Dźwięki ciszy. Po co sztuczne brzmienie silnika w elektrycznym samochodzie? [MOTO 2030]

Łukasz Kifer
Na pierwszy rzut niektóre działania firm samochodowych ą pozbawione sensu. Koncerny motoryzacyjne projektują bezgłośne samochody o niespotykanym poziomie komfortu, a potem wyposażają je w... sztuczne brzmienie silnika. Jednak w tym szaleństwie jest metoda.

MOTO 2030 to copiątkowy cykl Gazeta.pl, w którym poruszamy najważniejsze tematy dotyczące przyszłości motoryzacji, transportu, technologii. Samochody, drogi i miasta bardzo dynamicznie zmieniają się na naszych oczach. Co piątek dziennikarze Moto.pl będą o tych zmianach pisać. Tutaj znajdują się wszystkie artykuły z cyklu MOTO 2030.

Jest kilka ważnych powodów, z których auta elektryczne powinny i wręcz muszą wydawać dźwięki w czasie jazdy. Pewnie to rozczaruje miłośników bezszelestnych aut, ale żeby ich pocieszyć można dodać, że cyfrowy dźwięk samochodów elektrycznych jest o wiele bardziej wyrafinowany i mniej męczący.

Poza tym elektryczne silniki mają więcej zalet. Są nie tylko ciche, bardziej efektywne i mają prostszą konstrukcję, ale też pracują bezwibracyjne i niemal nie wytwarzają energii cieplnej. Między innymi dlatego zapewniają o wiele wyższy komfort jazdy, niezależnie czy chodzi o pokonywanie autostrady z dużą prędkością, czy stanie w śródmiejskim korku.

Skoda Enyaq iVSkoda Enyaq iV fot. Skoda

Dlaczego elektryczne samochody muszą wydawać dźwięki?

Pierwsza przyczyna to bezpieczeństwo innych uczestników ruchu, przede wszystkim pieszych i rowerzystów, ale również wszystkich pozostałych. Słuch to ważny zmysł, który od początku ewolucji ostrzega nas przed niebezpieczeństwem i pozwala na orientację w terenie. Mózg ocenia sytuacje i pozwala podjąć decyzję na podstawie danych dostarczanych przez wszystkie zmysły.

Kiedyś słuch ostrzegał ludzi przed drapieżnikami, wrogami i siłami natury. Teraz pozwala nam przetrwać w miejskiej dżungli. Bezgłośny samochód staje się dla niewidomych wręcz niemożliwy do wykrycia, ale brak dźwięku silnika sprawia, że wszystkim jest trudniej go zauważyć. Bezpieczeństwo wymaga, aby w terenie zurbanizowanym auta elektryczne poruszające się z niewielką prędkością wydawały ostrzegawcze dźwięki.

Powinny być jak najmniej uciążliwe, ale wyraźne. Przy wyższych prędkościach szum opon i powietrza opływającego auta jest dostatecznie głośny, by zwracać uwagę przechodniów i rowerzystów, ale gdy samochód jedzie powoli, to nie wystarcza. Producenci samochodów elektrycznych zdają sobie z tego sprawę i montują w autach układy zwane AVAS.

Wyraz AVAS to skrótowiec słów Acoustic Vehicle Alerting System, czyli Dźwiękowy Samochodowy System Ostrzegawczy. Takie wyposażenie nie jest dobrą wolą producentów. W większości krajów jest wymagane do drogowej homologacji. Prawo regulujące zasady jego działania różni się w poszczególnych regionach świata, co nie ułatwia pracy producentom samochodów.

W krajach Unii Europejskiej, a więc i w Polsce, każdy samochód elektryczny (na akumulatory lub ogniwa paliwowe) i hybrydowy z elektrycznym trybem jazdy, aby uzyskać homologację od 1 lipca 2019 roku, musi wydawać ostrzegawcze dźwięki. Od 1 lipca 2021 roku takie wyposażenie będzie wymagane także w przypadku nowych aut ze starszą homologacją.

Już niedługo każdy sprzedany samochód "ekologiczny" bez żadnych wyjątków będzie musiał mieć na pokładzie akustyczny system AVAS. Jego parametry są określone przez przepisy. Dźwięk zmierzony z odległości dwóch metrów musi mieć głośność pomiędzy 56 i 75 dB i być emitowany w czasie jazdy z prędkością poniżej 20 km/h. W USA prędkość graniczna została wyznaczona na 30 km/h.

