Aktualno

Zvok elektrike

20. jul 2021

Kako nastane zvok običajnih avtomobilov, vemo. Od kod pa prihaja zvok električnih vozil? Verjemite ali ne - tako rekoč iz glasbenega studia!

Od nastanka avtomobila mineva že vsaj 140 let in v tem času se je razvil v odlično in vsestransko uporabno prevozno sredstvo, ki je večino tega časa povezano tudi s hrupom različnih komponent, od motorja do pnevmatik. Napredek v trajnostni mobilnosti in odnosu do okolja je prinesel novo staro vrsto pogona, ki je v primerjavi z bencinskimi in dizelskimi motorji praktično neslišen. Tako nova doba elektromobilnosti prinaša tudi drugačno zvočno prisotnost električno gnanih avtomobilov.

Česar ne vidim in ne slišim, zame ne obstaja
Prvi hibridi nove dobe, ki so se na cestah pojavili v začetku stoletja, so voznikom in potnikom pri vožnji samo na elektriko prinesli tišino in mir, okolica pa tega ni bila najbolj vesela, sploh na parkiriščih ali v ozkih ulicah, kjer se drugi udeleženci v prometu pogosto niti niso zavedali, da imajo za seboj ali ob sebi vozilo. To je lahko hitro privedlo do neprijetnih dogodkov, ko sta pešec ali kolesar prekrižala pot avtomobilu, ki ga nista videla in ga zaradi tišine tudi nista pričakovala.

Pri človeku je zaznavanje okolice pač povezano s čutili, in če katero od njih ni popolnoma funkcionalno, priskočijo na pomoč druga. Tisto, česar naši možgani ne slišijo, tako denimo zaznavamo z vidom. A pri človeški vrsti oči gledajo naprej, medtem ko sta dva stereo mikrofona na naši glavi veliko bolj univerzalna senzorja in ob zaznavanju zvoka lahko določita tudi smer, od koder ta prihaja.

»Zaznavanje zvoka je pravzaprav čutenje vibracij, ki potujejo skozi zrak ali prihajajo iz naše okolice. Kot zvok zaznavamo frekvence med 20 in 20 tisoč herci. Tudi živali lahko zaznavajo vibracije v zraku, vendar imajo različne vrste za to lahko precej različne organske sisteme. Kot vsa čutila nam tudi zaznavanje zvoka pomaga pri orientaciji v okolju in komunikaciji z drugimi. Odsotnost čutenja zvoka pa predstavlja oviro pri orientaciji in komunikaciji. Skozi izkušnje, tudi slušne, si izoblikujemo predstavo o svojem okolju. Sem sodi tudi zvočna slika, ki jo prepoznamo. Zvok letala na primer običajno slišimo, še preden v sončnem dnevu zagledamo letalo. Podobno je z zvokom avtomobila, ki se nam bliža od zadaj, medtem ko hodimo po cestišču brez pločnika. Odsotnost zvoka v okolju, v katerem predmeta ali vozila ne vidimo, pomeni, da ga kot takega ne zaznamo,« pojasnjuje dr. Jure Urbančič, specialist otorinolaringologije, zaposlen na Kliniki za otorinolaringologijo UKC Ljubljana.

Zakonodaja
Električni avtomobil seveda ni povsem neslišen, saj vrtenje elektromotorja oddaja zvok različnih frekvenc, ta pa nastaja tudi pri stiku podlage in pnevmatik, vendar okolica pri zelo majhnih hitrostih električnega vozila to komajda zazna. Ocenjeno je, da nekje nad hitrostjo 30 kilometrov na uro avtomobil s kotalnim uporom in aerodinamičnim odrivom povzroča dovolj aktivnega zvoka, da ga že lahko zaznajo drugi udeleženci v prometu. Kljub temu je pri teh manjših hitrostih električno vozilo le slabo slišno, sploh če so v neposredni okolici tudi zvoki drugega prometa, če piha veter in podobno.

