Bežné motory elektrobicyklov prenášajú výkon z motora na kľuky prostredníctvom siete prevodov, hriadeľov, remeňov a/alebo kladiek. Množstvo rýchlo sa pohybujúcich komponentov, ktoré fungujú spoločne, znamená aj množstvo príležitostí na generovanie nepríjemného hluku s vysokou frekvenciou.
Naproti tomu má motor TQ HPR50 s harmonickou valčekovou prevodovkou len jedno prevodové rozhranie, kde sa záťaž vždy nehlučne rozdeľuje medzi množstvo zubov.
Pri jazde využívame všetky zmysly a zvuk bicykla má prekvapivý vplyv na celkový zážitok z jazdy. Doteraz sme pri jazde s asistenciou museli trpieť hluk motora elektrobicykla.
Teraz však na scénu prichádza motor TQ HPR50.
V tomto článku vás zoberieme na cestu vedeckého spoznávania akustiky bicyklov. Je to úplne nová kategória parametrov bicykla, na ktorej vám pravdepodobne záleží oveľa viac, ako si myslíte.
Nakoniec vám ukážeme, že motor TQ HPR50 znie 5-krát príjemnejšie a je 1,8-krát tichší ako motory iných obľúbených horských elektrobicyklov. V skutočnosti sa zvuk motora TQ približuje viac k zvuku tradičného bicykla bez asistencie, vďaka čomu sa dostávate k podstate toho, aká by mala byť jazda na bicykli.
Neveríte? Skôr ako prejdeme k podrobnostiam, vypočujte si najskôr niekoľko krátkych ukážok zvuku motora TQ v porovnaní so zvukom motorov dvoch iných obľúbených horských elektrobicyklov na traile. Konečne elektrobicykel, ktorý sa dobre počúva!
Úžasný sluch
Sluch je pravdepodobne najsilnejší zmysel. Keď chceme pomocou mikrofónov napodobniť vnímanie sluchu, chce to extrémne komplikovaný vedecký prístup.
Uši dokážu zaznamenať amplitúdu akustického tlaku v rozsahu od 20 do viac ako 100 000 000 mikropascalov, čo je neuveriteľne obrovský rozsah. To je ako keby ste mali pravítko, ktoré dokáže zmerať čokoľvek od hrúbky listu papiera až po výšku 100-poschodovej budovy! Aby sme zohľadnili tento obrovský rozsah, zvyčajne hovoríme o zvuku v logaritmickej stupnici decibelov (dB).
Váš sluch dokáže rozpoznať zvukové frekvencie od 20 do 20 000 Hz, čo je obrovský rozsah. Jediná tlaková vlna, ktorá sa dostane do ucha, obsahuje kombináciu všetkých frekvencií zo všetkých zdrojov zvuku v okolí. Špirálovitý slimák ucha túto kombinovanú tlakovú vlnu rozdelí na jednotlivé frekvencie a zakóduje ich ako nervové signály. Uši sú naozaj výkonné a fascinujúce zvukové senzory!
Fascinujúce zvukové senzoryPsychoakustika
Nervové signály z uší následne interpretuje superpočítač na akustickú analýzu, ktorým je váš mozog. Len si predstavte ten priam zázračný výpočtový výkon a presnosť, ktoré sú potrebné na odseparovanie a presné priestorové určenie polohy viacerých zdrojov zvuku v reálnom čase (tzv. zvuková lokalizácia). Váš mozog ďalej analyzuje vzorce všetkých týchto zvukov a následne im priraďuje významy, emócie a asociácie.
Psychoakustika je štúdia, ktorá skúma, ako prepojený systém ucha a mozgu vníma a interpretuje zvuk. Boli vyvinuté rôzne psychoakustické metriky na konverziu surových údajov z mikrofónu na pochopenie toho, ako vnímate zvuky z hľadiska kvantity (hlasitosti) a kvality.
Vnímaná hlasitosť
Citlivosť sluchu sa v celom frekvenčnom rozsahu výrazne líši. Napríklad zvuková vlna s intenzitou 75 dB pri 1 000 Hz znie oveľa hlasnejšie ako zvuková vlna s intenzitou 75 dB pri 100 Hz. Bežný spôsob, ako zohľadniť túto rozdielnu citlivosť, je použiť váhovú krivku A na prevod decibelov (dB) na A-vážené decibely (dBA). Hodnota dB definuje fyzický rozsah zvukovej vlny, zatiaľ čo dBA približuje vnímanú hlasitosť tej istej vlny.
Od vyvinutia princípu jednej váhovej krivky A vedci zmapovali kompletnejší rad „tvarov rovnakej hlasitosti“, čo lepšie zachytáva komplexnosť sluchu. Ľubovoľné dva body v tomto grafe pozdĺž danej čiary znejú rovnako hlasno a každá krivka je približne dvakrát hlasnejšia ako krivka pod ňou. Ak by váš sluch fungoval rovnako ako mikrofóny, všetky tieto krivky by boli len rovnomerne vzdialené vodorovné čiary.