Powyżej tych prędkości sztuczne brzmienie nie jest regulowane przepisami, ale prowadzące badania na ten temat firmy motoryzacyjne doszły do ciekawych wniosków. Gdy kierowca słyszy dźwięk silnika o podobnej głośności i wysokości jak w samochodzie z silnikiem spalinowym czuje się pewniej w czasie jazdy.

Ford Mustang Mach-E GTFord Mustang Mach-E GT fot. Ford

Lubimy dźwięki i inne sygnały, które są znajome

Może i brzmienie jest sztuczne, ale jego efekty takie same jak w przypadku naturalnego. Prowadzącemu samochód elektryczny łatwiej się zorientować z jaką prędkością jedzie i jak intensywnie przyspiesza. Dzięki temu nie stanowi zagrożenia dla innych uczestników ruchu oraz nie zapłaci mandatu za przekroczenie prędkości. A przypadku aut na prąd zwykle pozbawionych skrzyń biegów wrażenia mogą być zwodnicze.

Również podczas uruchamiania pojazdu przydatne jest akustyczne potwierdzenie tego faktu. Rozświetlone ekrany we wnętrzu nie są wystarczająco wyraźnym sygnałem dla kierowcy przyzwyczajonego do samochodu z konwencjonalnym napędem.

Dzięki odpowiedniemu dźwiękowi, właściciel samochodu elektrycznego wie, że jest przygotowany do jazdy, dzięki czemu nie ruszy przypadkiem. Poza tym dźwięk "silnika" to czytelny sygnał wysyłany kierowcy, a wszyscy lubimy urządzenia o intuicyjnej obsłudze.

Zobacz wideo Brzmienie Audi e-tron GT

Dźwięk samochodów to składnik ich charakteru. Musi być oryginalny

Brzmienie jest jednym z elementów, które budują charakter danego modelu auta i wizerunek producenta. Nie bez powodu kochamy niektóre samochody za głuchy warkot silników V8, nierówny bulgot jednostek napędowych bokser i rzędowe sześciocylindrowe silniki o charakterystycznym metalicznym brzmieniu.

Producenci samochodów elektrycznych próbują zbudować nowy wizerunek przy pomocy sztucznego brzmienia. Powinno być nie tylko przyjemne i budzące zaufanie, ale też niepowtarzalne, obiecujące duże możliwości i kojarzące się właśnie z tą, a nie inną marką. Dzięki temu rozwija się nowy zawód motoryzacyjny: projektant samochodowego dźwięku. Jakie pomysły mają motoryzacyjni kompozytorzy?

Wielu stawia na konfigurowalność oraz naturalność. Jak to możliwe? Inżynierowie pracujący nad brzmieniem sportowego Audi e-tron GT, chcieli aby dźwięk, jakkolwiek sztuczny, miał naturalne pochodzenie.

Dlatego stworzyli go miksując 32 rozmaite analogowe źródła, między innymi... dźwięk wiatraczka nagrywany przez mikrofon umieszczony na drugim końcu długiej, bo trzymetrowej rury z tworzywa sztucznego.

Głośniki zewnętrzne Audi e-tron GTGłośniki zewnętrzne Audi e-tron GT fot. Audi

Brzmi absurdalnie, ale właśnie w ten sposób uzyskany dźwięk stanowi bazę dla brzmienia najnowszego modelu Audi. Jego twórcy próbowali różnych instrumentów, m. in.: australijskiego didgeridoo, skrzypiec i gitary elektrycznej. Zadowoliła ich dopiero akustyczna sygnatura uzyskana w tak prymitywny sposób.

Zmiksowano ją ponad trzydziestoma innymi dźwiękami. Wśród nich znalazł się elektryczny wkrętak oraz zdalnie sterowany model helikoptera. Powstałą w ten sposób bazę brzmieniową pokładowy syntezator modyfikuje w czasie jazdy na różne sposoby, tak aby odpowiadała wrażeniom odbieranym przez kierowcę pozostałymi zmysłami.

Za dobre brzmienie trzeba zapłacić. Elektryki nie są wyjątkiem

Układ dźwiękowy e-trona GT jest oferowany w dwóch wersjach. Prostsza z nich emituje tylko obowiązkowe brzmienie systemu AVAS, które zaczyna stopniowo zanikać powyżej wymaganej prędkości i gaśnie zupełnie po rozpędzeniu się do około 60 km/h.

