Typiske elsykkelmotorer overfører kraft fra motoren til kranken gjennom et nettverk av gir, aksler, belter og/eller trinser. Mange raskt bevegelige deler som griper i hverandre, betyr mange muligheter for høyfrekvent, ubehagelig støy.
I kontrast har TQ HPR50 harmonisk pin-ring-motor bare ett girgrensesnitt der belastningen nesten lydløst fordeles på mange av tennene til enhver tid.
Vi sykler med alle sansene våre, og måten sykkelen din høres på har en overraskende innvirkning på sykkelopplevelsen din. Hittil har elektrisk sykkelassistanse kommet med en akustisk kostnad som vi alle har lært å leve med — elsykkelstøy.
Det var til TQ HPR50 dukket opp.
I denne artikkelen tar vi deg med på en vitenskapelig reise innen sykkelakustikk. Det er en helt ny kategori av sykkelytelse som sannsynligvis betyr mye mer for deg enn du tror.
Til slutt skal vi vise at TQ HPR50 høres 5x mer behagelig ut og er 1,8x mer stillegående enn andre populære elterrengsykler. Faktisk høres en TQ-motor mye mer ut som en tradisjonell sykkel uten assistanse, og bringer deg tilbake til hvordan syklingen var ment å være.
Skeptisk? Før vi går inn på detaljene, la oss lytte til noen raske eksempler av en TQ-motor sammenlignet med to populære elterrengsykler på sti. Endelig en elsykkel som er snill med ørene!
Dine fantastiske ører
Hørselen er kanskje den sterkeste sansen din, og å bruke mikrofoner for å matche hørselen innebærer ganske ekstrem vitenskap.
Ørene dine kan oppdage lydtrykkamplituder fra 20 til 100 000 000+ mikropascal – et helt enormt frekvensområde. Det er som å ha én linjal som kan måle alt fra tykkelsen på et papirark til høyden på en 100-etasjers bygning! For å møte dette enorme frekvensområdet, snakker vi vanligvis om lyd i den logaritmiske desibelskalaen (dB).
Ørene dine kan også registrere frekvenser fra 20 til 20 000 Hz – et annet stort område. Den ene trykkbølgen som når øret ditt inneholder en kombinasjon av alle disse frekvensene fra alle lydkildene rundt deg. Ørets spiralformede cochlea skiller denne kombinerte trykkbølgen tilbake til de individuelle frekvensene og koder dem som nervesignaler. Ørene dine er rett og slett kraftige og fascinerende lydsensorer!
Fascinerende lydsensorerPsykoakustikk
Nervesignalene fra ørene blir deretter analysert av den akustiske supercomputeren som er hjernen din. Bare forestill deg den nesten mirakuløse prosessorkraften og presisjonen som kreves for å skille og finne den 3-dimensjonale plasseringen av flere lydkilder i sanntid (kalt lydlokalisering). Hjernen din analyserer så mønstrene til alle disse lydene, og tildeler deretter betydninger, følelser og assosiasjoner til dem.
Psykoakustikk er studien av hvordan øre-hjerne-systemet ditt føler og tolker lyd. Og ulike psykoakustiske målinger er utviklet for å konvertere rå mikrofondata til hvordan du oppfatter lyder både når det gjelder kvantitet (loudness) og kvalitet.
Oppfattet lydstyrke
Hørselen din varierer mye gjennom hele frekvensområdet. For eksempel så høres en 75 dB lydbølge ved 1000 Hz mye høyere ut enn en 75 dB lydbølge ved 100 Hz. En vanlig måte å gjøre rede for denne varierende følsomheten på er å bruke en A-vektet kurve for å konvertere desibel (dB) til A-vektet desibel (dBA). dB definerer den fysiske størrelsen på lydbølgen, mens dBA tilnærmer den hørbare lydstyrken til den samme bølgen.
Siden utviklingen av den enkle A-vektede kurven, har forskere kartlagt en mer komplett serie med "like lydstyrkekonturer" som mer fullstendig fanger ørene dine. I denne grafen høres to punkter langs en gitt linje like høye ut, og hver kurve gir omtrent dobbelt så høyt lydvolum som kurven under den. Hvis ørene dine fungerte på samme måte som mikrofoner, ville alle disse kurvene bare vært horisontale linjer med like stor avstand.