Kmalu je tako postalo jasno, da je treba električni pogon narediti slišen tudi pri majhnih hitrostih, in medtem ko se je dela lotila avtomobilska industrija, se je sčasoma uredila tudi zakonodaja. To področje so začeli regulirati leta 2009, najprej na Japonskem in v ZDA, dve leti pozneje pa še v Evropski uniji. Leta 2011 je Evropska komisija sestavila osnutek smernic za akustično opozarjanje na vozilo, katerega cilj je bil narediti električna vozila slišna za pešce in druge ogrožene udeležence v prometu. Rodil se je AVAS (Acoustic Vehicle Alerting System), sistem, ki mora samodejno generirati zvezni zvok električnega ali hibridnega vozila od speljevanja do hitrosti 20 kilometrov na uro in pri vzvratni vožnji. Evropski parlament je februarja 2013 osnutek sprejel v obravnavo in ga potrdil aprila 2014. Za vsa nova električna in hibridna vozila je bilo tako uvedeno petletno prehodno obdobje za usklajevanje, od 1. julija 2019 pa je AVAS obvezni del vseh prvič v EU tovarniško homologiranih električno gnanih avtomobilov in drugih vozil. Od 1. julija letos pa bo AVAS v EU obvezen del vseh novih električno gnanih vozil.

AVAS mora biti narejen tako, da njegov zvok primerno spreminja frekvenco glede na hitrost, pospeševanje in zaviranje avtomobila. Jakost zvoka mora biti v razponu med 40 in 60 decibeli, odvisna pa je tudi od hitrosti vozila. Pešci in kolesarji morajo biti sposobni že po zvoku zaznati, če avtomobil pospešuje ali zavira. Pri vzvratni vožnji zadošča neprekinjen zvok. Uredba Evropske unije določa jakost zvoka na različnih razdaljah od vozila in dovoljene razpone vrtilnih frekvenc. Pri hitrostih, večjih od 20 kilometrov na uro, se jakost zvoka počasi zmanjšuje, saj je kotalni hrup pnevmatik dovolj glasen, da dodatni akustični signal ni več potreben.

Sama naprava tehnično ni zahtevna, saj je mikrokrmilnik navezan na informacijski tok vozila, od koder prebira vse potrebne parametre hitrosti in delovanja motorja. Generator zvoka nato prek ojačevalnika in zvočnika, ki je običajno nameščen pod sprednji pokrov motorja, za masko ali na kako drugo slišno mesto, oddaja ustrezen zvok.

Avtomobilska industrija je, kar je zanimivo, zašla v nenavaden paradoks. Še pred leti so inženirji skušali avtomobile z notranjim zgorevanjem narediti čim tišje za potnike in okolico, s prihodom električne dobe pa se je razvoj obrnil. Iz tišine stopamo v svet novih in nenavadnih avtomobilskih zvokov, prijetnih za ušesa, pa tudi slišnih in posledično varnih za druge udeležence v prometu.

Unikatno, prepoznavno
Avtomobilski puristi stare dobe bi si seveda želeli slišati vzorec kakega motorja V8 ali V12, vendar so po uredbi prav ti zvoki prepovedani. Sestavljanje zvokov za električna vozila je tako prava znanost. Proizvajalci imajo sicer ob osnovnih pravilih glede same vsebine zvoka proste roke.

Za zdaj še nismo tako daleč, da bi lahko kot pri klasičnih avtomobilih iz zvoka vozila razbrali, ali gre za turbo, V6, V8 ali kaj podobnega. Se pa vsi proizvajalci trudijo, da bi bili zvoki dovolj unikatni in prepoznavne vsaj avtomobilske znamke. Klaus Bischoff, vodja oblikovanja v koncernu Volkswagen, tako pravi: »Ob zvoku morajo vsi takoj pomisliti, da je to lahko le električni avto. Druga misel pa mora biti, da je to Volkswagen.«

Pri Volkswagnu so se z umetnim zvokom srečali pred desetletjem pri prvih električnih avtomobilih e-up! in e-Golf. »Ta dva sta bila opcijsko že opremljena z e-zvokom, pri ustvarjanju katerega smo se zgledovali po motorjih z notranjim zgorevanjem,« pojasnjuje Michael Wehrmann, ki je kot inženir za apliciranje zvoka pri Volkswagnu zaposlen že od leta 2011. A družina ID. naj bi zvenela povsem drugače, akustiki pa so iskali navdih pri futurističnih filmskih dirkalnikih iz Vojne zvezd, pa tudi pri običajnih zvokih prometa in narave.

