Los motores habituales de bicis eléctricas transfieren la potencia del motor a la biela a través de una red de engranajes, ejes, bandas o poleas. Debido a que hay muchas piezas que se mueven rápidamente y engranan entre sí, existen muchas posibilidades de que se produzcan ruidos agudos y desagradables.
En cambio, el motor de anillos de pines armónicos del TQ HPR50 tiene una sola interfaz de engranes en donde la carga se reparte silenciosamente entre muchos engranes en todo momento.
Rodamos con todos nuestros sentidos, y el sonido de tu bici tiene un impacto sorprendente en tu experiencia de paseo. Hasta ahora, la asistencia en las bicis eléctricas implica un costo auditivo con el que todos hemos aprendido a vivir: el ruido de la bici eléctrica.
Es decir, hasta que llegó el TQ HPR50
En este artículo, te llevaremos por un recorrido científico sobre la acústica de las bicis. Es una nueva categoría con la que se mide el rendimiento de las bicis que probablemente sea más importante de lo que piensas.
Al final, demostraremos que el TQ HPR50 emite un sonido 5 veces más agradable y 1.8 veces más silencioso que otras e-MTB populares. De hecho, un motor TQ suena mucho más parecido a una bici tradicional sin asistencia, lo que te permite volver a sentir ese pedaleo para el cual las bicis fueron pensadas.
¿No nos crees? Antes de adentrarnos en los detalles, escuchemos algunas muestras breves de un motor TQ en comparación con dos bicis e-MTB populares en la pista. ¡Por fin una bici eléctrica agradable para los oídos!
Oír es maravilloso
La audición es quizás el sentido más poderoso, por lo que el uso de micrófonos que se adaptan a tus oídos implica una base científica bastante extrema.
Tus oídos pueden detectar amplitudes de presión sonora que van de 20 a más de 100,000,000 de micropascales, una gama absolutamente enorme. Es como tener una regla que puede medir desde el grosor de una hoja de papel hasta la altura de un edificio de 100 pisos. Para tener en cuenta este enorme rango, solemos hablar del sonido en la escala logarítmica de decibelios (dB).
Tus oídos también pueden detectar frecuencias sonoras de 20 a 20,000Hz, otro rango enorme. La única onda de presión que llega a tu oído contiene una combinación de todas estas frecuencias procedentes de todas las fuentes de sonido que te rodean. La cóclea de tu oído, con forma de espiral, separa esta onda de presión combinada en frecuencias individuales y las codifica como señales nerviosas. ¡Tus oídos son unos sensores de sonido realmente poderosos y fascinantes!
Sensores de sonido fascinantesPsicoacústica
Las señales nerviosas de tus oídos son interpretadas por la supercomputadora de análisis acústico que tienes en el cerebro. Imagínate la potencia de procesamiento y la precisión casi milagrosas que se necesitan para separar e identificar la ubicación tridimensional de varias fuentes de sonido en tiempo real (lo que se conoce como localización del sonido). Tu cerebro realiza un análisis adicional de los patrones de todos esos sonidos y luego les asigna significados, emociones y asociaciones.
La psicoacústica es el estudio de cómo tu sistema oído-cerebro detecta e interpreta el sonido. Se han desarrollado diferentes métricas de psicoacústica para convertir los datos sin procesar del micrófono en la forma en que percibes los sonidos en términos de cantidad (volumen) y calidad.
Volumen percibido
Tu sensibilidad auditiva varía considerablemente a lo largo del rango de frecuencias. Por ejemplo, una onda sonora de 75dB a 1,000Hz suena mucho más fuerte que una onda sonora de 75dB a 100Hz. Una forma común de explicar esta sensibilidad variable es aplicar una curva de ponderación A para convertir decibeles (dB) a decibeles ponderados en A (dBA). dB define la magnitud física de la onda sonora, mientras que dBA estima el volumen percibido de esa misma onda.
Desde la creación de la curva A-weighting única, los científicos elaboraron una serie más completa de “contornos de volumen iguales” que capta mejor los matices de tus oídos. En este gráfico, dos puntos cualquiera a lo largo de una línea dada suenan igual de fuerte, y cada curva es aproximadamente el doble de fuerte que la curva situada debajo de este. Si tus oídos funcionaran igual que los micrófonos, todas estas curvas serían solo líneas horizontales equidistantes.
