Syntetyczny dźwięk silnika samochodów elektrycznych

fot. Audi

Audi e-sound: Urządzenie sterujące wytwarza dźwięk na podstawie sygnałów z samochodu

Przyszłe modele Audi e-tron będą poruszały się na długich odcinkach wykorzystując praktycznie niesłyszalny napęd elektryczny. Aby przechodnie mogli usłyszeć je w ruchu miejskim, marka stworzyła syntetyczny dźwięk silnika: Audi e-sound.

Miejsce pracy Rudolfa Halbmeira nie jest typowe dla inżyniera Audi. Na biurku, pomiędzy monitorem komputera a dwoma odsłuchami studyjnymi, stoi muzyczny keyboard. Na samym skraju biurka piętrzą się magazyny muzyczne.

- Dźwięk samochodu wykazuje wiele podobieństw do muzyki - mówi Halbmeir, inżynier akustyk. Dźwięk jest szczególną cechą samochodu. Cechą, którą można co prawda opisać fizycznie, ale trzeba ją przede wszystkim przeżyć. Dźwięk odczuwamy emocjonalnie, nie racjonalnie. Mimo, że osoba znajdująca się w samochodzie tylko czasami go świadomie słyszy, odczuwa go stale – dźwięk odgrywa kluczową rolę w odbiorze wrażeń z jazdy. Niskie częstotliwości przekazują wrażenia siły i spokoju, średnie natomiast sportowego ducha i zwinności.

Wszystkie samochody Audi wydają dźwięki, które sprawiają wrażenie okrągłych i harmonijnych, podkreślając wydajność, wysoką jakość i solidność samochodu.

- Stworzenie dobrego dźwięku jest kwestią złożoną. Na przestrzeni lat, zgromadziliśmy bardzo dużo specjalistycznej wiedzy. Wiemy, jak podkreślić przyjemne częstotliwości i jak stłumić niepożądane dźwięki - wyjaśnia dr Ralf Kunkel, kierownik działu akustyki Audi.

W seryjnie produkowanym Audi, to silnik spalinowy tworzy dźwięk. W modelu e-tron napędzanym elektrycznie, jest to właściwie niemożliwe. Silnik elektryczny pracuje zbyt cicho i na zbyt wysokich częstotliwościach, które nie należą do najprzyjemniejszych. Modele e-tron otrzymają zatem syntetyczne brzmienie. Stworzyli je Rudolf Halbmeir wraz z Axelem Brombachem i dr. Larsem Hinrichsenem.

Audi e-sound wykorzystuje syntetyczny dźwięk silnika, aby przechodnie mogli usłyszeć auto w ruchu miejskim.

Większa część pracy odbyła się na komputerze. Miksowanie dźwięków, odsłuchiwanie, ocena, remiksowanie: Halbmeir podchodzi do tego zadania entuzjastycznie. W wolnym czasie jest on bowiem autorem piosenek, kompozytorem z własnym studiem nagrań, multiinstrumentalistą.

- Tworzę jedyne w swoim rodzaju muzyczne struktury emocjonalne. Dźwięk samochodu ma dużo wspólnego z muzyką. Podążam za intuicją, muszę badać wszelkie pomysły, aby sprawdzić dokąd mnie poprowadzą - mówi Halbmeir. Jakie dokładnie pomysły?

- Filmy science-fiction nasunęły mi kilka wskazówek, które były przydatne w przypadku niektórych zakresów częstotliwości, ale w rzeczywistym świecie nic nie brzmi tak jak powinno brzmieć. Komponując muzykę lub dźwięki, trzeba robić to, czego jest się pewnym. Jeżeli pozwolimy sobie na kompromis, efekt końcowy będzie przypominał akustyczną papkę - mówi Halbmeir. 

- Wszyscy jesteśmy zawodowcami jeśli chodzi o motoryzację. Stanowi to naszą największą przewagę nad innymi specjalistami od dźwięku, tymi nie pracującymi w Audi. Znamy nasze samochody od podszewki. Wiemy jak działają i jak się zachowują - dodaje dr Ralf Kunkel.

Audi opracowuje nowe profile dźwiękowe dla przyszłych modeli e-tron

Audi e-Sound jest dźwiękiem syntetycznym, ale jednocześnie brzmi bardzo autentycznie – wytwarzany jest w każdej milisekundzie przez sam pojazd.