Tento graf znázorňuje aj metriku používajúcu jednotky hlasitosti sony, ktorá má rovnaký účel ako dBA, ale je sofistikovanejšia a intuitívnejšia. Sony sa škálujú priamo úmerne s vnímanou hlasitosťou (2× hlasitosť = 2× sony), zatiaľ čo škálovanie dBA je pomerne neintuitívne (2× hlasitosť = pridať 10 dB).
Kvalita zvuku
Často je to kvalita zvuku, nie jeho hlasitosť, čo rozhoduje o tom, či váš mozog vníma daný zvuk ako dobrý alebo zlý. Napríklad bzučanie komára je relatívne tichý, ale zároveň pomerne nepríjemný a prenikavý zvuk s vysokou frekvenciou, čiže upúta vašu pozornosť. Technici označujú tento konkrétny typ zvuku ako „tónový“ a náš mozog dokáže zaradiť mnoho ďalších zvukových vzorcov do kategórií, ako sú hrkotanie, pískanie, vŕzganie, škrípanie, dunenie a mnoho ďalších.
Mnohé z týchto interpretácií možno kvantifikovať na základe údajov z mikrofónu pomocou ukazovateľov kvality zvuku, ako sú tonalita, ostrosť, drsnosť, pomer prominencie, sila fluktuácie a artikulačný index. Tieto ukazovatele dokážu predpovedať dobrý pocit z používania produktu, ako aj dojem z jeho kvality a výkonu.
Zaujímavý príklad v oblasti kvality zvuku je značné inžinierske úsilie vynaložené na zvuk zatvárania dverí automobilu. Tento zvuk je v porovnaní s hlavnou funkciou vozidla sekundárny, ale výrazne formuje prvotný dojem z robustnosti a spoľahlivosti vozidla.
Psychoakustika elektrobicyklov
Ale ako sa to týka bicyklov?! V priebehu niekoľkých rokov priekopníckeho výskumu Trek Performance Research skúmajúceho psychoakustiku bicyklov sme zistili, že kvalita zvuku bicykla má veľký vplyv na pôžitok z jazdy (často ešte viac ako jeho hlasitosť). V prípade horských elektrobicyklov sme sa zamerali na dva ukazovatele kvality zvuku – tonalitu a artikulačný index.
Tonalita
Elektromotory majú tendenciu vydávať vysoké tóny, ktoré môžu byť vnímané ako mimoriadne nepríjemné. Podobne ako v príklade s komárom, aj nepríjemné zvuky motora elektrobicykla sú prenikavé a upútajú vašu pozornosť.
Tonalita (najmä HMS tonalita) je moderná metrika kvality zvuku, ktorá využíva sériu pokročilých algoritmov na presné modelovanie ľudského vnímania týchto druhov nepríjemných tónov. Veríme, že tonalita je kľúčovou novou metrikou pre to, čo jazdci vnímajú na elektrobicykli.
Pri výpočte HMS tonality sa využíva komplexný rad 14 algoritmov na modelovanie vnímania rušivých tónov systémom ucho-mozog (z normy ECMA-74:2019)
Artikulačný index
Veľmi dôležitým aspektom jazdy s priateľmi a rodinou je možnosť rozprávať sa, učiť sa navzájom nové zručnosti a jazdiť po nových trasách. Rôzne zvuky počas jazdy (vrátane zvuku motora elektrobicykla) však môžu obmedzovať vašu schopnosť počuť, čo hovoria ostatní. Artikulačný index je ukazovateľ kvality zvuku, ktorý odhaduje podiel reči, ktorú je počuť, a je dobrým indikátorom toho, ako môžu zvuky narúšať zážitok zo skupinovej jazdy.
Viac informácií o artikulačnom indexeNástroje a poznatky
Psychoakustika je v cyklistike nová a pomerne náročná disciplína, ktorá má však veľký vplyv na celkový zážitok z jazdy. Vývoj psychoakustických nástrojov a poznatkov spoločnosti Trek v oblasti cyklistiky odráža jej odhodlanie zlepšovať zážitok z jazdy prostredníctvom vedy. Keď sa k tomu pridajú naše osvedčené zručnosti a odborné znalosti v oblasti vibrácií, technici Trek teraz dokážu merať, pochopiť a navrhnúť čokoľvek, čo na bicykli cítite a počujete.
V laboratóriu s bicyklom Madone a technológiou IsoSpeedPsychoakustika motora TQ HPR50
Motor TQ HPR50 je revolučný v zistení, aký tichý a príjemný môže byť zvuk elektrobicykla – môžeme to ilustrovať pomocou pokročilých techník psychoakustického testovania a analýzy, ktoré boli vyvinuté počas fázy vývoja prototypu bicykla. Vyvrcholením testovania bol finálny test sériovo vyrábaného bicykla v maximálne kontrolovanom zvukovom prostredí – v anechoickej komore.
