Historia dźwięku. Jak producenci projektują i generują dźwięk silnika w nowoczesnych samochodach?

W odpowiedzi na ekologiczną presję, przemysł motoryzacyjny zaczął inwestować w technologie mające na celu odtworzenie emocji związanych z dźwiękiem silników. Inżynierowie akustyczni stali się niemal nieodłączną częścią zespołów projektowych samochodów, a ich wspólnym celem stało się utrzymanie pożądanych wrażeń dźwiękowych – wszystko w granicach surowych norm prawnych i emisji spalin. Co w obecnych autach jest faktycznym i autentycznym dźwiękiem silnika, a co “sztuczną emocją”?

Cisza, downsizing i narodziny Akustycznego Inżyniera

Fundamentalnym problemem branży motoryzacyjnej stała się konieczność sprostania coraz surowszym normom emisji spalin i hałasu. To właśnie one niemal zacisnęły pętlę na silnikach V8 i V12, doskonale znanym z charakterystycznego ryku, nierzadko będącym identyfikacją sportowych marek aut. W przeszłości, samochody takie jak kultowe Ferrari V12 czy Ford Mustang V8 przyciągały uwagę nie tylko osiągami, ale także głośnym dźwiękiem silnika. Powszechny stał się downsizing, czyli celowe zmniejszanie pojemności silników przy zachowaniu zbliżonej mocy dzięki turbodoładowaniu. Choć rozwiązanie to jest efektywne, stało się także “akustycznym mordercą” legendarnych silników V8 i V12, których dźwięk został stłumiony.

Stanowczą reakcją przemysłu motoryzacyjnego było przekształcenie problemu w nową dziedzinę sztuki. Dźwięk przestał być tylko produktem ubocznym danej technologii, a stał się elementem projektowym – Sound Designem. Jego zadaniem jest dziś budzenie emocji i podkreślanie charakteru auta przy równoczesnym spełnieniu wszystkich rygorystycznych przepisów prawnych.

Przełom cyfrowego dźwięku silnika nastąpił na początku lat 2000, gdy inżynierowie zdali sobie sprawę z pewnego paradoksu – im lepsze, cichsze i bardziej komfortowe stawały się samochody, tym bardziej kierowca tracił z nimi emocjonalną więź. Odcięty od wibracji i autentycznego ryku silnika, prowadził maszynę, której niemal nie słyszał. Pierwszym, który postanowił świadomie walczyć z tą ciszą, był Ford. W legendarnym Focusie ST Mk2 z 2005 roku zastosowano genialne w swej prostocie rozwiązanie – Sound Symposer. Był to w zasadzie specjalny kanał akustyczny, "rurka" z membraną, która przenosiła surowy, pulsujący dźwięk z układu dolotowego bezpośrednio do kabiny. Chwilę później na podobny pomysł wpadło Porsche w swoich modelach Boxster i Cayman. Jednak granica między prawdą a iluzją została przekroczona, gdy na scenę wkroczyła Grupa Volkswagen ze swoim "Soundaktorem" w Golfie GTI Mk5. To już nie była pasywna rurka, a specjalny siłownik wibrujący, który przenosił drgania na szybę i karoserię, sztucznie wzmacniając basowe tony.

Prawdziwa rewolucja i fala oburzenia nadeszły jednak w 2011 roku wraz z premierą BMW M5 (F10). To właśnie ten model stał się symbolem nowej ery. BMW po raz pierwszy na taką skalę przyznało się do użycia systemu Active Sound Design (ASD), który odtwarzał nagrany dźwięk silnika V8 przez głośniki systemu audio. To był moment, w którym sound design przestał być subtelnym wzmocnieniem, a stał się świadomie kreowaną, cyfrową iluzją.

Inżynieria Akustyczna (IC). Dźwięk w Czasach Spalinowych

Brzmienie silnika, zwłaszcza w tradycyjnych samochodach spalinowych, to wypadkowa wielu czynników mechanicznych i akustycznych. Aby lepiej zrozumieć, co tak naprawdę odpowiada za dźwięk silnika, warto wspomnieć o kilku kluczowych elementach konstrukcyjnych pojazdu.

Pochodzenie autentycznego dźwięku. Co naprawdę tworzy brzmienie?

