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L’importanza dell’acustica in un’auto

L'acustica svolge sempre più un ruolo centrale nella progettazione delle moderne automobili

Categorie Automotive

Il comfort acustico può essere definito come quella condizione per cui un soggetto, immerso in un campo sonoro, prova una sensazione di benessere in relazione all’attività che sta svolgendo. In ambito automobilistico è legato alla massima silenziosità, ottenuta annullando le interferenze sonore, a una sofisticata architettura audio, con i passeggeri al centro dell’esperienza d’intrattenimento, o all’appagamento dell’udito attraverso il rombo del motore dei modelli sportivi. Audi ci spiega nel dettaglio quanto l’acustica è importante nella realizzazione di un autoveicolo. Alla compensazione attiva e passiva dei rumori si accompagnano la configurazione degli effetti sonori in funzione delle caratteristiche interne di ciascun modello.

Panoramica del sistema di cancellazione attiva dei rumori - Crediti foto: Audi
Panoramica del sistema di cancellazione attiva dei rumori – Crediti foto: Audi

Audi affronta il tema della riduzione della rumorosità mediante un approccio olistico. Esperti di molteplici settori – dallo sviluppo vettura allo stampaggio della carrozzeria, sino al controllo qualità – lavorano a stretto contatto con il team dei “cacciatori di rumori”, denominato Knister-Knaster. Gli esperti esaminano ogni nuovo modello su strada, lungo specifici percorsi ricchi di sconnessioni e al banco prova. Quest’ultimo in grado di generare vibrazioni che si propagano attraverso il corpo vettura generando onde sonore a bassa frequenza, fino a 50 Hz, responsabili di gran parte dei battiti e cigolii che infastidiscono i passeggeri. In laboratorio viene così testata la reazione alle vibrazioni dei singoli componenti o della carrozzeria nel proprio complesso, localizzando le fonti d’interferenza.

L’aeroacustica: l’importanza dell’aerodinamica per ridurre i rumori

All’interno di un’auto, la mappa sonora è composta da un mix di effetti acustici e rumori profondamente diversi tra loro. In ogni abitacolo si percepiscono il rotolamento degli pneumatici e i fruscii aerodinamici cui si aggiungono input temporanei quali il ronzio degli alzacristalli elettrici, lo stridio dei tergicristalli o l’impatto delle portiere in fase di chiusura. Durante la guida, si aggiungono ulteriori effetti dovuti al ticchettio degli indicatori di direzione o al feedback acustico dei comandi touch.

Lo studio dell'acustica dell'automobile - Crediti foto: Audi
Lo studio dell’acustica dell’automobile – Crediti foto: Audi

I costruttori si impegnano per ridurre al minino i fattori di disturbo sin dalla fase di progettazione. Per garantire il massimo comfort acustico, nel caso dei SUV elettrici della gamma Audi e-tron, gli ingegneri dei quattro anelli optano per l’impiego di un insieme di materiali assorbenti e isolanti. Le fessure e cavità lungo la carrozzeria e all’interno del corpo vettura sono sistematicamente sigillate e riempite, mentre i passaruota vengono rivestiti con strati fonoassorbenti. Le superfici più estese sono trattate con un materiale specifico, in grado di attenuare le vibrazioni. Lungo la paratia anteriore, una struttura multistrato impedisce che il rumore penetri in abitacolo. Una soluzione simile, ricavata nella parte posteriore dell’auto, tiene conto della specifica architettura delle vetture, caratterizzate dalla trazione integrale quattro elettrica. Una serie di componenti progettati ad hoc – come la moquette imbottita in espanso – avvolge l’abitacolo. I motori elettrici sono “incapsulati” all’interno di case che riducono la propagazione del suono.

L’aeroacustica evoluta è un fattore determinante per un’atmosfera rilassata in abitacolo. Di norma, la rumorosità aerodinamica diviene invasiva oltre gli 85 km/h. A bordo delle Audi Q4 e-tron e Q4 Sportback e-tron, entry level dell’offerta full electric del costruttore tedesco, l’accurato lavoro di affinamento a livello delle portiere, degli specchietti retrovisori esterni e dei gocciolatoi, fa sì che questi componenti causino rumori minimi, pressoché impercettibili dai passeggeri, che possono tranquillamente conversare tra loro anche qualora si viaggi a velocità elevata.

