Typowe silniki do rowerów elektrycznych przenoszą moc z silnika na korbę poprzez zespoły kół zębatych, wałów, pasów i/lub kół pasowych. Wiele szybko poruszających się części oznacza wiele punktów, w których możliwe jest powstanie nieprzyjemnego hałasu o wysokich tonach.
Z drugiej strony spektrum znajduje się silnik TQ HPR50 z przekładnią falową mającą pojedynczy interfejs, w którym obciążenie jest cicho dzielone na wiele zębów przez cały czas jego pracy.
Jeździmy wszystkimi naszymi zmysłami, a brzmienie Twojego roweru ma zaskakujący wpływ na wrażenia z jazdy. Do tej pory wspomaganie w rowerach elektrycznych wiązało się z kompromisami akustycznymi, z którymi wszyscy nauczyliśmy się żyć.
Teraz jest TQ HPR50.
W tym artykule zgłębimy razem świat akustyki rowerowej. To zupełnie nowa kategoria specyfikacji roweru, która prawdopodobnie znaczy dla Ciebie więcej niż Ci się wydaje.
Pokażemy, że TQ HPR50 brzmi 5x przyjemniej i jest 1,8x cichszy niż silniki innych popularnych elektrycznych rowerów górskich. Silnik TQ brzmi bowiem zdecydowanie bardziej jak tradycyjny rower bez wspomagania, dzięki czemu jazda wraca do źródeł.
Nie wierzysz? Nim przejdziemy do szczegółów, posłuchajmy krótkich próbek z jazdy po szlaku na rowerze z silnikiem TQ i na dwóch innych popularnych e-MTB. Wreszcie rower elektryczny, który oszczędza uszy!
Twoje niesamowite uszy
Słuch to prawdopodobnie Twój najwrażliwszy zmysł, a dorównanie mu za pomocą mikrofonów wymaga całkiem ekstremalnego wysiłku.
Twoje uszy wykrywają amplitudy ciśnienia akustycznego w zakresie od 20 do 100 000 000+ mikropaskali – to absolutnie ogromny zakres. To tak, jakby mieć jedną linijkę zdolną zmierzyć wszystko, od grubości kartki papieru do wysokości 100-piętrowego budynku! Aby uwzględnić ten ogromny zakres, zazwyczaj mówimy o dźwięku w logarytmicznej skali decybeli (dB).
Twoje uszy są w stanie zarejestrować dźwięki o częstotliwości od 20 do 20 000 Hz - to kolejny ogromny zakres. Pojedyncza fala ciśnienia, która dociera do Twojego ucha, zawiera kombinację wszystkich tych częstotliwości ze wszystkich otaczających źródeł dźwięku. Mający kształt spirali ślimak Twojego ucha rozdziela tę sumaryczną falę ciśnienia z powrotem na poszczególne częstotliwości i koduje je jako sygnały nerwowe. Twoje uszy są naprawdę potężnymi i fascynującymi czujnikami dźwięku!
Fascynujące czujniki dźwiękuPsychoakustyka
Sygnały nerwowe z Twoich uszu są poddawane interpretacji przez prawdziwy superkomputer do analizy akustycznej – mózg. Wyobraź sobie magiczną wręcz moc przetwarzania i precyzję niezbędne, by rozróżnić i jednocześnie umiejscowić w trzech wymiarach różne źródła dźwięku w czasie rzeczywistym (co nazywa się lokalizacją dźwięku). Twój mózg wykonuje dalszą analizę wszystkich tych dźwięków, a następnie przypisuje im znaczenia, emocje i konotacje.
Psychoakustyka zajmuje się badaniem percepcji i interpretacji dźwięków przez uszy oraz mózg. Opracowano w jej ramach różne wskaźniki, które służą do konwersji nieobrobionych danych z mikrofonów w ludzką percepcję dźwięków pod względem ilościowym (głośności) i jakościowym.
Postrzegana głośność
Czułość słuchu różni się w zależności od częstotliwości. Na przykład, dźwięk o natężeniu 75 dB i częstotliwości 1.000 Hz wydaje się znacznie głośniejszy niż dźwięk o natężeniu 75 dB i częstotliwości 100 Hz. To zróżnicowanie na poziomie percepcji często uwzględnia się poprzez zastosowanie krzywej korekcyjnej A w celu przeliczenia decybeli (dB) na decybele skorygowane według krzywej A (dbA). Decybele (dB) wskazują na fizyczne natężenie fali dźwiękowej, podczas gdy wartość dbA wskazuje jej postrzeganą głośność.
Od czasu opracowania pojedynczej krzywej ważenia A, naukowcy stworzyli bardziej kompletną serię „równych konturów głośności”, która pełniej oddaje zawiłości Twoich uszu. Na tym wykresie dowolne dwa punkty wzdłuż danej linii brzmią równie głośno, a każda krzywa jest mniej więcej dwa razy głośniejsza niż krzywa pod nią. Gdyby Twoje uszy działały tak samo jak mikrofony, wszystkie te krzywe byłyby po prostu równo rozmieszczonymi poziomymi liniami.