W największym stopniu za dźwięk silnika odpowiada układ wydechowy i wał korbowy.

Silniki spalinowe charakteryzują się różnymi konfiguracjami wałów korbowych, co ma bezpośredni wpływ na generowany przez nie dźwięk. Najpopularniejsze z nich to cross-plane i flat-plane. Cross-plane to wał z wykorbieniami co 90 stopni, stosowany w amerykańskich silnikach V8, który tworzy charakterystyczny, głęboki, niemal bulgoczący dźwięk. Jest to efekt przesunięcia fazy zapłonu w poszczególnych cylindrach, co w konsekwencji sprawia, że dźwięk jest pełniejszy i bardziej basowy. Z kolei flat-plane, stosowany w europejskich silnikach V8 (np. Ferrari), daje wyższy, bardziej świszczący dźwięk o wyraźniejszej i ostrzejszej tonacji dzięki wykorbieniach co 180 stopni. Tego typu silniki pracują na wyższych obrotach, co wpływa ostatecznie na ich końcowy dźwięk.

Układ wydechowy samochodu nie tylko służy do odprowadzania spalin, ale także ma kluczowy wpływ na brzmienie silnika. Producenci stosują różne techniki projektowania kolektorów i tłumików, aby wzmocnić pożądane częstotliwości dźwiękowe. Przykładowo, tytanowe układy wydechowe mogą dostarczać bardzo czysty i głęboki dźwięk, eliminując tym samym niepożądane częstotliwości.

Systemy wzmacniania mechanicznego. jak producenci pomagają autentycznemu dźwiękowi?

W trosce o emocje kierowców związane z dźwiękiem silnika, niektórzy producenci zastosowali zmienne klapy wydechu, dzięki którym dźwięk silnika może być dostosowywany do osobistych preferencji kierowcy. W trybie Sport klapy otwierają się, umożliwiając głośniejszą pracę silnika, podczas gdy w trybie Komfort wydech staje się znacznie cichszy.

Innym popularnym rozwiązaniem są rezonatory i membrany, czyli specjalne kanały akustyczne, które doprowadzają oryginalny dźwięk z układu dolotowego lub komory silnika bezpośrednio do kabiny. Dzięki nim kierowca słyszy surowe, mechaniczne brzmienie, które inaczej zginęłoby za grubą warstwą materiałów wygłuszających.

Aktywne generowanie dźwięku. „Fałszywe emocje” w kabinie

W obliczu rosnących wymagań ekologicznych i rynkowych, producenci aut zaczęli szukać nowych sposobów na generowanie dźwięku silnika, który będzie w niemal identyczny sposób wpływał na emocje kierowców. Active Sound Design (ASD) to jedno z takich rozwiązań, które zyskało szczególną popularność w nowoczesnych samochodach.

Systemy ASD wykorzystują głośniki, które najczęściej montowane są w kabinie, a rzadziej na zewnątrz pojazdu. System ten analizuje dane z magistrali CAN (m.in obroty silnika, obciążenie, pozycja pedału gazu) i na tej podstawie generuje dźwięk, który ma dokładnie naśladować autentyczny hałas silnika lub odtwarza nagrane wcześniej próbki dźwięku, które są miksowane z prawdziwym brzmieniem. Systemy te mogą także korzystać z technologii Sound Symposer, która potęguje dźwięk w kabinie za pomocą specjalnych głośników i rezonatorów. Takie rozwiązania stosowane są przede wszystkich w samochodach sportowych i luksusowych, w których charakterystyczny ryk silnika jest częścią identyfikacyjną marki i obowiązkowym doświadczeniem dla kierowcy.

Dla kierowców, którzy pragną jeszcze bardziej wzmocnić swoje doznania związane z dźwiękiem silnika, na rynku dostępne są także moduły aftermarket, takie jak THOR czy BEAST. Urządzenia te pozwalają na montaż zewnętrznych, wodoodpornych głośników w układzie wydechowym, które naśladują charakterystyczny dźwięk silnika V8 nawet w samochodach wyposażonych w silniki diesla czy czterocylindrowe jednostki. Obsługa THOR-a lub BEAST-a możliwa jest nierzadko za pomocą aplikacji w smartfonie.