Dette diagrammet introduserer også de metriske lydvolum-sonene, som oppnår samme formål som dBA, men er mer sofistikerte og intuitive. Sonene skaleres direkte med oppfattet lydstyrke (2x loudness = 2x sones), mens dBA er ganske lite intuitivt (2x loudness = legg til 10 dB).
Lydkvalitet
Ofte er det lydens kvalitet, snarere enn lydstyrken, som dikterer hjernens måte å skille mellom gode lyder og dårlige lyder. For eksempel er den høyfrekvente lyden til en mygg relativt svak, men den er også ganske ubehagelig og skjærer gjennom bakgrunnen for å fange oppmerksomheten din. Ingeniører beskriver denne spesielle typen lyd som "tonal", men hjernen vår kan tolke mange andre lydmønstre i kategorier som skranglete, pipende, knirkende, skingrende, rumlende og mange flere.
Mange av disse tolkningene kan kvantifiseres fra mikrofondata ved å bruke lydkvalitetsmålinger som tonalitet, skarphet, røffhet, prominensforhold, fluktuasjonsstyrke og artikulasjonsindeks. Disse beregningene kan forutsi gleden din ved å bruke et produkt, sammen med ditt inntrykk av byggekvaliteten og ytelsen.
Et interessant eksempel på lydkvalitet er den betydelige innsatsen ingeniører har lagt i lyden av bildøren din. Denne lyden er sekundær til bilens kjernefunksjon, men former i stor grad ditt første inntrykk av bilens stabilitet og pålitelighet.
Elsyklenes psykoakustikk
Så hvordan relateres alt dette til sykler?! Gjennom flere års pionervirksomhet innen sykkelpsykoakustikk, har Trek Performance Research oppdaget at sykkelens lydkvalitet – ofte enda mer enn lydstyrken – har stor innvirkning på hvordan du nyter sykkelturen. For elterrengsykler har vi fokusert på to målbare deler av lydkvaliteten - tonalitet og artikulasjonsindeks.
Tonalitet
Elektriske motorer har en tendens til å lage høye toner som kan oppleves som spesielt ubehagelige. Akkurat som med mygg, skjærer lyden fra en elsykkelmotor gjennom bakgrunnen og fanger oppmerksomheten din.
Tonalitet (spesielt Tonalitet-HMS) er en moderne lydmåling som bruker en rekke avanserte algoritmer for å nøyaktig modellere menneskets oppfatning av denne typen ubehagelig lyd. Vi tror at tonalitet er en viktig ny måleverdi for hva syklister opplever på en elsykkel.
Kalkuleringen av Tonalitet-HMS bruker en kompleks sekvens med 14 algoritmer for å modellere ditt øre-hjerne-systems oppfattelse av irriterende toner (fra ECMA-74:2019 standarden)
Artikulasjonsindeks
En stor del av å sykle med venner og familie er evnen til å prate, lære hverandre nye ferdigheter og vise hverandre veien på nye stier. Men ulike lyder på stien – inkludert elsykkelmotoren din – kan blokkere evnen til å høre hva andre sier. Artikulasjonsindeks er en måling av lydkvalitet som forutsier andelen hørbar tale og er en god indikator på hvordan lyder kan forringe opplevelsen av sykkelturen for gruppen din.
Lær om artikulasjonsindeksVerktøy og kunnskap
Psykoakustikk er en utfordrende ny vitenskap innen sykling, men den gjør en stor forskjell for sykkelopplevelsen. Treks utvikling av sykkel-psykoakustiske verktøy og kunnskap reflekterer deres forpliktelse til å forbedre sykkelopplevelsen gjennom vitenskap. Når vi la til vår veletablerte vibrasjonskapasitet og ekspertise, kan Trek Engineering nå måle, forstå og designe alt du føler og hører på sykkelen.
I laboratoriet med Madone IsoSpeedTQ HPR50 psykoakustikk
TQ HPR50 revolusjonerer hvor stille og behagelig en elsykkel kan høres ut – noe vi kan illustrere ved hjelp av avansert testing og psykoakustiske analyseteknikker som ble utviklet gjennom sykkelens prototypefase. Kulminasjonen av denne testen var en test av produksjonssykler i et mest mulig kontrollert lydmiljø – et ekkofritt kammer.
