Naladit sportovní zvuk výfuku je věda! Potřebujete k tomu i umělé hlavy
Moderní sportovní výfuky jsou mistrovskou ukázkou kompromisu. Umějí znít hlasitě, ale při měření hluku zůstanou pod limitem. Jak to dělají? Hraje se s mechanikou, frekvencemi, ventily a lidským vnímáním zvuku.
Homologovaný sportovní výfuk musí dělat dvě protichůdné věci zároveň: dodat hlasitý, sportovní charakter, a zároveň projít přísným měřením hluku. To zní jako rozpor, ale není – jde o to, že se měří integrovaná hodnota dB(A), zatímco lidské vnímání hodnotí akustické spektrum. Výrobci neřeší co nejvíc decibelů.
Prvním krokem je analýza spektra. Výfuk vygeneruje tlakové vlny, které mají složité spektrální složení: nízké frekvence dávají těžké dunění, střední pásmo působí plně a vyšší pásma dodávají agresivitu.
Lidské vnímání sportovnosti není lineární s hladinou zvuku v decibelech – citlivost ucha je nerovnoměrná. Inženýři tuhle vlastnost lidského sluchu využívají: tlumí nízké frekvence, které výrazně zvyšují měřenou hladinu hluku, a naopak ladí zvuk tak, aby vynikl ve frekvencích, které člověku znějí sportovněji.
Konfigurace, materiály a věda
Podle aktuální normy EU 540/2014 nové osobní auto nesmí vydávat víc než 68 decibelů, což je zhruba hluk rušné ulice. Měření se provádí při zrychlení na speciální trati a zahrnuje i běžný jízdní režim.
Už konfigurace výfuku funguje jako akustický filtr. Komory, rezonátory, perforované vložky a akustická vlákna nejsou náhodné součásti – jsou to nástroje pro řízení přenosu energie ve vybraných frekvenčních pásmech. Tvar komor, délka jednotlivých odboček i velikost perforací určují, jak silně se zvuk v různých částech spektra tlumí nebo propouští. Díky tomu lze některé frekvence cíleně potlačit a jiné naopak zvýraznit – bez toho, aby se výrazně zvýšila celková hlasitost.
Na výsledný zvuk má velký vliv i samotný materiál výfuku a tloušťka jeho stěn. Titan zní ostře a kovově, nerezová ocel dodává hlubší, plnější tón a karbon pomáhá krotit agresivní výšky. Svoji roli hraje i vnitřní akustická výplň, její rozmístění a hustota perforací – všechny tyto detaily ovlivňují, jak se zvukové vlny tlumí a jak se mezi sebou fázově sčítají nebo ruší. Dnešní návrhy už proto vznikají s pomocí simulací: kombinují výpočty proudění plynů (CFD) a akustické modely (FEM, BEM), protože proudění a zvuk spolu úzce souvisejí.
Dalším pilířem moderního ladění je věda o vnímání zvuku, tedy psychoakustika. Výrobci už dávno nehledí jen na samotnou hlasitost. Sledují i další vlastnosti – ostrost, drsnost nebo tónovou vyváženost – které dohromady určují, jak příjemně nebo sportovně zvuk působí. Díky tomu mohou vytvořit výfuk, který není o nic hlučnější, ale zní mnohem dynamičtěji. Právě proto mohou dvě legální soustavy se stejnou hladinou hluku působit zcela odlišně na ucho řidiče.
Klapky ve výfuku vs. měření decibelů
Samostatnou technologií je aktivní řízení průtoku výfuku pomocí pohyblivých klapek, které dnes používá řada sportovních vozů už z výroby. Klapky mění délku i odpor výfukové soustavy – v uzavřené poloze omezují proudění a tlumí hluk, při otevření zkracují cestu plynů a umožní zvuku naplno se projevit. Jejich činnost řídí řídicí jednotka motoru podle otáček, zatížení nebo zvoleného jízdního režimu. Díky tomu může mít vůz při běžné jízdě nízkou hladinu hluku a při sportovním režimu výrazný, sytý projev – stále však v rámci schválených limitů.
Určující oblastí je samotné měření a schvalování výfuku. Evropské normy přesně stanovují, jak se test provádí – v jaké vzdálenosti od vozidla, při jakých otáčkách motoru i v jakém jízdním režimu. Pokud má vozidlo aktivní klapky, měří se vždy v takovém nastavení, které odpovídá reálnému chování při běžné jízdě. Klapky tedy mohou zůstat zavřené, nebo se během testu částečně otevřít, pokud to umožňuje jejich řídicí logika.
Výrobce musí prokázat, že právě daná kombinace výfuku a konkrétního typu vozidla splňuje všechny hlukové limity. Jakákoli odchylka – jiný tvar potrubí, chybějící tlumicí vložka nebo napevno otevřené klapky – může výsledek zcela změnit. I proto vývoj výfuků obnáší desítky prototypů, měření a úprav, než vznikne finální, schválená verze.
Zvuk spalovacího motoru se dnes zkrátka ladí s precizností koncertního nástroje. McLaren uvádí, že při vývoji modelu 750S upravil tvar výfukového potrubí právě tak, aby zdůraznil vyšší harmonické tóny a potlačil těžké hluboké frekvence. Porsche využívá speciální akustické laboratoře a umělé hlavy, které simulují lidský sluch, aby dosáhlo ideálního poměru mezi výkonem a emocí. A Lexus spojuje síly s hudební divizí Yamahy, která pomohla vyladit i legendární jekot desetiválce LFA.
Zdroje: Combustion Engines, Regulace EU č. 540/2014, SAE, Sage Journals