Ko iščejo popoln električni zvok, strokovnjaki upoštevajo tako rezultate različnih meritev kot lastni posluh, izkušnje in odzive testnih skupin. »Seveda pa je pomembno tudi vreme,« dodaja Ingo Hapke, vodja Volkswagnove ekipe za akustiko. Plundra zvočne valove odbija močneje, snežna odeja pa jih duši. Upoštevati je treba tudi vzajemno delovanje več električnih vozil, saj med zvoki ne sme prihajati do interferenc.

Ker je zaradi električnega pogona tišje tudi v kabini, so pri modelu ID.3 na novo sestavili tudi vse druge pomembne zvoke, na primer opozorilni zvok za vključene smernike. Pri običajnih avtomobilih je ta grob in sekajoč, v električnih pa ne potrebuje veliko, da izstopi iz ozadja, zato so ga zasnovali kot tišjega, bolj digitalnega. »Avtomobili v električni dobi so tihi. Zaradi tihosti okolja je učinek vsakega tona večji. Ne želimo tišine, želimo pa umirjenost,« pravi Indra-Lena Kögler, vodja razvoja uporabniške izkušnje pri znamki Volkswagen.

Pri znamki ŠKODA so sistem AVAS poimenovali E-noise, prvič pa so ga uporabili za priključna hibrida SUPERB iV in OCTAVIA iV. Spominja na zvok motorja z notranjim zgorevanjem, a brez globinske zaznave valjev. Sistem, ki zavzame le slab liter prostornine, so postavili pred desno sprednje kolo. »Ni bilo veliko izbire, kam ga postaviti. Pešci imajo le delček sekunde, da slišijo prihajajoči avtomobil, zato zakonodaja jasno zahteva, da se zvok širi naprej proti pešcem,« pojasnjuje Pavel Orendaš, vodja razvoja E-noisa pri znamki ŠKODA, katerega zadnji izdelek je zvok SUV-a ENYAQ iV. »To je povsem električen avto, zato je bil precejšen izziv, kako ustvariti zvok, ki bi ustrezal njegovi identiteti. Dokončno smo ga uglasili v akustičnem laboratoriju koncerna Volkswagen. Eno pa je bilo jasno od začetka: ta zvok mora biti opazno drugačen od zvoka priključnih hibridov, torej nikakor ne imitacija mehanskega zvoka motorja z notranjim zgorevanjem. Gre za mnogo bolj elektronske, celo futuristične tone.«

Zvok avtomobila je nekaj unikatnega – lahko ga sicer opisujemo z besedami, a treba ga je doživeti. Začutimo ga v svojem telesu, dotakne se našega srca. Nizke frekvence dajejo vtis umirjene moči, medtem ko srednje frekvence izražajo športnost. Visoke frekvence pa se dobro ujemajo z zvočnim ozadjem električnega avtomobila.

Studijski zvok
Postopek ustvarjanja zvoka avtomobila je v precejšnji meri podoben snemanju kake rock skupine v studiu, le da je tu med mikrofoni parkiran avto. Digitalni zvočni podpis novega Audi e-trona GT sta ustvarila inženirja Rudolf Halbmeir in Stephan Gsell, ki sta pri tem uporabljala pravi pravcati studio z mikrofoni, zvočno izolacijo, snemalnimi delovnimi postajami na računalnikih in zvočnimi monitorji ter različnimi glasbenimi inštrumenti. Tudi e-tron GT je bil inštrument zase. Halbmeir je imel pod mizo stopalko za plin, s katero je lahko simuliral pospeševanje avtomobila, hkrati pa je v snemalnem programu nastavljal vse mogoče parametre in zvočne efekte.