Il 5 cilindri Audi
Il 5 cilindri Audi

A un livello superiore spicca la compensazione attiva dei rumori. Mediante la tecnologia Active Noise Cancellation (ANC) – integrata dal sistema Advanced Bang & Olufsen 3D disponibile per molteplici modelli di alta fascia – è possibile contrastare specifiche frequenze di disturbo grazie a delle contro-sonorità. Viene applicato il principio dell’interferenza distruttiva: quando due onde sonore della stessa frequenza vengono sovrapposte, le loro ampiezze si annullano a vicenda se hanno la stessa velocità di propagazione e presentano una differenza di fase di 180 gradi. Tale effetto si basa sull’azione dei microfoni installati in corrispondenza del cielo dell’abitacolo, deputati a rilevare la rumorosità interna. A ciò si aggiungono le informazioni sulla velocità della vettura e il regime di rotazione del motore. Una centralina dedicata inverte le onde sonore indesiderate, emettendo frequenze neutralizzanti attraverso gli altoparlanti. Il sistema ANC è sempre attivo, anche a impianto audio spento.

Il suono 3D

I Sound Designer si occupano di ogni genere di sonorità acustica, adattandola, attenuandola o enfatizzandola così che contribuisca all’armonia percepita all’interno dell’auto. Ogni vettura, intesa come spazio acustico, pone sfide complesse: i passeggeri siedono in posizioni diverse, il volume interno varia in funzione delle persone in abitacolo, il tetto panoramico favorisce o meno la diffusione delle basse frequenze, i rivestimenti tessili o in pelle riflettono o attenuano gli effetti acustici. Il compito dei Sound Designer consiste nel tenere conto di tutte le variabili così da dare vita a una sofisticata architettura audio, con i passeggeri al centro dell’esperienza acustica. Un obiettivo cui contribuisce in modo determinante la gestione tridimensionale del suono.

L’espressione “suono tridimensionale” identifica un impulso sonoro che riproduce acusticamente le tre dimensioni spaziali. Sin dall’invenzione della registrazione, il suono è stato riprodotto tramite un altoparlante (mono), il cui output è “piatto”. Successivamente, negli anni ’60, si è affermata la stereofonia: due microfoni registrano da posizioni diverse. Durante la riproduzione, le informazioni audio registrate – segnali mono – vengono assegnate a canali diversi e riprodotte tramite un altoparlante destro e uno sinistro. Ciò determina una percezione sonora spaziale: l’effetto stereo. L’espressione 1D si riferisce a questo risultato stereofonico. Il 2D identifica invece il suono surround: questa tecnologia multicanale viene ampiamente utilizzata a partire dall’inizio del millennio. La musica proviene da un subwoofer e da diversi altoparlanti – in funzione del loro numero si distingue tra gli standard 5.1 o 8.1 – posti nella zona anteriore, posteriore e lungo i lati dell’abitacolo. Ciascun effetto sonoro è tuttavia ancora assegnato a un solo altoparlante, o a un determinato gruppo di speaker, su di un unico livello.

La disposizione degli altoparlanti per garantire un'acustica 3D
La disposizione degli altoparlanti per garantire un’acustica 3D

Per ottenere il suono 3D è necessaria un’ulteriore sorgente sonora, collocata su di un livello diverso. Dall’introduzione della seconda generazione di Audi Q7, avvenuta nel 2016, la Casa dei quattro anelli offre i sistemi audio Bang & Olufsen con suono tridimensionale, in grado di riprodurre anche la dimensione spaziale dell’altezza. Un risulto ottenuto ricorrendo a degli altoparlanti a banda larga supplementari, installati nei montanti anteriori e in corrispondenza dei montanti centrali e del cielo vettura. L’abitacolo diviene così un vero e proprio palcoscenico dove sono percepibili tutte le sfumature musicali caratterizzanti la traccia audio al momento della registrazione in sala.

