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- 11 enero, 2023
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La acústica de la nueva Fuel EXe comparada con otras bicicletas eléctricas de montaña La ciencia que se esconde detrás de la revolucionaria acústica de la Fuel EXe.
Cuando salimos a rodar ponemos todos nuestros sentidos, y el sonido de la bicicleta tiene un impacto sorprendente en la experiencia del ciclista. Antes, las bicicletas eléctricas tenían motores ruidosos que nos desconectaban de la naturaleza, pero nos habíamos acostumbrado a ellos.
Hasta que llegó la Fuel EXe.
Caja de transmisión de vehículo genérica, con marchas tradicionales. Fuente: imágenes iStock / Nordroden
Los motores más comunes de las bicicletas eléctricas trasfieren la potencia del motor a las bielas a través de una red de engranajes, ejes, correas y/o poleas. Muchas piezas que se mueven con rapidez y que, en conjunto, suelen emitir ruidos desagradables de alta frecuencia.
En cambio, el motor de engranaje armónico de la Fuel EXe tiene una única interfaz de engranaje en la que la carga se reparte silenciosamente entre muchos dientes a la vez.
En este artículo vamos a analizar desde el punto de vista científico la acústica de las bicicletas. Se trata de una categoría completamente nueva de rendimiento ciclista y que probablemente tenga mucha más importancia para ti de lo que piensas.
Al final, te mostraremos que la Fuel EXe tiene un sonido cinco veces más agradable y es 1,8 veces más silenciosa que otras bicicletas eléctricas de montaña conocidas. De hecho, la Fuel EXe suena mucho más parecida a una bicicleta convencional sin asistencia de pedaleo, permitiéndote disfrutar de la auténtica experiencia de una bicicleta de montaña.
¿Aún no te lo crees? Antes de entrar en detalle, escucha la Fuel EXe rodando por un sendero en comparación con otras dos bicicletas eléctricas de montaña. ¡Por fin una e-MTB agradable para los oídos!
El oído es increíble
El oído es quizás el sentido más poderoso, y utilizar micrófonos adaptados a la audición es una ciencia bastante avanzada.
El oído puede detectar amplitudes de presión sonora que varían entre 20 y más de 100.000.000 micropascales – un rango realmente amplio. Es como tener una regla que puede medir desde el grosor de una hoja de papel hasta la altura de un edificio de 100 plantas. Para definir este amplio rango, solemos hablar del sonido en la escala logarítmica de decibelios (dB).
Fuente: Getty Images / BSIP
El oído también puede detectar frecuencias sonoras entre 20 y 20.000 Hz, otro rango enorme. Una sola onda de presión que llega al oído contiene una combinación de todas las frecuencias de las distintas fuentes sonoras que lo rodean. La cóclea del oído, que tiene forma de espiral, separa esta onda de presión combinada en las distintas frecuencias individuales y las codifica como señales nerviosas. ¡El oído actúa como un sensor sonoro realmente potente y fascinante!
Psicoacústica
A continuación, las señales nerviosas del oído son interpretadas por el superordenador de análisis acústico que es el cerebro. Imagina la capacidad de procesamiento casi milagrosa y la precisión necesarias para separar e identificar la ubicación tridimensional de varias fuentes de sonido en tiempo real (lo que se denomina localización del sonido). Posteriormente, el cerebro analiza los patrones de todos estos sonidos y asigna significados, emociones y conexiones a cada uno de ellos.
La psicoacústica es el estudio de cómo el sistema oído-cerebro percibe e interpreta el sonido. Y se han desarrollado varias métricas psicoacústicas para convertir los datos brutos del micrófono a la hora de percibir los sonidos en términos de cantidad (volumen) y calidad.
Desde la norma ISO 61672.