Jeśli przyszły nabywca chce usłyszeć więcej, musi zamówić opcjonalny system dźwiękowy. Wymaga montażu dodatkowego sprzętu audio. W wersji oferowanej za dopłatą brzmienie silnika udają dwa zewnętrzne głośniki umieszczone z przodu i tyłu samochodu oraz dwa kolejne w kabinie pasażerskiej. Mogą pracować w trzech trybach różniących się jego intensywnością.

Zobacz wideo Dźwięk elektrycznej Skody Enyaq iV

Nieco skromniejsze, ale sprytne rozwiązanie zastosowali inżynierowie marki Skoda także należącej do grupy Volkswagena, ale mającej nieco skromniejsze od Audi aspiracje i bardziej atrakcyjne ceny. W nowym elektrycznym SUV-ie Skoda Enyaq iV emisją dźwięku zajmuje się głośnik szerokopasmowy umieszczony za atrapą chłodnicy w obudowie o pojemności jednego litra.

Podobnie jak w domowych kolumnach pełni ona funkcję pudła rezonansowego wzmacniającego i odpowiednio kształtującego brzmienie. Tak zwany OneBox został zamontowany na module chłodzącym i odizolowany od konstrukcji samochodu trzema gumowymi uszczelkami, tak aby nic nie zniekształcało pożądanego brzmienia. A nim się zajęli inżynierowie dźwięku i kompozytorzy z laboratoriów akustycznych grupy Volkswagena.

Od początku było dla nich jasne, że brzmienie nie może być imitacją silnika spalinowego, ani nawet go przypominać. To byłoby pozbawione sensu. Samochody elektryczne są zapowiedzią przyszłości, więc ich dźwięk musi być nowoczesny i jednocześnie przyjazny.

Podobno tak jest w przypadku Enyaqa iV. Dźwięki nowego elektrycznego SUV-a Skody mają być ukojeniem dla uszu, a konstrukcja głośnika sprawia, że w nieco stłumionej formie rozchodzą się równomiernie po cały wnętrzu.

Czasem do pracy się biorą wybitni kompozytorzy

Bardzo ambitnie do tematu brzmienia elektrycznych samochodów podeszła firma BMW. Oprócz inżynierów dźwięku zatrudniła jednego z najlepszych kompozytorów muzyki filmowej w Hollywood, Hansa Zimmera. Sławny Niemiec miał zadbać, by auta bawarskiej marki miały równie wciągającą ścieżkę dźwiękową jak hit srebrnego ekranu: "Blade Runner 2049" w reżyserii Ridleya Scotta.

Za charakterystycznym motywem z sequelu kultowego "Łowcy Androidów" stoi nikt inny, jak właśnie Zimmer. Skomponował również muzykę do filmów: "Dunkierka", "Pearl Harbor", "Incepcja", "Gladiator", "Mroczny Rycerz", a nawet "Król Lew". Za tę ostatnią kreację otrzymał nagrodę Amerykańskiej Akademii Filmowej, czyli Oscara.

Hans Zimmer twierdzi, że stworzenie brzmienia pojazdów BMW stanowiło nie mniej ambitne zadanie. Współpracował z nim inżynier dźwięku z samochodowego koncernu Renzo Vitale. Taki duet stoi za dźwiękami samochodów z niebieskim śmigiełkiem na masce poczynając od modelu BMW i4. w najbliższych latach będziemy słuchać ich coraz częściej.

Zobacz wideo Tak tworzył brzmienie BMW i4 wybitny kompozytor muzyki filmowej Hans Zimmer

Historia zapomina o niektórych pionierach

Amerykański mikroproducent samochodów Fisker Automotive wyprzedził koncerny motoryzacyjne i to pod wieloma względami. Już w 2011 roku wyposażył swój sportowy sedan Fisker Karma w automatycznie uruchamiający się system dźwiękowy ostrzegający pieszych przed nadjeżdżającym autem. Co ciekawe Karma była samochodem hybrydowym kategorii plug-in wyposażonym w aż trzy silniki.

Dwa elektryczne umieszczono przy tylnej osi, a spalinowy służył wyłącznie do napędzania generatora ładującego akumulator. Technicznie Fisker Karma był szeregową hybrydą typu plug lub autem zwanym "range extender". Miał też dwa umieszczone w zderzakach głośniki, które wydawały dźwięki przypominające połączenie "bolidu Formuły 1 i statku kosmicznego".