Priprava zvokov za avtomobile je precej interdisciplinarna zadeva in Halbmeir, ki je pri Audiju od leta 2009 odgovoren za akustiko, je po dokončanem študiju strojništva v svojem poklicu združil znanje igranja kar sedmih inštrumentov. V prostem času je namreč glasbenik, ki piše pesmi in zanje vse inštrumente tudi odigra sam v svojem lastnem snemalnem studiu. »Ko sem iskal osnovo za zvok e-trona GT, sem poskusil z različnimi inštrumenti, od violine do električne kitare in didžeriduja, a nobeden ni bil zares primeren. Potem pa sem na vrtu našel plastično cev. Dolga je bila tri metre in imela je premer 80 milimetrov. Na eno stran sem pritrdil ventilator in poslušal zvok, ki je izhajal na drugi strani. Bil je zelo specifičen, globoko hrumenje. Takoj sem vedel, da sem našel osnovo za e-tronov zvok.«

Sledilo je inženirsko delo v Audijevem zvočnem laboratoriju in na računalniku v pisarni. V zvoku e-trona GT tako zdaj najdemo tudi zvok baterijskega vrtalnika, modelčka helikopterja, pa tudi nekaj različic zvoka plastične cevi.

Pomembni sta tako glasnost kot frekvenca, saj zvok ne sme biti preveč neprijeten ali moteč. »To je prava simfonija. Zvok Audi e-trona GT je narejen iz več kot tridesetih zvočnih posnetkov. Petnajst jih je aktivnih ves čas, preostali se pojavljajo v različnih okoliščinah,« pripoveduje Halbmeir, Stephan Gsell, inženir za zvok, pa dodaja: »Če nekdo vozi Audija, mora tudi slišati Audija.«

Gsell, ki je po poklicu elektroinženir, v Audijevi ekipi pa je od leta 2015, pomaga Halbmeirju testirati zvok v zvočnem laboratoriju. Testno okolje, poudarjata, zvočno pristno posnema zunanji svet, od asfaltne podlage do okolja. Zaradi različnih predpisov ima tako e-tron GT denimo v Evropi in na Kitajskem enak zvok, v ZDA pa nekoliko drugačen.

Druga faza razvoja zvoka Audi e-trona GT je potekala na številnih kilometrih, prevoženih z njim. Konec koncev je le tako mogoče doživeti resnične, vsakdanje okoliščine: premikanje avtomobila, veter, zvok pnevmatik in drugih vozil. »Naš zvok se tako neprestano ustvarja, medtem ko algoritem na različne načine meša posamezne zvoke,« pojasnjuje Gsell. To temelji na podatkih o hitrosti vrtenja električnih motorjev, obremenjenosti vozila, njegovi hitrosti in drugih parametrih. Pri majhnih hitrostih je zvok diskreten. Ko se hitrost povečuje, pa postaja vse bolj poln in dinamičen. Čeprav je zvok sintetičen, je vtis, ki ga ustvarja, povsem pristen – kot bi dejansko izhajal iz pogonskega sklopa vozila.

»Zvok e-trona GT mora biti privlačen v vsaki situaciji,« dodaja Gsell. »Končni rezultat je športen, prefinjen zvok, ki je prepoznaven in čist. Znane zvočne vzorce združuje z novimi, futurističnimi elementi. Audijev zvok je več kot zvok motorja. Je akustični izraz športnosti, prefinjenosti in naprednosti, še posebej v svetu električne mobilnosti.«

Še zanimivost: kupci e-trona GT se lahko sami odločijo, kako bi radi slišali e-zvok. Serijska oprema vključuje obvezni opozorilni zvok pri majhnih hitrostih (AVAS). Tega oddaja zvočnik v sprednjem delu vozila. Opcijski zvočni paket pa zagotavlja bolj individualno in čustveno zvočno izkušnjo, pri kateri sodelujejo ojačevalniki v prtljažniku, zvočnik v zadku vozila in zvočnika v zadnjih vratih, ki skrbita za zvok v notranjosti avtomobila.

To, kako pešec na cesti sliši naš avtomobil, je povsem drugačno od tega, kako ta zvok doživljamo voznik in potniki v kabini. Zavedamo se ga le v nekaterih situacijah, ima pa močan vpliv na našo vozno izkušnjo.

6 blagovnih znamk pod isto streho