Los motores habituales de las bicicletas eléctricas transfieren la potencia del motor a la biela a través de una red de marchas, ejes, correas y/o poleas. Cuando se juntan muchos componentes que se mueven con rapidez, hay muchas posibilidades de que se produzcan ruidos agudos y desagradables.
Por el contrario, el motor de engranaje armónico TQ HPR50 tiene una única interfaz de engranaje en la que la carga se reparte silenciosamente entre muchos dientes en todo momento.
Cuando pedaleamos utilizamos todos los sentidos, y el sonido de la bicicleta tiene un impacto sorprendente en la experiencia de conducción. Hasta la fecha, la asistencia en las bicicletas eléctricas ha tenido un coste acústico con el que todos hemos aprendido a convivir: el ruido de las bicicletas eléctricas.
¡Hasta que llegó el TQ HPR50!
En este artículo te invitamos a que descubra la ciencia que hay detrás de la acústica de una bicicleta. Se trata de una nueva categoría de rendimiento completamente nueva en el ciclismo, y que probablemente te importa mucho más de lo que crees.
Lo que pretendemos es demostrarte que el sonido del motor TQ HPR50 es 5 veces más agradable y 1,8 veces más silencioso que el de otras bicicletas eléctricas de montaña de marcas conocidas. De hecho, el sonido del motor TQ es mucho más parecido al de una bicicleta convencional sin asistencia de pedaleo, lo cual te traslada a las sensaciones que debería aportar realmente una bicicleta.
¿Tienes dudas? Antes de entrar en detalles, escuchemos algunos breves ejemplos de un motor TQ en comparación con dos bicicletas eléctricas de montaña muy populares en los senderos. ¡Por fin una bicicleta eléctrica con un sonido agradable!
El sentido del oído es fascinante
El oído es quizás tu sentido más poderoso, y utilizar micrófonos que se adapten a tu capacidad de escucha implica una ciencia bastante exacta.
Los oídos pueden detectar amplitudes de presión acústica que van de 20 a más de 100.000.000 de micropascales, un rango abismal. ¡Es como una regla que puede medir desde el grosor de una hoja de papel hasta la altura de un edificio de 100 pisos! Para adaptarse a este enorme rango, solemos hablar del sonido en la escala logarítmica de decibelios (dB).
Los oídos también pueden detectar frecuencias sonoras de 20 a 20.000 Hz, lo cual es un rango muy amplio. La onda de presión única que llega a tu oído contiene una combinación de todas estas frecuencias procedentes de todas las fuentes sonoras que tienes a tu alrededor. La cóclea, con forma de espiral, separa esta onda de presión en frecuencias independientes y las codifica como señales nerviosas. ¡Los oídos son unos sensores acústicos realmente potentes y fascinantes!
Sensores acústicos fascinantesPsicoacústica
Las señales nerviosas de tus oídos posteriormente son interpretadas por la supercomputadora de análisis acústico que es tu cerebro. Simplemente imagina la casi milagrosa potencia de procesamiento necesaria para separar y localizar la posición de las distintas fuentes de sonido en tres dimensiones y en tiempo real (llamada localización sonora). Tu cerebro analiza a fondo los patrones de todos esos sonidos y después les asigna significados, emociones y asociaciones.
La psicoacústica es el estudio de cómo tu sistema cerebro-oído escucha e interpreta el sonido. Además se han desarrollado diversas métricas de psicoacústica para convertir los datos en bruto de un micrófono en los sonidos que tú percibes tanto en materia de cantidad (volumen), como de calidad.
Volumen percibido
La sensibilidad de escucha es muy distinta a lo largo del rango de frecuencia. Por ejemplo, una onda sonora de 75 dB de 1000 Hz suena mucho más alta que una de 75 dB y 100 Hz. Una forma habitual de registrar esta variación en la sensibilidad es aplicar una curva de ponderación A para convertir los decibelios (dB) en decibelios con ponderación A (dBA). Los decibelios definen la magnitud física de la onda sonora, mientras que los dBA aproximan el volumen percibido de esa misma onda.
Desde el desarrollo de la curva única de ponderación A, los científicos han trazado una serie más completa de "contornos de volumen similar" que capta mejor las complejidades de los oídos. En este gráfico, dos puntos cualesquiera a lo largo de una línea determinada suenan igual de alto, y cada curva es aproximadamente el doble de alta que la curva que hay debajo. Si tus oídos funcionasen igual que los micrófonos, todas estas curvas no serían más que líneas horizontales igualmente espaciadas.
