Riduzione del rumore dei pneumatici: una necessità sempre più impellente

I pneumatici durante il loro rotolamento sono sottoposti a continue sollecitazioni: i tasselli del battistrada incontrano il manto stradale e se ne distaccano e i fianchi si flettono e si distendono di continuo. Questi movimenti producono suoni che alla lunga risultano fastidiosi ma c’è un’altra fonte di rumore: l’aria contenuta fra il cerchio e la superficie interna del pneumatico. Il Tyre cavity noise nasce dalle vibrazioni di quest’aria che, intrappolata fra cerchio e copertura, può entrare in risonanza e vibrare in maniera simile all’aria nelle canne di un organo. Diversi produttori, sia dei veicoli sia dei pneumatici, hanno quindi studiato contromisure per ridurre l’intensità di questi suoni sgradevoli e in questo articolo vedremo qualcuna delle soluzioni che hanno messo a punto.

 

Strategie per assorbire il suono

Una delle soluzioni più lineari è posizionare del materiale fonoassorbente all’interno della ruota. Si tratta in genere di una schiuma poliuretanica sistemata sulla superficie interna della copertura e incollata saldamente. La forza centrifuga generata dalla rotazione della ruota la spinge ancor di più verso l’esterno e quindi il suo posizionamento appare affidabile. La soluzione è citata in un brevetto di ricercatori giapponesi assegnato a Sumitomo Rubber Industries, depositato negli Usa nel 2001 e pubblicato nel 2002. Questo “anello” di schiuma è abbastanza semplice da implementare e si dimostra efficace, dato che riduce l’intensità del rumore in abitacolo di una quantità compresa fra i 3 e i 9 dB (decibel). Ricordiamo che il decibel è un’unità di misura logaritmica e quindi se una riduzione di 3 dB equivale a un dimezzamento del rumore, una diminuzione di 9 dB riduce il rumore a un ottavo di quello di partenza.

 

Le implementazioni dei costruttori

L’anello smorzante di schiuma poliuretanica è quindi utile in generale, anche se la sua efficacia dipende anche dalle condizioni del fondo stradale, ed è stato adottato da diversi produttori. L’implementazione di Pirelli, per esempio, si chiama Pncs – Pirelli Noise Cancelling System – ed è stata lanciata nel 2013. La crescente silenziosità delle vetture dei segmenti più elevati ha fatto esplodere la domanda di pneumatici silenziosi: è la stessa Pirelli a comunicare che le omologazioni delle sue coperture con il Pncs erano 78 alla fine del 2017 e sono quasi raddoppiate a 150 alla fine del 2018. Il produttore dichiara che la tecnologia Pncs riduce il rumore fino al 25% ma avverte che i risultati migliori si ottengono se il veicolo prevede una specifica omologazione per le coperture dotate del sistema. Le coperture che hanno questa tecnologia, come il prestigioso Pirelli P-Zero, sono caratterizzate dalla dicitura “Pncs” e dal simbolo dell’altoparlante con le onde sonore sbarrate. Anche Goodyear ha una soluzione per ridurre il rumore dei pneumatici: si chiama SoundComfort e promette di ridurre fino al 50% il rumore prodotto dalle ruote e che arriva nell’abitacolo. Questa barriera acustica è disponibile per diverse coperture quali le EfficientGrip, Eagle F1 e UltraGrip Performance.

 

Nomi noti contro i suoni indesiderati

Anche Continental, in quanto fornitore di pneumatici, è della partita e ha sviluppato il sistema ContiSilent, la cui schiuma poliuretanica, precisano dall’azienda, è garantita essere stabile a diverse temperature e compatibile con diversi cerchioni presenti sul mercato. Questa tecnologia può ridurre il rumore che filtra dentro il veicolo di una quantità fino a 9 db pesati A (la ‘pesatura a’ tiene conto della sensibilità dell’udito umano, che varia al variare della frequenza). La tecnologia ContiSilent è disponibile per diverse coperture, quali le ContiSportContact, CrossContact e IceContact, e non influisce né sul chilometraggio, né sugli indici di carico, velocità e le altre metriche che specificano le caratteristiche dei pneumatici. Michelin ha invece la sua Acoustic Technology in grado, secondo quanto dichiarato, di ridurre il rumore interno dell’abitacolo di circa il 20%. Il marchio francese fa notare che una tecnologia come questa può ridurre l’affaticamento di guidatore e passeggeri, specialmente nei viaggi più lunghi: questo aumenta non solo il comfort ma anche la sicurezza perché la vigilanza del conducente si mantiene più alta. Fra le gomme Michelin dotate di Acoustic Technology segnaliamo la prestazionale Pilot Sport 4.