Czy dźwięk silnika w nowym samochodzie jest sztuczny?

To zależy od konkretnego modelu, ale w większości nowoczesnych aut o sportowym charakterze najczęściej słyszymy… starannie przygotowany miks. Aktywny układ wydechowy wzmacnia prawdziwy dźwięk. Rezonatory (Sound Symposer) przenoszą autentyczne wibracje do kabiny. Jednak systemy Active Sound Design (ASD) dodają do tego cyfrowo wygenerowaną ścieżkę dźwiękową. Oznacza to, chcąc czy nie chcąc, że część tego, co słyszymy jest sztuczna. W autach z małymi silnikami turbo lub dieslach, które mają brzmieć “sportowo”, udział cyfrowej iluzji jest znacznie większy.

Akustyka elektryków. AVAS i kompozytorzy w BMW i Mercedesa

Era samochodów elektrycznych przyniosła absolutną ciszę, która wbrew pozorom miała także swój istotny minus i zagrożenie – okazała się niebezpieczna dla pieszych. W odpowiedzi na to ryzyko wprowadzono Acoustic Vehicle Alert System, w skrócie AVAS, który od lipca 2019 roku stał się obowiązkowy dla wszystkich nowych pojazdów elektrycznych i hybrydowych, produkowanych na terenie Unii Europejskiej. System ten musi emitować dźwięk ostrzegawczy przy prędkościach do 20 km/h, a także podczas cofania. Wymogi są precyzyjne i nie pozostawiają pola do nadużyć – dźwięk musi być ciągły, a jego głośność musi rosnąć wraz z prędkością i mieścić się w przedziale od minimum 56 dB do maksymalnie 75 dB, co odpowiada głośności standardowej rozmowy. Dźwięk ten obowiązkowo ma być słyszalny dla wszystkich (szczególnie dla pieszych) ale tym samym nieuciążliwy.

Producenci aut premium potraktowali ten wymóg jako okazję do zbudowania nowej, akustycznej tożsamości. Zamiast prostego szumu czy dźwięku, tworzą oni skomponowane “akustyczne krajobrazy” – zarówno w przenośni, jak i dosłownie. Liderem tego innowacyjnego rozwiązania jest BMW, które do współpracy zaprosiło słynnego kompozytora muzyki filmowej, Hansa Zimmera, kojarzonego m.in z filmu “Incepcja” czy “Gladiator”. Stworzone przez niego dźwięki nie imitują silnika spalinowego – to futurystyczne, dynamicznie zmieniające się kompozycje, które reagują na styl jazdy i prędkość, zapewniając kierowcy samochodu elektrycznego wielozmysłowe doświadczenie, które rekompensuje brak tradycyjnego “ryku”. To rozwiązanie przypomina ideę charakterystycznego dźwięku V8 i V12, który jest tożsamością wielu marek premium – obecne artystyczne brzmienie jest unikalnym, dźwiękowym podpisem marki w dobie elektromobilności.

Efektem współpracy nie był pojedynczy głos, a cały, dynamiczny ekosystem dźwiękowy, który reaguje na nawet najdrobniejszy ruch kierowcy. Po wciśnięciu przycisku “Start” kierowcę wita krótki akord, który sygnalizuje uruchomienie pojazdu. Prawdziwa magia ujawnia się jednak podczas jazdy. Dźwięk zmienia swój charakter w zależności od wybranego trybu “My Mode”:

• Tryb Comfort (Core) – dźwięk jest subtelny i przejrzysty, oparty na metaforach “szklanych i krystalicznych tekstur”.
• Tryb Eco Pro – dźwięk jest zredukowany do absolutnego minimum, co ma potęgować uczucie spokoju i efektywności.
• Tryb Sport – dźwięk jest znacznie bardziej intensywny, głośniejszy i zyskuje głębokie, basowe podtony. Każde wciśnięcie pedału przyspieszenia uwalnia potężną falę dźwiękowy, która narasta w sposób dramatyczny, dając poczucie ogromnej siły. Co prawda nie jest to ryk, a raczej potężne narastanie dźwięku, które ma wywołać dreszcz emocji i adrenaliny.