Este gráfico también introduce la métrica de volumen, que consigue el mismo objetivo que los dBA pero es más sofisticada e intuitiva. Esta escala es directamente proporcional al volumen percibido (2x volumen = 2x sones), mientras que la escala dBA es poco intuitiva (2x volumen = añadir 10 dB).
Calidad del sonido
A menudo es la calidad del sonido, en lugar del volumen, la que determina lo que tu cerebro distingue como un sonido bueno o malo. Por ejemplo, el zumbido agudo de un mosquito es relativamente silencioso, pero también es muy desagradable y se distingue del ruido de fondo para captar tu atención. Los ingenieros describen este tipo de sonido como “tonal”, pero tu cerebro puede interpretar muchos otros patrones de sonido distribuidos en categorías como el traqueteo, chirrido, crujido, estridencia, estruendo y muchas más.
Muchas de esas interpretaciones se pueden cuantificar a partir de los datos que emite un micrófono, utilizando mediciones de calidad del sonido como la tonalidad, la nitidez, ratio de prominencia, la fuerza de fluctuación y el índice de articulación. Esos datos pueden condicionar que disfrutes o no usando un producto, además de afectar a tu impresión sobre su calidad de fabricación y rendimiento.
Un ejemplo interesante de la calidad del sonido es el gran esfuerzo de ingeniería realizado en el sonido que hace la puerta del coche al cerrarse. Este sonido es secundario con respecto a la función principal del coche, pero determina en gran medida la impresión inicial de robustez y fiabilidad del vehículo.
Psicoacústica de las bicicletas eléctricas
Entonces, ¿cómo se relaciona todo esto con las bicicletas? Durante los años en que venimos siendo los pioneros en la psicoacústica de las bicicletas, el equipo del Trek Performance Research ha descubierto que la calidad del sonido de tu bicicleta (a menudo incluso más que el volumen) incide considerablemente a la hora de disfrutar de la ruta. En las eléctricas de montaña nos hemos centrado en dos métricas de calidad del sonido: el índice de tonalidad y el de articulación.
La tonalidad
Los motores eléctricos suelen emitir tonos muy agudos que pueden resultar especialmente desagradables. Al igual que en el ejemplo del mosquito, el zumbido del motor de una bicicleta eléctrica se cuela de fondo para llamar tu atención.
La tonalidad (en concreto, la tonalidad HMS) es una métrica de calidad acústica moderna que utiliza una serie de algoritmos muy complejos para modelar con precisión la percepción humana de este tipo de tonos desagradables. Creemos que la tonalidad es una nueva métrica fundamental a la hora de valorar la experiencia de los ciclistas en una bicicleta eléctrica.
El cálculo de tonalidad HMS utiliza una compleja secuencia de 14 algoritmos para reproducir cómo percibe tu sistema oreja-cerebro los tonos molestos (del estándar ECMA-74:2019)
Índice de articulación
Uno de los aspectos más importantes a la hora de pedalear con amigos y familiares es la posibilidad de charlar, aprender técnicas nuevas y guiarse mutuamente por senderos nuevos. Sin embargo, los sonidos del sendero, incluyendo el motor de tu bicicleta eléctrica, pueden impedir que oigas lo que dicen los demás. El índice de articulación es una métrica de calidad acústica que predice la proporción del discurso que es audible y es un buen indicador de cómo los sonidos pueden arruinar la experiencia de salir a rodar en grupo.
Más información sobre el índice de articulaciónHerramientas y conocimientos
La psicoacústica es una ciencia nueva y desafiante en el ciclismo, pero supone una gran diferencia en la experiencia de conducción. El desarrollo de herramientas y conocimientos psicoacústicos por parte de Trek refleja su compromiso con la mejora de la experiencia de conducción a través de la ciencia. Si a esto le añadimos nuestra consolidada capacidad y experiencia en vibraciones, los ingenieros de Trek pueden ahora calcular, comprender y crear diseños en función de las sensaciones y sonidos de la bicicleta.
En el laboratorio con la Madone con IsoSpeedPsicoacústica del motor TQ HPR50
El motor TQ HPR50 revoluciona el concepto de lo silenciosa y agradable que puede ser una bicicleta eléctrica; un hecho que podemos ilustrar mediante pruebas psicoacústicas avanzadas y técnicas de análisis realizadas durante la fase de desarrollo de prototipos de la bicicleta. La culminación de estas pruebas fue una comparativa final en un ambiente sonoro lo más controlado posible: una cámara anecoica.