 

Nastri e cilindri contro il rumore

Toyo ha invece scelto una via alternativa per ridurre il Tyre cavity noise, sagomando la schiuma assorbente in maniera molto diversa rispetto a quanto visto finora. Gli ingegneri giapponesi hanno condotto simulazioni del comportamento dell’aria all’interno del pneumatico durante il rotolamento, rendendosi conto che alla risonanza si creavano dei flussi sia lungo la circonferenza sia in direzione radiale. L’idea, concretizzata nella Toyo Silent Technology, è stata quindi quella di rivestire l’interno della copertura con uno strato sottile fittamente forato che rallenta e fa perdere forza al flusso radiale, riducendo quindi il rumore connesso a questo movimento dell’aria. Il rallentamento del flusso circonferenziale avviene invece sollevando in forma di onda, con cilindretti cavi di spugna fonoassorbente, la pellicola forata citata prima: l’aria in movimento viene rallentata da questa conformazione e il rumore viene smorzato ulteriormente.

 

Riduciamo il rumore ma cosa accade in officina?

L’adozione di queste fasce assorbenti desta però qualche perplessità perché si è a volte riscontrato che la fascia assorbente in poliuretano, nel caso il pneumatico perda pressione, può spezzettarsi rendendo più difficile un’eventuale riparazione. Queste coperture “silenziose” si diffonderanno sempre di più, all’aumentare della quota di veicoli elettrici nel parco circolante, e quindi la questione della loro riparabilità è di stretta attualità. Tech (azienda molto conosciuta nel settore dei prodotti e delle attrezzature per la gestione delle coperture) per esempio afferma di aver sviluppato un processo di riparazione documentato per riparare i pneumatici che adottano questo tipo di riduzione del rumore. Il processo richiede alcuni step aggiuntivi ma è fattibile e proposto anche da altre aziende: i gommisti dovrebbero quindi informarsi al riguardo per non dover rinunciare a una parte del loro business che sarà probabilmente in crescita.

 

Honda propone la “ruota risuonante”

La soluzione proposta da Honda non usa schiume o materiali assorbenti ma impiega dei risuonatori, ossia componenti che assorbono il suono non “attenuandolo” come fanno le fasce in foam ma generando un suono in grado di annullare il rumore dovuto alle vibrazioni dell’aria nella cavità interna del pneumatico. L’approccio di Honda parte dalla considerazione che la dimensione del pneumatico che verrà montato su quel cerchio è nota ed è quindi possibile determinare la “frequenza di risonanza”della cavità, quella frequenza che genera i rumori più fastidiosi. Se fosse possibile generare un suono a quella stessa frequenza ma sfasato di 180° la loro “somma” teorica sarebbe un suono con intensità nulla; nella realtà il rumore non viene azzerato ma risulta comunque molto attenuato. La Casa giapponese ha deliberato l’utilizzo di risuonatori di Helmholtz, componenti acustici costituiti da una cavità chiusa che comunica con l’esterno attraverso un condotto di sezione molto minore rispetto a quella della cavità stessa. Il sistema ha un comportamento particolare nel senso che immettendo nel condotto suoni a diverse frequenze una certa frequenza lo fa entrare in risonanza, cosa che aumenta il suono in maniera selettiva. Un esempio di questo fenomeno è quel che accade soffiando in una bottiglia vuota: modulando il soffio a un certo punto si avverte un suono più forte, dovuto proprio alla risonanza.

 

Il cerchione come una sala da concerto

Honda ha progettato un risonatore che si inserisce nel cerchione e che ha il compito di risuonare alla stessa frequenza – ma in controfase - alla quale risuona l’aria contenuta nel volume interno del pneumatico: il risultato è una forte attenuazione del rumore a quella frequenza. La forma scelta da Honda ricorda quella dei pannelli fonoassorbenti applicati alle pareti dei cinema e degli auditorium. I forellini che ricoprono questi elementi architettonici costituiscono altrettanti risuonatori di Helmholtz e in effetti i componenti che Honda inserisce nelle sue Noise-reducing Wheels sono fittamente forati. Si tratta di elementi in resina fissati a incastro al cerchione, senza usare bulloni o altri organi di fissaggio. Essi resistono ad accelerazioni fino a 1.500 g (g è l’accelerazione della forza di gravità, che vale 9,81 metri al secondo per secondo) e quindi sopportano anche la guida ad alta velocità, quando le ruote girano vorticosamente. Honda ha realizzato il primo risonatore nel 2010 e ha poi sviluppato la seconda generazione, dotata di camere di risonanza multiple e distribuite in un solo elemento contro i 4 precedenti per un risparmio di peso del 50%.