I det ekkofrie kammeret sammenlignet vi TQ HPR50 med en tradisjonell sykkel uten assistanse, en populær lett assistert eMTB og en populær kraftig eMTB over en lang rekke forhold på en tilpasset lydisolert sykkelrulle. I løpet av to dager samlet vi 225 millioner datapunkter ved hjelp av 21 mikrofoner og en tråkkfrekvenssensor som gjorde at vi kunne relatere lydfrekvens til motorhastighet.
I disse testene analyserte vi syklenes tonalitet, lydstyrke, lydkraft og artikulasjonsindeks i en tråkkfrekvens fra 40–100 rpm, ved en total effekt på 300 W, og i de to høyeste assistansenivåene. Alle grafene er basert på en B&K 4966-H-041-mikrofon plassert 1 m på siden fra sykkelen og 1,7 m vertikalt fra gulvet (i hodehøyde, blå sirkler.)
«Sykkelen med HPR50 høres 4-5x mer behagelig ut enn andre populære eMTBer»
Ikke så fan av grafer? Lytt selv i det ekkofrie kammeret!
Lytt selvHeltrukne linjer er høyeste assistansenivå og stiplede linjer er nest høyeste assistansenivå. Tonalitet kalkulert etter ECMA-74:2019 standarden.
TQ HPR50 lydstyrke
Selv om tonaliteten er best relatert til opplevelsen din på en elsykkel, glemte vi ikke lydstyrke. Grafene nedenfor viser oppnådd lydstyrke i både dBA og soner. Avhengig av hvilken kombinasjon av sykler og måletall vi vurderer, er HPR50 1,5-1,8x mer stillegående enn andre elsykler og kan mest sammenliknes med sykler uten motor.
TQ HPR50 lydkraft
Lydstyrke er en viktig måling av akustikk, men den avhenger av mikrofonens valgte avstand og retning fra lydkilden. Mikrofonplasseringen vår ble valgt for å gjengi lyden ved syklistens eller sykkelkompisens ører, siden det er der det betyr mest.
Men vi gjorde også det neste trinnet med å måle lydstyrken, som bruker en halvkuleformet rekke av 12 mikrofoner for å kvantifisere den totale lydenergien som sendes ut fra sykkelen i alle retninger. Med andre ord representerer lydstyrken hvordan syklene er sammenlignet med lyttere hvor som helst rundt sykkelen.
Som vi ser i grafen, rangerer lydens kraft veldig likt lydstyrken nær rytterens hode. Dette validerer både lydstyrkemålingene våre og den valgte plasseringen for våre målinger med én mikrofon.
TQ HPR50 artikulasjonsindeks
Som tidligere diskutert, kan lyden av sykkelen din forstyrre evnen til å snakke med andre mens du sykler. Articulation Index forutsier mengden tale som kan høres over en gitt støy. Igjen er HPR50 mye nærmere en tradisjonell sykkel enn andre elsykler, og ødelegger ikke samtalene dine ute på stien.
Tester i felten
Siden denne artikkelen fokuserer på tester fra det svært kontrollerte ekkofrie kammeret, tok vi også med vårt akustiske testutstyr ut på sti for validering. Resultatene viser det samme, HPR50 måler 3-5 ganger lavere i tonalitet og 1,5-1,8 ganger lavere i lydstyrke enn de andre elterrengsyklene.
Fargekartanalyse
En veldig kraftig analyseteknikk er å kartlegge lydstyrke som farger over en skala av både kadens og lydfrekvens. I fargekartene nedenfor representerer hver diagonale linje en tone hvis frekvens (pitch) øker med tråkkfrekvensen – dette er tonene som skjærer gjennom bakgrunnen og fanger oppmerksomheten din som ubehagelig.
Hver av disse diagonale linjene tilsvarer en fysisk spinnende komponent i motoren, hvis girutveksling og tann-/magnetantall er relatert til linjens helning. Det er klart at de tradisjonelle elsykkelmotorene har mange bevegelige deler som skaper mye lyd, mens Fuel EXe sitt harmonisk pin-ring-gir kun skaper én enkel, mye lavere tone.