La tecnologia 3D si avvale di un algoritmo, denominato Symphoria, sviluppato da Audi in collaborazione con l’Istituto Fraunhofer di Erlangen, che permette di elaborare, sulla base delle registrazioni stereo o 5.1, le informazioni relative alla terza dimensione, per poi adattarle agli altoparlanti 3D. Gli effetti sonori possono essere dislocati in modo flessibile all’interno dell’ambiente. Ancora più raffinato il sound system Advanced Bang & Olufsen, destinato – come accennato – alle vetture premium, forte di un amplificatore da 1.920 Watt a 24 canali e di 23 altoparlanti che trasformano l’abitacolo in uno spazio virtualmente più ampio.

Quanto ai modelli compatti, Audi valorizza la qualità del suono 3D adattando il concept tecnico alle diverse volumetrie interne. Nel caso dell’Audi A1 Sportback e A1 allstreet, ad esempio, in corrispondenza della plancia sono presenti quattro tweeter per i toni medi che diffondono verticalmente il suono, utilizzando il parabrezza come superficie riflettente. È così possibile ottenere un effetto 3D di elevata qualità anche all’interno di una berlina compatta.

Audi e-tron GT
Audi e-tron GT

Il futuro dell’acustica: il suono 3D immersivo

Il passo successivo che gli ingegneri stanno sviluppando è la tecnologia 3D immersiva, una soluzione diversa dal suono 3D tradizionale come lo conosciamo oggi. Mentre nel 3D tradizionale troviamo un algoritmo che guida determinati suoni verso determinati altoparlanti, nel 3D immersivo, la riproduzione audio viene ottimizzata al punto da essere ascoltata come se si fosse a teatro o in un auditorium. È possibile anche ascoltare un brano come se si fosse in una camera anecoica. Le sonorità presenti nei file audio sono abbinate a metadati, i quali contengono le informazioni in merito al come e al dove il relativo suono debba essere percepito nello spazio reale. Il suono immersivo, però, potrà essere implementato sulle auto solo quando la guida autonoma raggiungerà il livello 4. Si tratta di un’esperienza che può essere goduta appieno solo non dovendosi distrarre mentre si è alla guida.

Acustica, il sound del motore

I puristi della guida sono, a loro modo, degli appassionati di acustica. Condividono la passione per uno degli aspetti più emozionanti del mondo dell’automotive: il rombo dei motori. La massima espressione di questa musica meccanica è rappresentata da due motori iconici per il costruttore tedesco: il V10 5.2 litri montato sulla R8 e il 5 cilindri 2.5 litri TFSI delle RS3, TT-RS, RS Q3 e RS Q3 Sportback.

Il timbro dei motori è amplificato anche dalla gestione totalmente variabile delle valvole di scarico. I modelli S, invece, presentano specifici attuatori all’interno dell’impianto di scarico le cui sonorità vengono amplificate dagli altoparlanti in funzione del programma selezionato mediante il controllo della dinamica di marcia Audi Drive Select. Con le vetture elettriche, invece, la gestione del rombo fittizio attraverso gli altoparlanti raggiunge il suo apice. Il sound è gestito tanto in abitacolo quanto esternamente da due centraline con relativo amplificatore posizionate nel bagagliaio. Oltre all’altoparlante esterno anteriore, la vettura è dotata di uno speaker nella zona posteriore e di due altoparlanti interni, in corrispondenza delle portiere posteriori. Il suono replica lo stile di guida dell’automobilista. Gli input per stabilire il suono corretto da far erogare dagli altoparlanti sono il regime di rotazione, il carico richiesto, e la velocità di avanzamento dell’auto.

Per chiarire le idee, guidando a bassa velocità il suono è discreto. All’aumentare della velocità, però, si può udire la tradizionale progressione acustica con un rombo artificiale che diventa sempre più forte. L’automobilista può scegliere, tramite selettore, l’intensità del suono. In modalità efficienty, ad esempio, il suono è limitato all’avvertimento AVAS. Quindi si può scegliere se optare per il tradizionale “silenzio” dei propulsori elettrici o personalizzare l’acustica nell’abitacolo scegliendo un rombo artificiale corposo e sportivo.

FONTI VERIFICATE

Ufficio stampa Audi

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