Volumen percibido
La sensibilidad auditiva varía mucho en todo el rango de frecuencias. Por ejemplo, una onda sonora de 75 dB a 1.000 Hz suena mucho más alta que una onda sonora de 75 dB a 100 Hz. Una forma habitual de tener en cuenta esta sensibilidad variable es aplicando una curva de ponderación A para convertir los decibelios (dB) en decibelios ponderados A (dBA). Los dB definen la magnitud física de la onda sonora, mientras que los dBA se aproximan al volumen percibido de esa misma onda.
Desde el perfil ISO 226:2003 estándar
Desde el desarrollo de la curva única de ponderación A, los científicos han mapeado una serie más completa de «contornos de igual volumen» que capta mejor la complejidad del oído. En este gráfico, dos puntos cualesquiera a lo largo de una línea dada suenan igual de fuerte, y cada curva es aproximadamente el doble de alta que la curva anterior. Si el oído funcionara como un micrófono, todas estas curvas no serían más que líneas horizontales equidistantes.
Este gráfico también muestra la métrica del volumen, los sonios, que tienen el mismo propósito que los dBA, pero son más sofisticados e intuitivos. Los sonios son directamente proporcionales al volumen percibido (2x volumen = 2x sonios), mientras que los dBA son poco intuitivos (2x volumen = añadir 10 dB).
Calidad del sonido
A menudo, es la calidad del sonido, más que su volumen, lo que determina la distinción en el cerebro entre sonidos buenos y malos. Por ejemplo, el sonido agudo de un mosquito es relativamente bajo, pero también es bastante desagradable y se distingue del resto para llamar la atención. Los ingenieros describen este tipo específico de sonido como «tonal», pero el cerebro puede interpretar muchos otros patrones sonoros como el traqueteo, chirrido, crujido, estridente, estruendo y muchos más.
Muchas de estas interpretaciones pueden cuantificarse a partir de datos extraídos del micrófono utilizando métricas de calidad sonora como la tonalidad, la nitidez, la aspereza, la relación de prominencia, la fuerza de fluctuación y el índice de articulación. Estos parámetros pueden predecir el placer de usar un producto, así como las impresiones sobre su calidad y rendimiento.
Medium shot of engineers working in test chamber on a car
Un ejemplo interesante de calidad de sonido es el importante esfuerzo de ingeniería que se realiza en relación al sonido que hace la puerta del coche al cerrarse. Ese sonido es secundario con respecto a la función principal del coche, pero conforma en gran medida tu impresión inicial de la robustez y fiabilidad del coche.
Psicoacústica de la bicicleta eléctrica
¿Qué relación tiene todo esto con las bicicletas? Durante varios años como pioneros de la psicoacústica de la bicicleta, Trek Performance Research ha descubierto que la calidad del sonido de una bicicleta (a menudo incluso más que su volumen) tiene un gran impacto en el placer de salir a rodar. Para las bicicletas eléctricas de montaña, hemos definido dos métricas de la calidad del sonido: la tonalidad y el índice de articulación.
El cálculo de tonalidad HMS utiliza una compleja secuencia de 14 algoritmos para reproducir cómo percibe tu sistema oreja-cerebro los tonos molestos (del estándarECMA-74:2019)
Tonalidad
Los motores eléctricos suelen emitir tonos agudos que pueden percibirse como especialmente desagradables. Al igual que en el ejemplo del mosquito, el zumbido del motor de una bicicleta eléctrica llama la atención.
La tonalidad (en concreto, la tonalidad HMS) es una métrica moderna de la calidad del sonido que utiliza una serie de algoritmos avanzados para modelar con precisión la percepción humana de este tipo de tonos desagradables. Creemos que la tonalidad es una nueva métrica clave para disfrutar de una experiencia positiva con una bicicleta eléctrica.
