Ørene dine kan oppdage lydtrykkamplituder fra 20 til 100 000 000+ mikropascal – et helt enormt frekvensområde. Det er som å ha én linjal som kan måle alt fra tykkelsen på et papirark til høyden på en 100-etasjers bygning! For å møte dette enorme frekvensområdet, snakker vi vanligvis om lyd i den logaritmiske desibelskalaen (dB).
Mindre støy fra elsykkelmotorer og vitenskapen om sykkelakustikk
I denne artikkelen tar vi deg med på en vitenskapelig reise innen sykkelakustikk. Det er en helt ny kategori innenfor sykkelytelse som sannsynligvis betyr mye mer for deg enn du tror. Vi gjennomførte vår mest omfattende akustikk-testing med vår første TQ-utstyrte elsykkel, Fuel EXe med HPR50. Det gjorde oss i stand til å kvantifisere hvordan lyden fra en elsykkel oppfattes.
Til slutt demonstrerte vi at TQ HPR50 var 5 ganger mer behagelig å høre på og 1,8 ganger mer stillegående enn andre populære elsykkelmotorer. Vi viste faktisk at en sykkel med TQ-motor oppleves mer som en vanlig terrengsykkel enn en el-terrengsykkel.
Da TQ lanserte sin nye HPR60, gjenskapte vi de mest interessante delene av testen vår i videostudioet vårt og oppdaget at selv om den er kraftigere og har større dreiemoment, er den enda mer støysvak. Så uansett hvilken versjon av TQs HPR-motor du har, slipper du å tenke å støy fra motoren og kan ha fullt fokus på stien foran deg.
Lyst til å lære mer om vår oppfattelse av lyd? Les den tekniske artikkelen nedenfor og få et helhetlig bilde av vår banebrytende akustikktesting.
Dine fantastiske ører
Hørselen er kanskje den sterkeste sansen din, og å bruke mikrofoner for å matche hørselen innebærer ganske ekstrem vitenskap.
Ørene dine kan også registrere frekvenser fra 20 til 20 000 Hz – et annet stort område. Den ene trykkbølgen som når øret ditt inneholder en kombinasjon av alle disse frekvensene fra alle lydkildene rundt deg. Ørets spiralformede cochlea skiller denne kombinerte trykkbølgen tilbake til de individuelle frekvensene og koder dem som nervesignaler. Ørene dine er rett og slett kraftige og fascinerende lydsensorer!
Fascinerende lydsensorerPsykoakustikk
Nervesignalene fra ørene blir deretter analysert av den akustiske supercomputeren som er hjernen din. Bare forestill deg den nesten mirakuløse prosessorkraften og presisjonen som kreves for å skille og finne den 3-dimensjonale plasseringen av flere lydkilder i sanntid (kalt lydlokalisering). Hjernen din analyserer så mønstrene til alle disse lydene, og tildeler deretter betydninger, følelser og assosiasjoner til dem.
Psykoakustikk er studien av hvordan øre-hjerne-systemet ditt føler og tolker lyd. Og ulike psykoakustiske målinger er utviklet for å konvertere rå mikrofondata til hvordan du oppfatter lyder både når det gjelder kvantitet (loudness) og kvalitet.
Oppfattet lydstyrke
Hørselen din varierer mye gjennom hele frekvensområdet. For eksempel så høres en 75 dB lydbølge ved 1000 Hz mye høyere ut enn en 75 dB lydbølge ved 100 Hz. En vanlig måte å gjøre rede for denne varierende følsomheten på er å bruke en A-vektet kurve for å konvertere desibel (dB) til A-vektet desibel (dBA). dB definerer den fysiske størrelsen på lydbølgen, mens dBA tilnærmer den hørbare lydstyrken til den samme bølgen.
Siden utviklingen av den enkle A-vektede kurven, har forskere kartlagt en mer komplett serie med "like lydstyrkekonturer" som mer fullstendig fanger ørene dine. I denne grafen høres to punkter langs en gitt linje like høye ut, og hver kurve gir omtrent dobbelt så høyt lydvolum som kurven under den. Hvis ørene dine fungerte på samme måte som mikrofoner, ville alle disse kurvene bare vært horisontale linjer med like stor avstand.