Wykres ten wprowadza również sony jako jednostkę miary głośności. Mają one ten sam cel co dBA, ale są bardziej wyrafinowaną i intuicyjną jednostką. Sony skalują się bezpośrednio z postrzeganą głośnością (2x głośność = 2x sony), podczas gdy dBA można uznać za raczej nieintuicyjną skalę (2x głośność = 10 dB więcej).
Jakość dźwięku
Często o tym, czy mózg uznaje dźwięk za dobry lub zły, decyduje jego charakterystyka, nie głośność. Na przykład, wysoki dźwięk komara jest względnie cichy, ale jednocześnie raczej nieprzyjemny i wybija się ponad tło, przyciągając Twoją uwagę. Inżynierowie określają barwę dźwięku, ale nasz mózg potrafi podzielić różne wzorce dźwięku na określone kategorie, na przykład grzechotanie, pisk, skrzypienie, ostry pisk, dudnienie i wiele, wiele innych.
Często tego typu interpretację można przedstawić w liczbach, na podstawie danych z mikrofonów, za pomocą różnych wskaźników, na przykład barwy, ostrości, wyrazistości, wydatności, zróżnicowania oraz wskaźnika wyrazistości. Wszystkie te wartości pozwalają przewidzieć stopień zadowolenia z produktu, a także postrzeganie jego konstrukcji oraz osiągów.
Interesującym przykładem jakości dźwięku jest znaczny wysiłek inżynieryjny włożony w dźwięk zamykania drzwi samochodu . Jest to kwestia drugorzędna w stosunku do podstawowej jego funkcji, ale w znacznym stopniu kształtuje początkowe wrażenie solidności i niezawodności pojazdu.
Psychoakustyka a rowery elektryczne
Jak to wszystko przekłada się na rowery?! Przez wiele lat pionierskich prac w zakresie psychoakustyki rowerowej laboratorium badawcze Trek Perfomance Research odkryło, że charakterystyka dźwięku roweru ma często nawet większy wpływ na radość z jazdy niż sama jego głośność. W przypadku elektrycznych rowerów górskich skupiliśmy się na dwóch wskaźnikach charakterystyki dźwięku, a mianowicie na tonalności, czyli rozkładzie tonów, i wskaźniku artykulacji.
Tonalność
Silniki elektryczne mają tendencję do wydawania wysokich dźwięków, które mogą być postrzegane jako szczególnie nieprzyjemne. Podobnie jak w przypadku komara, wycie silnika roweru elektrycznego wybija się ponad tło i przyciąga Twoją uwagę.
Tonalność (a konkretnie tonalność HMS) to nowoczesna miara jakości dźwięku, która umożliwia dokładne modelowanie ludzkiej percepcji wspomnianych nieprzyjemnych dźwięków za pomocą szeregu zaawansowanych algorytmów. Wierzymy, że tonalność jest kluczowym nowym miernikiem tego, czego rowerzyści doświadczają na rowerze elektrycznym.
Obliczenie charakterystyki tonów HMS (Hearing Model by Sottek) odbywa się przy pomocy 14 algorytmów do modelowania percepcji Twoich uszu i mózgu w zakresie irytujących tonów (zgodnie z normą ECMA-74:2019)
Wskaźnik artykulacji
Dużą częścią jazdy z przyjaciółmi i rodziną jest możliwość rozmowy, uczenia się nowych umiejętności i prowadzenia się nawzajem przez nowe szlaki. Jednak różne dźwięki podczas jazdy na szlaku – w tym silnik roweru elektrycznego – potrafią zagłuszyć, co mówią inni. Wskaźnik artykulacji to wskaźnik jakości dźwięku pozwalający ocenić stopień, w którym mowa jest słyszalna i dobrze wskazuje stopień, w którym dźwięki mogą psuć przejażdżkę w grupie.
Dowiedz się więcej o wskaźniku artykulacjiNarzędzia i wiedza
Psychoakustyka to nowa, wymagająca dziedzina nauki w kolarstwie, ale ma ogromny wpływ na wrażenia z jazdy. Opracowanie przez Trek narzędzi psychoakustycznych do rowerów odzwierciedla nasze zaangażowanie w poprawę wrażeń z jazdy poprzez naukę. Po dodaniu tych narzędzi do naszej powszechnie znanej ekspertyzy i sprawności w opracowywaniu rozwiązań w zakresie wibracji, Dział Inżynieryjny Treka może teraz zmierzyć, zrozumieć i zaprojektować wszystko, co czujesz i słyszysz na rowerze.
W laboratorium z Madone IsoSpeedPsychoakustyka a TQ HPR50
TQ HPR50 wprowadza rewolucję w tym, jak cichy i przyjemny potrafi być rower elektryczny. Możemy to udowodnić przy wykorzystaniu zaawansowanych technik realizacji prób i analiz psychoakustycznych opracowanych podczas prototypowania roweru. Zwieńczeniem tego etapu były próby z rowerami w wersjach produkcyjnych wykonane w najbardziej kontrolowanym środowisku możliwym, a mianowicie w komorze bezechowej.