Fisker KarmaFisker Karma fot. Fisker Automotive

Fałszywe brzmienie może być niezłym biznesem

Tworzeniem sztucznego dźwięku zajmują się też zewnętrzne firmy, które dostarczają gotowe rozwiązania. Kalifornijski startup EVA (Enhanced Vehicle Acoustics) specjalizuje się w naśladowaniu dźwięków samochodów spalinowych, głównie do samochodów hybrydowych. Dzięki temu kierowca czuje się lepiej w czasie jazdy, bo gdy włącza się tryb elektryczny nie zalega kompletna cisza, a piesi wciąż słyszą nadjeżdżający samochód.

Nie brzmi to jak najlepszy pomysł na bogactwo, ale wbrew pozorom jest całkiem niezły. Jeden z klientów EVA to największy producent samochodów na świecie - Toyota. Rozwiązanie tej firmy nazwane VOSES (Vehicular Operations Sound Emiting Systems) zostało zaimplementowane w najsłynniejszej hybrydzie w historii, czyli Priusie.

W jego nadkolach umieszczono miniaturowe, odporne na warunki atmosferyczne głośniki, które naśladowały brzmienie silnika. Żeby panujący w miastach hałas powiększać w minimalny sposób, emitują je tylko w kierunku ruchu samochodu.

Podobne tylko bardziej wyspecjalizowane rozwiązanie oferuje duńska firma EC Tunes. Opracowała kierunkowe głośniki, które potrafią naśladować brzmienie silnika spalinowego i wysyłać je w dokładnie określone miejsce w przestrzeni. Wokół niego panuje cisza.

To tylko kilka przykładów na to, jak powstaje sztuczny dźwięk, ale można je mnożyć. Niemal wszyscy producenci samochodów elektrycznych podchodzą poważnie do ich brzmienia z wcześniej podanych powodów. Ale jest jeden wyjątek. To najsłynniejsza firma wytwarzająca auta na prąd, amerykańska Tesla. Z jakiegoś powodu ten producent kompletnie ignoruje potencjalnie bardzo ciekawy temat.

To nieprawda, że silniki elektryczne są bezgłośne

Wkrótce to może się zmienić. Przynajmniej jeśli Elon Musk posłucha sugestii dziennikarza portalu Teslarati, Simona Alvareza. Ten znalazł w internecie wideo, na którym można usłyszeć jak pracuje potężny silnik Tesli, gdy razem z tylną osią zostanie wyjęty z samochodu. Po jego obejrzeniu żurnalista wpadł na prosty, ale genialny pomysł.

Otóż silniki elektryczne również wydają dźwięki, tylko robią to bardzo cicho. Znacznie łatwiej usłyszeć je, gdy jednostka napędowa nie jest schowana w podwoziu samochodu. W dodatku każdy elektryczny silnik ma unikalne, charakterystyczne i w pewnym sensie naturalne brzmienie. Alvarez proponuje, żeby zamiast jak dotąd próbować je izolować i wygłuszać, zrobić coś odwrotnego.

Dźwięk silnika elektrycznego należy wyeksponować i wzmocnić przy pomocy mikrofonów i zestawu audio. Wówczas nie trzeba niczego udawać, bo wszystko będzie się zgadzało: częstotliwość i natężenie brzmienia będzie rosło wraz z prędkością samochodu i obrotami silnika.

Brzmienie będzie się zmieniać w zależności od reakcji kierowcy, również przy rekuperacyjnym hamowaniu. Gdyby wprowadzić taką ideę w życie, rację bytu straciłyby argumenty dotyczące sztuczności dźwięku elektrycznych aut. Tak uzyskane brzmienie byłoby całkowicie prawdziwe, tylko lepiej wyeksponowane.

Kto wie, może tak właśnie stanie się w przyszłości. Dźwięk, którego można posłuchać na nagraniu rzeczywiście jest szczery i niesamowicie prawdziwy. Przypomina brzmienie pojazdów z filmów science-fiction, mimo że nikt nie starał się go w ten sposób stworzyć. Na razie jednak będziemy mimowolnymi słuchaczami wspólnych osiągnięć samochodowych kompozytorów i akustyków.

Oby to było ciekawe doświadczenie. Dlaczego? Bo wśród wielu niewiadomych na temat przyszłości motoryzacji, jedno jest niemal pewne. Niezależnie od tego w jaki sposób zostanie uzyskany dźwięk aut elektrycznych, z roku na rok będzie towarzyszył nam coraz częściej, bo i liczba takich pojazdów na ulicach będzie rosnąć. Zmiana, która dokonuje się na motoryzacyjnym rynku jest nie do zatrzymania.

Tesla Model YTesla Model Y fot. Tesla