En la cámara anecoica, hemos comparado el motor TQ HPR50 con una bicicleta tradicional sin asistencia, una bicicleta eléctrica de montaña con asistencia ligera y una bicicleta eléctrica de montaña de gran potencia en una amplia variedad de condiciones y en un rodillo de entrenamiento con aislamiento acústico. A lo largo de dos días, se recogieron 225 millones de datos utilizando 21 micrófonos y un sensor de cadencia que nos permitió relacionar la frecuencia acústica con la velocidad del motor.
En estas pruebas, analizamos la tonalidad, el volumen, la potencia acústica y el índice de articulación de las bicicletas en un intervalo de cadencia de 40-100 rpm, a una potencia total de 300 W y en los dos niveles de asistencia más elevados. Todos los gráficos se basan en un micrófono B&K 4966-H-041 situado a 1 metro en el lateral de la bicicleta y a 1,7 metro en línea vertical con el suelo (a la altura de la cabeza, marcado con un círculo azul).
"La bicicleta equipada con motor HPR50 suena 4 o 5 veces mejor que otras bicicletas eléctricas de montaña muy populares"
¿Los gráficos no te apasionan? ¡Escucha tú mismo el interior de una cámara anecoica!
EscuchaLas líneas continuas representan el modo de asistencia máxima y las discontinuas el segundo modo de asistencia máxima. Tonalidad calculada según el estándar ECMA-74:2019.
Volumen del TQ HPR50
Aunque la tonalidad es la que mejor refleja tu experiencia montando una bicicleta eléctrica, no nos olvidamos del volumen. Los siguiente gráficos muestran el volumen percibido, tanto en dBA como en sones. Dependiendo de la combinación de bicicletas y datos que valoremos, el motor HPR50 es entre 1,5 y 1,8 veces más silencioso que el de otras bicicletas eléctricas, y más parecido a una bicicleta sin motor.
Potencia acústica del motor TQ HPR50
El volumen es una métrica clave, pero depende de la distancia y la dirección del micrófono respecto a la fuente del sonido. La localización de nuestro micrófono se eligió para representar el sonido en los oídos del ciclista o de su compañero, ya que es la que más importa.
Pero además fuimos más allá a la hora de medir la potencia del sonido, optando por una disposición hemisférica de 12 micrófonos para cuantificar la cantidad de sonido total emitida por la bicicleta en todas las direcciones. En otras palabras, la potencia del sonido representa la comparación entre bicicletas respecto a los oyentes en cualquier localización alrededor de la bicicleta.
Como vemos en el gráfico, la potencia acústica es muy similar al volumen que hay cerca de la cabeza del ciclista. Esto valida tanto nuestros resultados de volumen como el lugar elegido para nuestras métricas con un solo micrófono.
Índice de articulación del HPR50
Como ya hemos comentado, el sonido de la bicicleta puede interferir en tu capacidad para hablar con los demás mientras pedaleas. El Índice de articulación predice la cantidad de claves del habla que se pueden oír sobre un ruido determinado. De nuevo, el sonido del motor HPR50 es mucho más parecido al de una bicicleta tradicional que al de otras bicicletas eléctricas y no dificulta tus conversaciones en los senderos.
Pruebas sobre el terreno
Mientras que este artículo se centra en pruebas realizadas bajo control en la cámara anecoica, también comprobamos los resultados con nuestro equipamiento de pruebas acústicas sobre el terreno. Los resultados obtenidos en los senderos fueron similares. La tonalidad del motor HPR50 fue entre 3 y 5 veces inferior, y el volumen entre 1,5 y 1,8 veces inferior al de otras bicicletas eléctricas de montaña.
Análisis del mapa de colores
Una técnica de análisis muy potente es mapear el volumen en forma de colores con escalas tanto de cadencia como de frecuencia del sonido. En el siguiente mapa de colores, cada línea diagonal representa un tono cuyo pico de frecuencia crece en paralelo a la cadencia. Se trata de los tonos que destacan del fondo y captan tu atención percibiéndolo como un sonido desagradable.
Cada una de las líneas diagonales corresponden a un componente que rota físicamente en el interior del motor, cuya relación de transmisión y número de dientes/imanes se relaciona con la pendiente de la línea. Se aprecia claramente cómo las transmisiones de las eléctricas tradicionales tienen muchas piezas en movimiento que crean muchos tonos, mientras que la transmisión de engranaje harmónico de la Fuel EXe genera un único tono mucho más silencioso.