Dette diagrammet introduserer også de metriske lydvolum-sonene, som oppnår samme formål som dBA, men er mer sofistikerte og intuitive. Sonene skaleres direkte med oppfattet lydstyrke (2x loudness = 2x sones), mens dBA er ganske lite intuitivt (2x loudness = legg til 10 dB).
Lydkvalitet
Ofte er det lydens kvalitet, snarere enn lydstyrken, som dikterer hjernens måte å skille mellom gode lyder og dårlige lyder. For eksempel er den høyfrekvente lyden til en mygg relativt svak, men den er også ganske ubehagelig og skjærer gjennom bakgrunnen for å fange oppmerksomheten din. Ingeniører beskriver denne spesielle typen lyd som "tonal", men hjernen vår kan tolke mange andre lydmønstre i kategorier som skranglete, pipende, knirkende, skingrende, rumlende og mange flere.
Mange av disse tolkningene kan kvantifiseres fra mikrofondata ved å bruke lydkvalitetsmålinger som tonalitet, skarphet, røffhet, prominensforhold, fluktuasjonsstyrke og artikulasjonsindeks. Disse beregningene kan forutsi gleden din ved å bruke et produkt, sammen med ditt inntrykk av byggekvaliteten og ytelsen.
Et interessant eksempel på lydkvalitet er den betydelige innsatsen ingeniører har lagt i lyden av bildøren din. Denne lyden er sekundær til bilens kjernefunksjon, men former i stor grad ditt første inntrykk av bilens stabilitet og pålitelighet.
Elsyklenes psykoakustikk
Så hvordan relateres alt dette til sykler?! Gjennom flere års pionervirksomhet innen sykkelpsykoakustikk, har Trek Performance Research oppdaget at sykkelens lydkvalitet – ofte enda mer enn lydstyrken – har stor innvirkning på hvordan du nyter sykkelturen. For elterrengsykler har vi fokusert på to målbare deler av lydkvaliteten - tonalitet og artikulasjonsindeks.
Tonalitet
Elektriske motorer har en tendens til å lage høye toner som kan oppleves som spesielt ubehagelige. Akkurat som med mygg, skjærer lyden fra en elsykkelmotor gjennom bakgrunnen og fanger oppmerksomheten din.
Tonalitet (spesielt Tonalitet-HMS) er en moderne lydmåling som bruker en rekke avanserte algoritmer for å nøyaktig modellere menneskets oppfatning av denne typen ubehagelig lyd. Vi tror at tonalitet er en viktig ny måleverdi for hva syklister opplever på en elsykkel.
Kalkuleringen av Tonalitet-HMS bruker en kompleks sekvens med 14 algoritmer for å modellere ditt øre-hjerne-systems oppfattelse av irriterende toner (fra ECMA-74:2019 standarden)
Artikulasjonsindeks
En stor del av å sykle med venner og familie er evnen til å prate, lære hverandre nye ferdigheter og vise hverandre veien på nye stier. Men ulike lyder på stien – inkludert elsykkelmotoren din – kan blokkere evnen til å høre hva andre sier. Artikulasjonsindeks er en måling av lydkvalitet som forutsier andelen hørbar tale og er en god indikator på hvordan lyder kan forringe opplevelsen av sykkelturen for gruppen din.
Lær om artikulasjonsindeksVerktøy og kunnskap
Psykoakustikk er en utfordrende ny vitenskap innen sykling, men den gjør en stor forskjell for sykkelopplevelsen. Treks utvikling av sykkel-psykoakustiske verktøy og kunnskap reflekterer deres forpliktelse til å forbedre sykkelopplevelsen gjennom vitenskap. Når vi la til vår veletablerte vibrasjonskapasitet og ekspertise, kan Trek Engineering nå måle, forstå og designe alt du føler og hører på sykkelen.
TQ HPR50 psykoakustikk
TQ HPR50 revolusjonerer hvor stille og behagelig en elsykkel kan høres ut – noe vi kan illustrere ved hjelp av avansert testing og psykoakustiske analyseteknikker som ble utviklet gjennom sykkelens prototypefase. Kulminasjonen av denne testen var en test av produksjonssykler i et mest mulig kontrollert lydmiljø – et ekkofritt kammer.
