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Articoli - Archivio

27/04/2012
SI FA PRESTO A DIRE SILENZIATORE

DAL MOTORE ALLE RUOTE

Oggi esistono sofisticati sistemi che permettono non soltanto di ridurre ma anche modellare il rumore di scarico delle automobili. Le applicazioni non finiscono però qui...

Nicodemo Angì

C'È CHI considera il suono del motore della propria auto una musica celestiale e lo condivide su Facebook, c’è chi modifica lo scarico della sua beniamina perché faccia la voce grossa e, ovviamente, c’è anche chi vuole un’auto molto silenziosa perché quelli meccanici e di scarico sono soltanto “rumori”. Come conciliare queste esigenze? Ci vorrebbe uno scarico la cui voce sia in una qualche misura variabile e in effetti soluzioni di questo tipo le si sono già viste. Si sono usate, per esempio, delle specie di valvole che aprendosi modificavano la geometria dello scarico – in maniera non troppo diversa da quello che fa il flautista quando tappa i fori del suo strumento con il dito – magari chiamando in causa anche delle speciali “scatole” (risuonatori) che agiscono su determinate frequenze.

Prima di parlare delle moderne evoluzioni di questi sistemi che modellano il suono occorre però dire qualcosa sul suono stesso e su come le sue caratteristiche permettono di ridurlo e plasmarlo con una certa efficacia.

Il suono si propaga nell’aria sotto forma di onde; in ognuna di esse è possibile distinguere una cresta (il punto più alto raggiunto dalla sua oscillazione) e un ventre, che è il punto più basso. Questo tipo di fenomeno ha delle proprietà piuttosto particolari che riguardano, ad esempio, il concetto di “somma”. Aggiungere un’onda a un’altra, ad esempio, non è detto che si traduca sempre in un aumento: in virtù della loro natura ondulatoria può infatti capitare che far unire due onde comporti la quasi totale sparizione di entrambe. Questo può accadere quando la cresta di una corrisponda al ventre dell’altra, ossia quando sono sfasate di 180°: il risultato è che esse si possono elidere a vicenda quasi completamente perché il verso dell’oscillazione dell’una è uguale e contraria a quello dell’altra.

Questa proprietà è nota da secoli ma solo di recente, grazie ai progressi dell’elettronica, essa può essere praticamente usata con una certa scioltezza, ad esempio nella tecnica della cancellazione attiva del rumore. Si tratta di sommare al disturbo un altro suono fatto in modo che le sue creste cadano nei ventri del disturbo stesso e viceversa. L’implementazione pratica di questo principio prevede generalmente, nel caso di un circuito destinato a filtrare i rumori esterni per far ascoltare meglio la musica o le parole, la presenza di un microfono che capta istante per istante il rumore ambiente. Questo segnale viene elaborato, amplificato e inviato all’altoparlante – o all’auricolare – sotto forma di un segnale “antirumore” in grado di cancellare il disturbo preservando la musica. Questa tecnologia, grazie ai processori sempre più potenti e sempre più piccoli, si è diffusa massicciamente, essendo oggi usata nei telefoni cellulari, nei vivavoce, nelle cuffie e perfino nelle automobili! I veicoli sono in effetti dei generatori di rumore piuttosto efficienti, producendo il tipico rombo allo scarico e rumori vari (rotazione di ingranaggi, rotolamento delle coperture, rumori di aspirazione e così via) in buona quantità. Lo stratagemma di sommare al rumore un suono opportunamente calcolato può però servire anche a “modellare” il rumore stesso, non soltanto a ridurlo.

 

Rumori più belli, scarichi più piccoli

Per vedere un caso concreto di applicazione di questa tecnica vediamo i sistemi ActiveSound e ActiveSilence, sviluppati recentemente da Eberspaecher per “trattare” il rumore. Essi attuano una vera e propria configurazione mirata dei rumori dello scarico tramite un altoparlante che attenua o amplifica selettivamente alcune frequenze. Il tutto viene regolato dall’unità di controllo sviluppata dalla divisione Eberspaecher Electronics, che elabora i segnali provenienti della centralina del motore e da un microfono (sappiamo già a cosa serve) posizionato nel sistema di scarico. I dati vengono calcolati più di 100 volte al secondo, con una velocità che permette di inviare all’altoparlante il segnale di correzione ancor prima che il rumore abbia il tempo di uscire dal tubo di scarico. Tutti conosciamo il downsizing, ossia la riduzione della cilindrata dei motori e la loro sovralimentazione per offrire la stessa potenza di motori più grandi consumando e inquinando meno di questi ultimi; a risentirne è però il rumore allo scarico, che è meno coinvolgente.
Fra i campi di applicazione di ActiveSound citiamo ad esempio la nuova Audi A6 Avant, il cui motore Tdi al top della gamma (313 cavalli) “suona” come un V8 a iniezione aspirato, senza il tipico battere del diesel e questo grazie all’altoparlante nel sistema di scarico che attenua certe frequenze e ne accentua altre, il tutto rimanendo entro le norme di omologazione. I sistemi di controllo elettronico di questo tipo permettono anche di semplificare i sistemi di scarico, dato che buona parte dell’attenuazione del rumore avviene tramite la cancellazione attiva. In questo modo basterà un silenziatore più piccolo, eliminando eventualmente risuonatori, camere intermedie e valvole. Componenti che non solo sono ingombranti e pesanti ma che introducono una dannosa – ai fini di prestazioni e consumo – contropressione allo scarico: si calcola che fra diminuzione del peso e miglioramento della respirazione del motore si possano ridurre i consumi fino al 3%, grazie anche a un alleggerimento dei sistemi di scarico che può arrivare al 30%. Se la modellazione attiva del rumore può interessare soprattutto le auto più prestazionali, che possono avere un sound sportivo anche con motori più semplici, l’ActiveSilence permette di avere più comfort attenuando le frequenze giuste e mantenendo i vantaggi di ActiveSound: riduzione delle contropressioni, risparmio di volume fino al 60% e di peso fino al 40% per il sistema di scarico, diminuzione delle emissioni di CO2 e riduzione della rumorosità fino al 10%.

L’importanza di questi sistemi è destinata a crescere anche nel settore delle vetture elettriche e ibride, in un campo che non riguarda la propulsione in senso stretto. La produzione di calore dei motori elettrici – il fatto di essere molto efficienti, più dell’85%, implica una dissipazione termica minore – non è infatti sufficiente a riscaldare l’interno del veicolo e occorre attingere energia dalla batteria o ricorrere a piccoli bruciatori, che vanno opportunamente silenziati perché il motore elettrico emette un rumore molto più basso dei propulsori termici. Ottimizzando la combustione e usando un silenziatore per i gas di scarico, Eberspaecher ha abbassato il rumore emesso dai bruciatori al di sotto dei 50 dB ma l’applicazione di tecnologia ActiveSilence permetterà di ottenere valori al di sotto dei 45 dB. Le unità Airtronic (ad aria) e Hydronic (ad acqua), bruciando bioetanolo hanno una combustione praticamente priva di residui ed emissioni, che risultano più basse rispetto a quanto stabilito dalle norme di circa il 90%; l’indipendenza dalla batteria permette inoltre di conservare l’autonomia del veicolo.

Ovviamente esistono sistemi che usano altoparlanti sistemati dentro l’abitacolo per diminuire i rumori della strada, del motore e così via: il principio è sempre lo stesso con il vantaggio che per emettere il suono antidisturbo possono essere usati gli stessi altoparlanti dell’impianto stereo.

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