdigheder og guide hinanden ad nye ruter. Men forskellige lyde på sporet – inkl. din e-bikes motor – kan gøre det svært at høre, hvad andre siger. Artikulationsindekset er et mål for lydkvalitet, der forudsiger, hvor stor en del af talen, der er hørbar. Det er en god indikator for, hvordan lyde kan gøre cykling i en gruppe til en dårligere oplevelse.
Få mere at vide om artikulationsindeksVærktøjer og viden
Psykoakustik er en udfordrende ny disciplin inden for cykelforskning, men den gør en stor forskel for rytterens oplevelse. Treks udvikling af psykoakustiske værktøjer og viden om cykler afspejler vores fokus på at skabe en bedre cykeloplevelse gennem videnskab. I kombination med vores veletablerede ekspertise og kapacitet omkring vibration betyder det, at Trek Engineering nu kan måle, forstå og designe efter alt det, du føler og hører på din cykel.
I laboratoriet med Madone IsoSpeedPsykoakustik for TQ HPR50
TQ HPR50 revolutionerer, hvor støjsvag og vellydende en elcykel kan være. Det er en kendsgerning, som vi kan illustrere ved hjælp af avancerede psykoakustiske test- og analysemetoder, der er udarbejdet i denne cykels prototypefase. Testfasen afsluttedes med sammenlignende tests af produktionsmodeller af cykler i det mest kontrollerede lydmiljø overhovedet, nemlig et lyddødt rum.
I det lyddøde rum sammenlignede vi TQ HPR50 med en traditionel cykel uden motor, en populær e-MTB med let assistance og en populær, kraftig e-MTB under en lang række forhold på en specialfremstillet lydisoleret cykeltræner. På to dage indsamlede vi 225 mio. datapunkter ved hjælp af 21 mikrofoner og en kadencesensor, der gjorde det muligt at sammenholde lydfrekvensen med motorens hastighed.
I disse tests analyserede vi cyklernes tonalitet, hørestyrke, lydeffekt og artikulationsindeks ved en kadence på 40-100 o/min, med en samlet effekt på 300 W og i de to højeste motorassistanceniveauer. Alle skemaer er baseret på en B&K 4966-H-041 mikrofon placeret 1 m til siden for cyklen og 1,7 m lodret fra gulvet (i hovedhøjde, markeret med blå cirkel).
“Cyklen med HPR50 lyder 4-5 gange mere behageligt end andre populære e-MTB'er”
Er du ikke så vild med grafer? Så prøv at høre dig selv inde i et lyddødt rum!
Prøv at lytteFuldt optrukne linjer er det højeste motortrin, og stiplede linjer er det næsthøjeste motortrin. Tonalitet beregnet efter standarden ECMA-74:2019.
TQ HPR50 hørestyrke
Tonaliteten er den bedste parameter for cykeloplevelsen på din elcykel, men vi har ikke glemt hørestyrken. Graferne nedenfor viser den oplevede hørestyrke både i dBA og i måleenheden son. Afhængigt af kombinationen af cykler og parametre er HPR50 1,5-1,8 gange mere lydsvag end de andre elcykler og kan bedst sammenlignes med cykler uden elmotor.
TQ HPR50 lydeffekt
Hørestyrke er en vigtig akustisk parameter, men det afhænger af mikrofonens afstand og retning fra lydkilden. Vi valgte en mikrofonplacering, der repræsenterer lyden ved cykelrytterens eller cykelmakkerens ører, fordi det er det vigtigste sted.
Men vi har målte også lydeffekten ved hjælp af 12 mikrofoner placeret i en halvcirkel for at kvantificere den samlede lydenergi fra cyklen i alle retninger. Med andre ord er lydeffekten et udtryk for, hvordan de forskellige cykler lyder for mennesker et givent sted omkring cyklen.
Som det ses på grafen, ligger lydeffekten i nærheden af hørestyrken nær rytterens hoved. Dette validerer både vores resultater for hørestyrke og den valgte placering af vores enkeltmikrofonmålinger.
TQ HPR50 artikulationsindeks
Som tidligere nævnt kan lydene fra din cykel gøre det sværere at føre en samtale undervejs. Artikulationsindekset forudsiger hvor mange talesignaler, der kan høres med en given baggrundsstøj. Her er HPR50 igen meget tættere på en traditionel cykel end på andre elcykler og forstyrrer ikke muligheden for at tale sammen ude på sporet.
Praktiske test
I denne artikel har vi fokus på test i et velkontrolleret lyddødt rum, men vi har også haft vores lydtestudstyr med ude på sporet. Resultaterne derfra var enslydende, idet HPR50 blev målt 3-5 gange lavere på tonalitet og 1,5-1,8 gange lavere på hørestyrke end andre el-mountainbikes.
Farveskalaanalyse
Hørestyrke kan kortlægges ved hjælp af en ekstra effektiv analyseteknik i form af farver på en skala for både kadence og lydfrekvens. På farveskalaerne herover ses det, at hver diagonal linje repræsenterer en tone, hvis frekvens (tonehøjde) øges i takt med kadencen; disse toner skærer sig ubehageligt ind i øregangene, så man ikke kan undgå at bemærke dem.
Hver af disse diagonale linjer svarer til en fysisk roterende komponent i motoren, hvis gearudveksling og tand-/magnetantal er relateret til linjens hældning. Traditionelle elcykelgear har mange bevægelige dele, som afgiver mange toner, hvorimod Harmonic Pin Ring-gearet på Fuel EXe blot afgiver en enkelt og meget svagere tone.