Este gráfico también presenta la métrica de volumen sones, que tiene el mismo propósito que los dBA, pero es más sofisticada e intuitiva. Los sones se escalan directamente con el volumen percibido (2x sonoridad = 2x sones), mientras que los dBA son muy poco intuitivos (2x volumen = agregar 10 dB).
Calidad del sonido
Por lo general, es la calidad del sonido, en lugar del volumen, lo que hace que tu cerebro distinga entre buenos y malos sonidos. Por ejemplo, el sonido agudo de un mosquito es relativamente silencioso, pero también es bastante desagradable e irrumpe el ambiente para llamar tu atención. Los ingenieros describen este tipo particular de sonido como “tonal”, pero nuestro cerebro puede interpretar muchos otros patrones sonoros en categorías como traqueteo, chirrido, crujido, chillido, estruendo y muchos más.
Muchas de estas interpretaciones se pueden cuantificar a partir de los datos del micrófono mediante el uso de métricas de calidad del sonido, como tonalidad, agudeza, aspereza, relación de prominencia, intensidad de fluctuación e índice de articulación. Estas métricas pueden predecir el disfrute de utilizar un producto, junto con lo que tú consideras calidad y rendimiento.
Como ejemplo interesante de la calidad del sonido, podemos citar el importante esfuerzo de ingeniería realizado en el sonido de la puerta de tu coche al cerrarse. Este sonido es secundario con respecto a la función principal del coche, pero determina en gran medida tu impresión inicial sobre la robustez y confiabilidad del coche.
Psicoacústica de la bici eléctrica
¿Cómo se relaciona todo esto con las bicis? Tras varios años de experiencia como pionero en la psicoacústica de las bicis, el Centro de Investigación sobre Rendimiento de Trek descubrió que la calidad del sonido de tu bici (a veces incluso más que su volumen) tiene un gran impacto en el disfrute del andar. En el caso de las bicis MTB eléctricas, nos centramos en dos métricas de calidad de sonido: tonalidad e índice de articulación.
Tonalidad
Los motores eléctricos tienden a emitir tonos agudos que pueden percibirse como muy molestos. Al igual que el ejemplo del mosquito, el zumbido del motor de una bici eléctrica irrumpe en el fondo para captar tu atención.
La tonalidad (concretamente la tonalidad HMS) es una moderna métrica de la calidad del sonido que utiliza una serie de algoritmos avanzados para modelar con precisión la percepción humana de este tipo de tonos molestos. Creemos que la tonalidad es una nueva métrica clave de lo que los ciclistas sienten en una bici eléctrica.
El Cálculo HMS de tonalidad utiliza una secuencia completa de 14 algoritmos para modelar lo que tus oídos-cerebro perciben como tonos molestos (del estándar ECMA-74:2019)
Índice de articulación
Un aspecto importante de andar en bici con amigos y familiares es la posibilidad de charlar, enseñar nuevas habilidades a los demás y orientarse mutuamente en nuevas pistas. No obstante, los distintos sonidos de la pista (incluido el motor de tu bici eléctrica) pueden bloquear tu capacidad de oír lo que dicen los demás. El índice de articulación es una métrica de la calidad del sonido que predice el porcentaje del habla que es audible y es un buen indicador de cómo los sonidos pueden restar valor a la experiencia del paseo en grupo.
Conoce más sobre el índice de articulaciónHerramientas y conocimiento
La psicoacústica es una nueva ciencia desafiante en el ciclismo, pero marca una gran diferencia en la experiencia de paseo. En Trek, la creación de herramientas y el desarrollo de conocimientos en el campo de la psicoacústica de la bicicleta reflejan nuestro compromiso por mejorar la experiencia del ciclista a través de la ciencia. Sumado a nuestra consolidada capacidad y experiencia con respecto a las vibraciones, ahora Trek Engineering puede medir, comprender y diseñar en función de todo lo que sientes y oyes en la bici.
En el laboratorio con el IsoSpeed de la MadonePsicoacústica del TQ HPR50
El TQ HPR50 revoluciona lo silenciosa y placentera que una bici eléctrica puede sonar; un hecho que podemos demostrar mediante las técnicas avanzadas de prueba y análisis de psicoacústica que se desarrollaron durante la fase de creación del prototipo de la bici. Para culminar la prueba, se realizó una comparación de la bici al final de la producción en el entorno sonoro más controlado posible: una cámara anecoica.