- Urządzenie sterujące stale otrzymuje od pojazdu informacje na temat liczby obrotów silnika elektrycznego, obciążenia, prędkości oraz innych parametrów. Na podstawie tych danych generowany jest dźwięk - wyjaśnia dr Lars Hinrichsen, ekspert w dziedzinie sprzętu i oprogramowania.

Audi e-Sound wydobywa się z solidnego głośnika zamontowanego w podłodze pojazdu. Axel Brombach, ekspert w tej dziedzinie, przybliża jego szczegóły: „Moc głośnika wynosi 40 W, jednak w trybie normalnej eksploatacji nie zostaje przekroczony poziom 5-8 W. Jest to wystarczająca moc, by słyszeli go piesi i rowerzyści znajdujący się w pobliżu samochodu”.

Niewielka część generowanego dźwięku dostaje się do wnętrza, przenoszona przez fale dźwiękowe rozchodzące się w powietrzu i odbijające się od stałych struktur.

- Dzięki informacjom o rozchodzeniu się dźwięków, możemy je wpuścić do wnętrza kabiny. Karoseria samochodowa to swoista płyta rezonująca. Mimo to, w przypadku modeli e-tron przywiązujemy wielką wagę do ciszy w aucie, ponieważ to ona w najlepszy sposób oddaje szczególny charakter jazdy z elektrycznym napędem - wyjaśnia dr Kunkel.

Pomiary podstawowe: Stanowisko do pomiarów akustycznych

Zmiana scenerii: Stanowisko do pomiarów akustycznych znajdujące się w piwnicy budynku, to duże pomieszczenie o powierzchni ok. 350 m² i wysokości siedmiu metrów. Metrowe kliny wypełnione watą szklaną wystające ze ścian, pochłaniają znaczną część energii akustycznej. Dźwięk brzmi tu prawie jak na zewnątrz. Pośrodku sali znajduje się hamownia otoczona dwoma długimi rzędami mikrofonów na stojakach. Tutaj, przy włączonych mikrofonach, przeprowadza się pomiary hałasu samochodu rozpędzającego się na rolkach hamowni.

Halbmeir i jego koledzy korzystali ze stanowiska do pomiarów akustycznych udoskonalając  technologię e-Sound zainstalowaną w modelu R8 e-tron. Przez cały czas mieli świadomość dostosowania się do wymogów prawnych. Pochodzące z początku 2011 roku regulacje, powstały w Stanach Zjednoczonych i dotyczą sygnałów dźwiękowych emitowanych przez pojazd elektryczny.

- Dźwięk będzie musiał być generowany do prędkości 30 km/h. Powyżej tej granicy hałas opon będzie wystarczająco głośny. Jednak to nie do końca nas satysfakcjonuje. Z pewnością będziemy starać się podnieść limit dla tych sygnałów - mówi dr Kunkel.

Głośnik emituje dźwięk słyszalny na ulicy

- Stanowisko pomiarowe było dla nas ważnym narzędziem badawczym, jednak by móc naprawdę ocenić e-Sound, brakuje prawdziwych warunków życia codziennego: ruchu, wiatru, innych samochodów. Dlatego wyszliśmy z badaniami na ulice. Zobaczyć, usłyszeć, poczuć - to wszystko tworzy jedną całość - mówi Axel Brombach.

Ulica, na zewnątrz budynku. Zza rogu, z delikatnym, miarowym warczeniem nadjeżdża czerwone Audi R8 e-tron. Siedzący w środku Rudolf Halbmeir lekko dociska pedał gazu. Warczenie przeradza się w pełny dźwięk silnika, podobny do eleganckiego dźwięku V8. Jest jednak jaśniejszy, zróżnicowany. Audi R8 e-tron brzmi jak samochód sportowy, ale w bardzo specyficzny, futurystyczny sposób. Halbmeir zatrzymuje się i szeroko uśmiecha się przez okno: „Czyż to nie brzmi dobrze?”

Audi e-Sound instalowany w samochodach sportowych o napędzie elektrycznym to dopiero początek. Producent chce wyposażać kolejne modele e-tron w taką indywidualną wizytówkę akustyczną, podobną do innych modeli, ale za każdym razem inną.