Índice de articulación
Una parte importante a la hora de salir en bicicleta con amigos y familiares es la posibilidad de charlar, enseñarse mutuamente nuevas habilidades y conocer nuevas rutas. Pero los diversos sonidos que surgen mientras pedaleamos (incluido el motor de la bicicleta eléctrica) pueden disminuir la capacidad de oír a quienes nos acompañan. El índice de articulación es una métrica de la calidad del sonido que predice la proporción del habla que es audible y es un buen indicador de cómo los sonidos pueden restar valor a la experiencia de pedalear en grupo.
Herramientas y conocimiento
La psicoacústica es una ciencia nueva y desafiante en el ciclismo, pero marca una gran diferencia en la experiencia de montar en bicicleta. El desarrollo por parte de Trek de herramientas y conocimientos psicoacústicos para bicicletas refleja nuestro compromiso con la mejora de la experiencia del ciclista a través de la ciencia. Y si unimos eso a nuestros recursos y experiencia en vibraciones, esto nos permite medir, comprender y predecir lo que sientes y oyes cuando estás montando en bicicleta.
Psicoacústica de la Fuel EXe
La Fuel EXe supone una revolución en cuanto a lo silenciosa y agradable que puede llegar a ser el sonido de una bicicleta eléctrica, algo que podemos demostrar utilizando avanzadas técnicas de análisis y pruebas psicoacústicas que se desarrollaron durante la fase de creación de prototipos de la bicicleta. La culminación de esta investigación fue una prueba final realizada en el entorno sonoro más controlado posible: en una cámara anecoica.
En la cámara anecoica comparamos la Fuel EXe con una bicicleta convencional sin asistencia, una bicicleta eléctrica de montaña con asistencia ligera y una bicicleta eléctrica de montaña de alta potencia, en una amplitud de condiciones y con equipos construidos y adaptados para aislar el sonido. A lo largo de dos días, recogimos 225 millones de puntos de datos utilizando 21 micrófonos y un sensor de cadencia que nos permitió relacionar la frecuencia del sonido con la velocidad del motor.
Durante estas pruebas, analizamos el tonalidad, el volumen, la potencia sonora y el índice de articulación de las bicicletas en un intervalo de cadencia de 40 a 100 rpm, con una potencia total de 300 W y en los dos modos de asistencia del motor más altos. Todos los gráficos se basan en un micrófono B&K 4966-H-041, situado a un metro de la bicicleta (lateralmente) y a 1,7 m del suelo (altura de la cabeza, identificada con un círculo azul).
Tonalidad de la Fuel EXe
A continuación, presentamos los resultados de la tonalidad, nuestra métrica principal para la percepción del ruido del motor de las bicicletas eléctricas. El gráfico de la izquierda muestra la tonalidad en el rango de cadencia y el gráfico de la derecha calcula la media de estos resultados con un único número para cada bicicleta.
Los gráficos de la tonalidad muestran que el sonido de la Fuel EXe es comparable al de una bicicleta sin asistencia y es entre 4 y 5 veces más agradable que el de otras bicicletas eléctricas de montaña. Además, el ruido tonal de la Fuel EXe es casi imperceptible, mientras que otras bicicletas eléctricas de montaña superan ampliamente el umbral de lo desagradable.
Las líneas continuas representan el modo de asistencia máxima y las discontinuas el segundo modo de asistencia máxima. Tonalidad calculada según el estándar ECMA-74:2019.
«El sonido de la Fuel EXe es entre 4 y 5 veces más agradable que el de otras bicicletas eléctricas de montaña»
Pruebas de sonido
¿No te gustan mucho los gráficos? ¡A continuación, te invitamos a escuchar el sonido dentro de la cámara anecoica!
Volumen de la Fuel EXe
Aunque la tonalidad se relaciona mejor con la experiencia de pedaleo de una bicicleta eléctrica, no nos hemos olvidado del volumen. Los siguientes gráficos muestran el volumen percibido en dBA y en sonios. Dependiendo de la combinación de bicicletas y métricas que consideremos, la Fuel EXe es entre 1,5 y 1,8 veces más silenciosa que otras bicicletas eléctricas y más parecida a las bicicletas sin asistencia.