W podobnym kierunku poszedł Mercedes-Benz. W swoich elektrycznych modelach z serii EQ marka stawia na tworzenie własnych “krajobrazów dźwiękowych” Soundscapes. Zespoły inżynierów, akustyków i projektantów dźwięku komponują różne scenariusze akustyczne, które pozwalają na holistyczne doświadczenie w trakcje jazdy. Modele wyposażone są w system AVAS, który emituje futurystyczne dźwięki przypominające szum liści czy szmer strumienia, dostosowujące się do prędkości pojazdu. Dodatkowo, w ramach rozwoju marki AMG, Mercedes pracuje nad sztucznymi dźwiękami naśladującymi charakterystyczny ryk silników V8, aby utrzymać emocjonalne połączenie z tradycyjnymi modelami.

Na drugim biegunie znajduje się Toyota, która od lat kładzie duży nacisk na projektowanie dźwięku, traktując go jako integralny element interakcji z pojazdem. Wiele lat przed wprowadzeniem obowiązkowego AVAS, w modelu Prius stosowano system Vehicle Proximity Notification System (VPNS), który generował charakterystyczny i nieco futurystyczny szum lub piszczenie, ostrzegając tym samym pieszych. Jednak w nowszych, w pełni elektrycznych modelach, takich jak bZ4X, widać wyraźną ewolucję. Toyota stosuje teraz subtelne, syntetyczne dźwięki, które harmonijnie komponują się z otoczeniem. Są one dynamiczne, zmieniając się w zależności od prędkości i stylu jazdy, co zapewnia bezpieczeństwo w sposób mniej inwazyjny i bardziej zintegrowany z doświadczeniem jazdy.

Co to jest system AVAS w elektryku?

AVAS (Acoustic Vehicle Alert System) to obowiązkowy system ostrzegania dźwiękowego w pojazdach elektrycznych i hybrydowych. Jego zadaniem jest generowanie sztucznego dźwięku przy niskich prędkościach (do 20 km/h), aby ostrzegać pieszych, rowerzystów i osoby z dysfunkcją wzroku o zbliżającym się pojeździe – system obejmuje przede wszystkim samochody elektryczne i hybrydowe, ze względu na ich cichą jazdę. Dźwięk musi spełniać określone normy, aby był łatwo rozpoznawalny jako odgłos poruszającego się samochodu, co ma podnieść bezpieczeństwo w ruchu miejskim. Wymogi te obejmują zakres głośności systemu od 56 dB do maksymalnie 75 dB.

Czy "Fałszywe Emocje" mają przyszłość?

Dźwięk silnika przeszedł niezwykle długą drogę – od naturalnego wytworu inżynierskiego, po starannie zaprojektowaną cechę marketingową. Nowoczesne technologie, takie jak system dźwiękowy AVAS, Active Sound Design czy Sound Symposer sprawiają, że dźwięk silnika nie jest już tylko konsekwencją pracy jednostki napędowej (lub miłością fanów V8 i V12). Został przekształcony w element doświadczenia kierowcy, który musi być zaprojektowany zgodnie z wymogami technologicznymi, regulacjami prawnymi i oczekiwaniami rynku.

Choć jest to kontrowersyjne, sztuczny dźwięk silnika ma swoje miejsce w nowoczesnej motoryzacji. Z jednej strony spełnia wymogi bezpieczeństwa, a z drugiej pozwala na podtrzymanie emocji związanych z dźwiękiem, które były nieodłącznym elementem motoryzacyjnej pasji. Jednak wraz z nami pozostanie pytanie, czy w przyszłości technologia ta nie pójdzie jeszcze dalej, i do jakich kroków są w stanie posunąć się producenci samochodów, aby zachować legendarny ryk silnika spalinowego.

W najbliższych latach istnieje minimalna szansa, aby dźwięk silnika w tradycyjnych pojazdach spalinowych zniknął niemal całkowicie. Jednak już dziś widzimy, że cyfrowe technologie mogą generować niemal identyczne emocje jak te, towarzyszące “starym” silnikom. "Fałszywe emocje" mogą nie być tym, co docenią entuzjaści “starej szkoły”, ale stanowią inteligentny kompromis, który pozwala motoryzacji brzmieć nadal ekscytująco w coraz cichszym świecie.