I det ekkofrie kammeret sammenlignet vi TQ HPR50 med en tradisjonell sykkel uten assistanse, en populær lett assistert eMTB og en populær kraftig eMTB over en lang rekke forhold på en tilpasset lydisolert sykkelrulle. I løpet av to dager samlet vi 225 millioner datapunkter ved hjelp av 21 mikrofoner og en tråkkfrekvenssensor som gjorde at vi kunne relatere lydfrekvens til motorhastighet.
I disse testene analyserte vi syklenes tonalitet, lydstyrke, lydkraft og artikulasjonsindeks i en tråkkfrekvens fra 40–100 rpm, ved en total effekt på 300 W, og i de to høyeste assistansenivåene. Alle grafene er basert på en B&K 4966-H-041-mikrofon plassert 1 m på siden fra sykkelen og 1,7 m vertikalt fra gulvet (i hodehøyde, blå sirkler.)
«Sykkelen med HPR50 høres 4-5x mer behagelig ut enn andre populære eMTBer»
Ikke så fan av grafer? Lytt selv i det ekkofrie kammeret!
Lytt selvHeltrukne linjer er høyeste assistansenivå og stiplede linjer er nest høyeste assistansenivå. Tonalitet kalkulert etter ECMA-74:2019 standarden.
TQ HPR50 lydstyrke
Selv om tonaliteten er best relatert til opplevelsen din på en elsykkel, glemte vi ikke lydstyrke. Grafene nedenfor viser oppnådd lydstyrke i både dBA og soner. Avhengig av hvilken kombinasjon av sykler og måletall vi vurderer, er HPR50 1,5-1,8x mer stillegående enn andre elsykler og kan mest sammenliknes med sykler uten motor.
TQ HPR50 lydkraft
Lydstyrke er en viktig måling av akustikk, men den avhenger av mikrofonens valgte avstand og retning fra lydkilden. Mikrofonplasseringen vår ble valgt for å gjengi lyden ved syklistens eller sykkelkompisens ører, siden det er der det betyr mest.
Men vi gjorde også det neste trinnet med å måle lydstyrken, som bruker en halvkuleformet rekke av 12 mikrofoner for å kvantifisere den totale lydenergien som sendes ut fra sykkelen i alle retninger. Med andre ord representerer lydstyrken hvordan syklene er sammenlignet med lyttere hvor som helst rundt sykkelen.
Som vi ser i grafen, rangerer lydens kraft veldig likt lydstyrken nær rytterens hode. Dette validerer både lydstyrkemålingene våre og den valgte plasseringen for våre målinger med én mikrofon.
TQ HPR50 artikulasjonsindeks
Som tidligere diskutert, kan lyden av sykkelen din forstyrre evnen til å snakke med andre mens du sykler. Articulation Index forutsier mengden tale som kan høres over en gitt støy. Igjen er HPR50 mye nærmere en tradisjonell sykkel enn andre elsykler, og ødelegger ikke samtalene dine ute på stien.
Siden denne artikkelen fokuserer på tester fra det svært kontrollerte ekkofrie kammeret, tok vi også med vårt akustiske testutstyr ut på sti for validering. Resultatene viser det samme, HPR50 måler 3-5 ganger lavere i tonalitet og 1,5-1,8 ganger lavere i lydstyrke enn de andre elterrengsyklene.
Fargekartanalyse
En veldig kraftig analyseteknikk er å kartlegge lydstyrke som farger over en skala av både kadens og lydfrekvens. I fargekartene nedenfor representerer hver diagonale linje en tone hvis frekvens (pitch) øker med tråkkfrekvensen – dette er tonene som skjærer gjennom bakgrunnen og fanger oppmerksomheten din som ubehagelig.
Hver av disse diagonale linjene tilsvarer en fysisk spinnende komponent i motoren, hvis girutveksling og tann-/magnetantall er relatert til linjens helning. Det er klart at de tradisjonelle elsykkelmotorene har mange bevegelige deler som skaper mye lyd, mens Fuel EXe sitt harmonisk pin-ring-gir kun skaper én enkel, mye lavere tone.