Potencia de sonido de la Fuel EXe
El volumen es una métrica acústica fundamental, pero depende de la dirección de la distancia elegida entre este micrófono y la fuente del sonido. La ubicación de nuestro micrófono se eligió para captar el sonido en los oídos del ciclista, o del compañero, ya que es el lugar que más importa.
Pero más allá de eso, dimos el siguiente paso en la medición de la potencia sonora, utilizando una matriz semiesférica de 12 micrófonos para cuantificar la energía sonora total emitida por la bicicleta en todas las direcciones. En otras palabras, la potencia acústica representa la comparación de las bicicletas con los oyentes en cualquier punto alrededor de la bicicleta.
Potencia del sonido en dBA vatios (norma ISO3744) Observa que la potencia del sonido debería ser 15,6 dB más alta que el volumen, dada la posición de nuestro micrófono de volumen a 1,7 m de distancia del motor.
Potencia del sonido en dBA vatios (norma ISO3744) Observa que la potencia del sonido debería ser 15,6 dB más alta que el volumen, dada la posición de nuestro micrófono de volumen a 1,7 m de distancia del motor.
Como podemos ver en el gráfico, la potencia sonora es muy similar al volumen cerca de la cabeza del ciclista. Esto valida nuestros resultados del volumen y el punto elegido para nuestras métricas de micrófono único.
Índice de articulación (norma ANSI S3.5).
Índice de articulación de la Fuel EXe
Como hemos expuesto anteriormente, el sonido de la bicicleta puede interferir en nuestra capacidad para hablar con otras personas mientras pedaleamos. El índice de articulación predice en qué medida puede alguien oír hablar a otra persona con un ruido determinado. De nuevo, la Fuel EXe está mucho más cerca de una bicicleta convencional que de otras bicicletas eléctricas.
Pruebas sobre el terreno
Aunque este artículo se centra en las pruebas en la cámara anecoica altamente controlada, también llevamos nuestro equipo de pruebas acústicas a los senderos. Y los resultados sobre el terreno fueron los mismos, demostrando que la Fuel EXe tiene una tonalidad entre 3 y 5 veces menor y un volumen de 1,5 a 1,8 veces menor que otras bicicletas eléctricas de montaña.
Análisis del mapa de colores
Una técnica de análisis muy potente consiste en representar el volumen en forma de colores en una escala de cadencia y frecuencia sonora. En los siguientes mapas de colores, cada línea diagonal representa un tono cuya frecuencia aumenta con la cadencia (son los tonos que desvirtúan el contexto y llaman la atención como desagradables).
Mapas de colores (modo de asistencia máximo).
Cada una de las líneas diagonales corresponde a un componente físico giratorio dentro del motor, cuya relación de transmisión y número de dientes/imanes se relaciona con la pendiente de la línea. Evidentemente, las transmisiones tradicionales de las bicicletas eléctricas tienen muchos componentes móviles que generan muchos tonos, mientras que el engranaje armónico de la Fuel EXe emite un único tono mucho más silencioso.
¿Sigues teniendo dudas?
¿Todavía no te crees que una disminución de 5 veces en la tonalidad te va a aportar una experiencia totalmente nueva en los senderos? Visita una de nuestras tiendas Trek, prueba la Fuel EXe y comprueba tú mismo todo lo que hemos dicho.
Sobre el autor
Paul Harder es el ingeniero titular de I+D de Trek Bicycle. Desde que obtuvo un máster en Ingeniería Mecánica por la Universidad de Wisconsin en 2007, se ha dedicado a mejorar la experiencia del ciclista a través de la ciencia y la innovación.
Nueva Fuel EXe
About the Author: Trek
Nuestra misión: solo fabricamos productos que amamos, ofrecemos una increíble hospitalidad a nuestros clientes y cambiamos el mundo consiguiendo que cada vez más gente monte en bicicleta.