En la cámara anecoica, comparamos el TQ HPR50 con una bici tradicional sin asistencia, una popular e-MTB con asistencia ligera y una popular e-MTB de gran potencia, en una amplia variedad de condiciones y en un aparato de entrenamiento personalizado con aislamiento acústico. En el transcurso de dos días, recopilamos 225 millones de puntos de datos utilizando 21 micrófonos y un sensor de cadencia que nos permitió relacionar la frecuencia del sonido con la velocidad del motor.
En estas pruebas, analizamos la tonalidad, el volumen, la potencia del sonido y el índice de articulación de las bicis en un intervalo de cadencia de 40-100 rpm, a una potencia total de 300 W y en los dos niveles más altos de asistencia del motor. Todos los gráficos se basan en un micrófono B&K 4966-H-041 situado a 1m lateralmente de la bici y a 1.7m verticalmente del suelo (a la altura de la cabeza, marcado con un círculo azul).
“La bici equipada con el HPR50 emite un sonido de 4 a 5 veces más agradable que otras e-MTB populares”.
¿No eres tan fanático de los gráficos? ¡Escucha tú mismo desde dentro de la cámara anecoica!
EscuchaLas líneas sólidas marcan el modo de asistencia más alto y las líneas de guiones marcan el segundo modo de asistencia más alto. Tonalidad calculada con el estándar ECMA-74:2019.
Volumen del TQ HPR50
Si bien la tonalidad es lo que más se relaciona con tu experiencia de paseo en una bici eléctrica, no nos olvidamos del volumen. En el siguiente gráfico se muestra el volumen percibido en dBA y en sones. Según la combinación de bicis y métricas que tengamos en cuenta, el HPR50 es de 1.5 a 1.8 veces más silencioso que el de otras bicis eléctricas y es más parecido al de las bicis sin asistencia.
Potencia sonora del TQ HPR50
El volumen es una métrica acústica clave, pero depende de la distancia y la dirección que tenga el micrófono de la fuente de sonido. Elegimos la ubicación de nuestro micrófono para representar el sonido en los oídos del ciclista o del acompañante, dado que es la ubicación más importante.
Sin embargo, tomamos el paso adicional de medir la potencia sonora, que utiliza un conjunto hemisférico de 12 micrófonos para cuantificar la energía sonora total que se emite de la bici en todas las direcciones. En otras palabras, la potencia sonora representa cómo se comparan las bicis para los receptores que se encuentran en cualquier lugar alrededor de la bici.
Como vemos en el gráfico, la potencia sonora se sitúa de forma muy similar al volumen cerca de la cabeza del ciclista. Esto corrobora tanto nuestros resultados de volumen como la ubicación elegida para nuestras mediciones con un solo micrófono.
Índice de articulación del TQ HPR50
Como ya dijimos, el sonido de tu bici puede interferir en tu capacidad para hablar con los demás mientras andas en bici. El índice de articulación predice la cantidad del habla que puede oírse por encima de un ruido determinado. Repito, el HPR50 es mucho más parecido al de una bici tradicional que al de otras bicis eléctricas y no interfiere en tus conversaciones en la pista.
Pruebas de campo
Si bien en este artículo nos centramos en las pruebas realizadas en la cámara anecoica altamente controlada, también llevamos nuestro equipo de pruebas acústicas a la pista para su validación. Los resultados obtenidos en pista concuerdan: el motor HPR50 registra entre 3 y 5 veces menos en tonalidad y entre 1.5 y 1.8 veces menos en volumen que las demás bicis e-MTB.
Análisis del mapa de color
Una técnica de análisis muy potente es asignar el volumen con colores en una escala de cadencia y frecuencia sonora. En los mapas de colores que se muestran debajo, cada línea diagonal representa un tono cuya frecuencia (tono) aumenta con la cadencia. Estos son los tonos que podrían irrumpir el ambiente y sonar desagradables al oído.
Cada una de estas líneas diagonales corresponden a un componente giratorio físico dentro del motor, cuya relación de cambios y cantidad de piezas/imanes se relacionan con la pendiente de la línea. Evidentemente, las transmisiones de la bici eléctrica tradicional tienen muchas piezas en movimiento que crean muchos tonos, mientras que el motor con collarín armónico de la Fuel EXe crea un solo tono mucho más silencioso.