W komorze bezechowej porównaliśmy TQ HPR50 z tradycyjnym rowerem bez wspomagania, popularnym lekkim e-MTB ze wspomaganiem i popularnym e-MTB o dużej mocy w szerokim zakresie warunków na specjalnie zbudowanym, izolowanym akustycznie trenażerze. W ciągu dwóch dni zebraliśmy 225 milionów punktów danych za pomocą 21 mikrofonów i czujnika kadencji, który pozwolił nam powiązać częstotliwość dźwięku z prędkością silnika.
W tych testach przeanalizowaliśmy tonację, głośność, moc dźwięku i wskaźnik artykulacji rowerów w zakresie kadencji 40-100 obr./min, przy całkowitej mocy 300 W i na dwóch najwyższych poziomach wspomagania silnika. Wszystkie wykresy opierają się na danych z mikrofonu BK 4966-H-041 umieszczonego 1 m z boku od roweru i 1,7 m pionowo od podłoża (na wysokości głowy, zakreślony na niebiesko).
„Rower z HPR50 brzmi 4–5x przyjemniej niż inne popularne e-MTB.”
Nie kręcą Cię wykresy? Posłuchaj nagrań z komory bezechowej!
PosłuchajLinie ciągłe to najwyższy poziom wspomagania, a linie przerywane to drugi najwyższy tryb wspomagania. Charakterystyka tonalna obliczona zgodnie z normą ECMA-74:2019.
Głośność TQ HPR50
Chociaż charakterystyka tonalna w największym stopniu odpowiada Twoim wrażeniom z jazdy na rowerze elektrycznym, nie zapomnieliśmy o głośności. Przedstawione poniżej wykresy pokazują postrzeganą głośność w dBA i w sonach. Zależnie od wybranej kombinacji roweru i wskaźnika, HPR50 okazuje się 1,5 do 1,8 razy cichszy niż inne silniki do rowerów elektrycznych i większość z porównywalnych rowerów bez wspomagania.
Moc akustyczna TQ HPR50
Głośność to kluczowy wskaźnik w akustyce, ale zależy od wybranej odległości i kierunku mikrofonu względem źródła dźwięku. My ustawiliśmy mikrofon z myślą o jak najlepszym odwzorowaniu dźwięku docierającego do uszu rowerzysty lub towarzysza, ponieważ to te dwa punkty mają największe znaczenie.
Podjęliśmy się jednak jednego dodatkowego kroku, w którym zmierzyliśmy moc akustyczną za pomocą zespołu 12 mikrofonów rozmieszczonych w półkolistej konfiguracji. Chcieliśmy w ten sposób poznać całkowitą moc akustyczną roweru ze wszystkich kierunków. Innymi słowy, moc akustyczna pozwala na określenie brzmienia rowerów dla osób słyszących go z dowolnej pozycji.
Jak widzimy na wykresie, moc dźwięku jest bardzo podobna do głośności w pobliżu głowy kierowcy. Potwierdza to zarówno nasze wyniki dotyczące głośności, jak i wybór lokalizacji dla pomiarów za pomocą pojedynczego mikrofonu.
Wskaźnik artykulacji dla TQ HPR50
Jak wspomniano wcześniej, dźwięk roweru potrafi zakłócać rozmowy z innymi podczas jazdy. Wskaźnik artykulacji przewiduje, ile sygnałów mowy można usłyszeć, gdy występuje określony hałas. Ponownie, HPR50 jest znacznie bliższy tradycyjnemu rowerowi niż innym rowerom elektrycznym i nie przeszkadza Ci w rozmowach na szlaku.
Próby terenowe
Chociaż artykuł skupia się na próbach w ściśle kontrolowanym środowisku komory bezechowej, zabraliśmy również nasz sprzęt na szlak, aby potwierdzić wyniki. Pomiary ze szlaku potwierdziły wcześniejsze ustalenia – HPR50 uzyskał wynik o 3-5x niższy w zakresie nieprzyjemnych tonów i 1,5x do 1,8x niższy pod względem głośności niż inne e-MTB.
Analiza odwzorowania za pomocą kolorów
Wyjątkowo użyteczną techniką analityczną jest wykonanie mapy głośności w funkcji kadencji i częstotliwości. Na przedstawionych poniżej mapach z odwzorowaniem za pomocą kolorów każda skośna linia przedstawia ton, którego częstotliwość (wysokość) rośnie wraz z kadencją. To właśnie takie tony wybijają się ponad tło i odpowiadają za nieprzyjemne wrażenia.
Każda z tych linii odpowiada elementowi obrotowemu w silniku, którego przełożenie i liczba zębów/magnesów odpowiada nachyleniu linii. Jak łatwo zauważyć, tradycyjne przekładnie w rowerach elektrycznych mają mnóstwo ruchomych części, które generują dźwięki o różnych tonach, podczas gdy przekładnia falowa zastosowana we Fuel EXe generuje jedynie jeden, znacznie cichszy.