V anechoickej komore sme porovnali zvuk motora TQ HPR50 so zvukom tradičného bicykla bez asistencie, zvukom obľúbeného elektrobicykla s nízkou mierou asistencie a zvukom obľúbeného výkonného elektrobicykla v rôznych podmienkach na vlastnom zvukovo izolovanom tréningovom zariadení. Počas dvoch dní sme zozbierali 225 miliónov dátových bodov pomocou 21 mikrofónov a snímača kadencie, čo nám umožnilo prepojiť frekvenciu zvuku s rýchlosťou motora.
Pri týchto testoch sme analyzovali tonalitu, hlasitosť, akustický výkon a artikulačný index bicyklov v rozsahu kadencie 40 – 100 otáčok za minútu, pri celkovom výkone 300 W a pri dvoch najvyšších úrovniach asistencie motora. Všetky grafy vychádzajú z údajov z mikrofónu B&K 4966-H-041, ktorý bol umiestnený vo vzdialenosti 1 m bočne od bicykla a vo výške 1,7 m od podlahy (vo výške hlavy, zakrúžkovaný modrou farbou).
„Bicykel s motorom HPR50 znie 4-krát až 5-krát príjemnejšie ako iné obľúbené horské elektrobicykle“
Nie ste veľký fanúšik grafov? Vypočujte si to na vlastné uši zvnútra anechoickej komory!
Vypočuť si toPlné čiary predstavujú režim najvyššej úrovne asistencie a prerušované čiary predstavujú režim druhej najvyššej úrovne asistencie. Tonalita vypočítaná podľa normy ECMA-74:2019.
Hlasitosť motora TQ HPR50
Hoci tonalita má najväčší vplyv na zážitok z jazdy na elektrobicykli, nezabudli sme ani na hlasitosť. Grafy nižšie zobrazujú vnímanú hlasitosť v dBA aj v sonoch. V závislosti od toho, akú kombináciu bicyklov a metrík berieme do úvahy, motor HPR50 je 1,5-krát až 1,8-krát tichší ako iné elektrobicykle a jeho zvuk sa najviac podobá zvuku bicyklov bez asistencie.
Akustický výkon motora TQ HPR50
Hlasitosť je kľúčový akustický ukazovateľ, ktorý však závisí od zvoleného smeru a vzdialenosti mikrofónu od zdroja zvuku. Umiestnenie nášho mikrofónu bolo zvolené tak, aby reprezentovalo zvuk pri ušiach jazdca alebo spolujazdca, pretože to miesto je najdôležitejšie.
Okrem toho sme však urobili ďalší krok, a to meranie akustického výkonu, pri ktorom sa využíva polguľová sústava 12 mikrofónov na kvantifikovanie celkovej energie zvuku generovaného z bicykla vo všetkých smeroch. Inými slovami, akustický výkon znázorňuje, ako zvuk bicykla vnímajú poslucháči na ľubovoľnom mieste v okolí bicykla.
Ako môžeme vidieť na grafe, akustický výkon je veľmi podobný ako hlasitosť v blízkosti hlavy jazdca. To potvrdzuje správnosť našich výsledkov meraní hlasitosti a takisto výberu tohto miesta pre naše merania s jedným mikrofónom.
Artikulačný index motora TQ HPR50
Ako už bolo spomínané, zvuk motora elektrobicykla vám môže počas jazdy prekážať v rozhovore s ostatnými. Artikulačný index predpovedá, koľko rečových podnetov je možné počuť pri danom hluku. Aj v tomto prípade sa zvuk motora HPR50 oveľa viac podobá zvuku tradičných bicyklov ako zvuku iných elektrobicyklov a nebude vám počas jazdy prekážať v konverzácii.
Testy v teréne
Tento článok sa zameriava na testy vykonané vo vysoko kontrolovanej anechoickej komore, ale vybavenie na testovanie akustiky sme kvôli overeniu výsledkov zobrali aj do terénu. Výsledky z trailov potvrdili výsledky z anechoickej komory. Motor HPR50 sa vyznačoval 3-krát až 5-krát nižšou tonalitou a 1,5-krát až 1,8-krát nižšou hlučnosťou ako motory iných elektrobicyklov.
Farebná analýza
Veľmi účinnou technikou analýzy je mapovanie hlasitosti vo forme farieb na stupnici kadencie a frekvencie zvuku. Na vyššie zobrazených farebných mapách každá diagonálna čiara predstavuje tón, ktorého frekvencia (výška) sa zvyšuje s kadenciou – sú to tóny, ktoré prebijú zvuky okolia a upútajú vašu pozornosť ako nepríjemné.
Každá z týchto diagonálnych čiar zodpovedá fyzickému otáčajúcemu sa komponentu motora, ktorého prevodový pomer a počet zubov/magnetov má vplyv na sklon čiary. Je zrejmé, že tradičné prevodovky elektrobicyklov obsahujú množstvo pohyblivých častí, ktoré vydávajú veľa tónov, zatiaľ čo motor TQ HPR50 bicykla Fuel EXe vydáva len jeden, oveľa tichší tón.