Sound Check

Чтобы каждый Porsche звучал, как и положено Porsche, специалисты по акустике подбирают для новых моделей «правильные» мелодии. От современных оппозитных двигателей до перспективных электромоторов будущего: специалисты Porsche в центре разработок в Вайссахе создают индивидуальные концепции звучания для каждого поколения двигателей.

На сцене — солист экстракласса. В зале полная тишина, слушатели затаили дыхание. Солист начинает арию, виртуозность исполнения с самого начала подтверждается одной, двумя колоратурами, после чего уже громкие басы способствуют дальнейшему росту напряжения. Через несколько тактов — крещендо, практически на всех уровнях оркестр наращивает темп звучания. От баса к тенору и сопрано. Finale furioso — неистовый финал, необузданная сила, у слушателей — мороз по коже. Неожиданно запись обрывается, Бернхард Пфэффлин улыбается. «Класс, не правда ли?», спрашивает он.

Короткий музыкальный трек 911-го демонстрирует основные возможности, которым должен соответствовать любой Porsche. Звучание не одномерное, у него широкий частотный диапазон. Характерная особенность, отличающая Porsche от гремящих американцев и близких к истерике итальянцев. Тембр и уровень громкости меняются по мере нагрузки, т. е. в зависимости от положения педали акселератора. «Тем самым мы даем водителю дополнительную возможность сориентироваться», объясняет Пфэффлин. 49-летний инженер руководит отделом разработки техники колебаний и акустики, иными словами: д-р Пфэффлин отвечает за голос Porsche.

При этом он в каждой модели должен соотноситься с характером автомобиля. GT3 — это рок-н-рол, без вопросов. Для Пфэффлина очень важно то, что «звук должен быть отражением мощности, которую выдает двигатель». Значит, никакого синтетического попа, только настоящая музыка с настоящими инструментами. И оркестр формируется таким образом, чтобы при любом режиме работы двигателя сохранялось гармоничное звучание.

Для этого Пфэффлину не нужно дожидаться, когда инженеры и разработчики двигателей создадут первые прототипы. Поиски хорошего звука начинаются гораздо раньше. Когда привод и кузов существуют еще только в цифровом формате, акустик Бернд Мюллер уже начинает проработку и расчет возможных вариантов выхлопной системы и глушителей. Говоря точнее, выясняет влияние различных фаз эксплуатации автомобиля на его звучание. Мюллер отвечает в Porsche за звуковой образ модели при различных положениях педали газа. В результате генерируются сотни аудиофайлов. «Собрав их воедино, можно понять, как будет работать автомобиль, еще до появления его физического прототипа», так Мюллер пытается разъяснить возможности цифровых технологий. Вместе с опытными коллегами он формирует из массы звуков три-четыре звучания, которые представляются на утверждение правлению компании. Мюллер по опыту знает: там о звучании двигателя спорят так же интенсивно, как и о дизайне кузова будущей модели. Когда решение вынесено, Мюллер начинает готовить спецификацию выхлопной системы. Он определяет ее основные параметры — от диаметра труб до габаритов глушителя, именно эти параметры в будущем станут определяющими для идеального звука.

Для такого специалиста, как Мюллер, аса акустики с двадцатилетним стажем, все это было бы рутиной, если бы не разработчики двигателей, постоянно предлагающие инновации для конструкции двигателей. Широкое внедрение турбодвигателей, первые за многие годы четырехцилиндровые двигатели, автомобили с приводом Plug-in Hybrid, а в будущем даже спорткары с электроприводом — все это масштабные увлекательные задачи для Мюллера, а для марки Porsche — важные этапы большого пути.

Туба выхлопной системы

Новые оппозитные трехлитровые турбодвигатели разгоняют новый 911 Carrera еще быстрее. Уже в базовом варианте оснащения автомобиль за 14,8 секунды достигает с места 200 км/ч почти на секунду быстрее предшественника. Быстрое увеличение крутящего момента происходит в первую очередь за счет двух турбокомпрессоров, по одному на каждый ряд цилиндров. Мощное ускорение — радость для водителя, для Мюллера же новая концепция привода — двойная задача. Отработанные газы теперь сначала попадают в турбину, т. е. меняется скорость потока и, соответственно, картина звука. Происходит общее смещение частотного спектра, поскольку звуки определенной высоты звучат более приглушенно, чем остальные.

Кроме того, турбокомпрессоры, скорость вращения в которых достигает 200 000 об/мин, сами становятся источником своеобразного шума, известного как свист турбонагнетателя. Само по себе это не плохо, ведь это знак для водителя о начале форсированного ускорения. Хотя задача всегда заключалась в том, чтобы убрать постоянные звуковые раздражители во время быстрой езды по автостраде. Вот две задачи, которые мастерски решил акустик, используя различные технические средства. Например, клапан, регулирующий поток выхлопных газов к турбине, «вестгейт», в определенных режимах работает с учетом требований акустики. Третья задача состояла в том, чтобы учесть пожелание заказчика, обращенное к инженерам Porsche — сделать звук спортивной выхлопной системы, устанавливаемой опционально, еще более насыщенным вопреки тенденции к приглушению из-за работы нагнетателя. Специалисты Мюллера нашли решение: специальная конструкция концевой части глушителя в сочетании с размещением концевых выхлопных труб ближе к оси симметрии автомобиля теперь гарантируют дополнительные басы. Эти конструктивные изменения позволили подобрать патрубок определенной длины между катализатором и началом выпускной трубы. По аналогии с духовым инструментом тубой высота звучания выхлопной системы изменяется в зависимости от длины.

Асимметрия и резонанс

Одновременно с весенней презентацией Porsche 718 Boxster было представлено новое поколение четырехцилиндровых двигателей. Этой тематикой инженеры Porsche не занимались два десятилетия после снятия с производства модели 968 в середине девяностых. Оппозитный двигатель для Porsche 718 — это совершенно новый инструмент в оркестре.

Базовое звучание двигателя, в основном, зависит от количества цилиндров. В четырехцилиндровом двигателе на один оборот коленчатого вала приходятся два цикла зажигания. Акустически определяющими становятся инерции и вибрации второго порядка. Сам по себе звук такого двигателя был бы грубым и резким. Акустики и специалисты по двигателям из Вайссаха нашли элегантное решение: выпускной коллектор, через который отработанные газы устремляются сначала к турбонагнетателю, сделан асимметричным по форме. От этого появляются обертоны (так называемые колебания неучитываемого порядка), создавая приятное, гораздо более завершенное звучание.

Выхлопная система модели 718 служит дальнейшему совершенствованию звучания. Для этого поток выхлопных газов после катализатора вновь распределяется по двум патрубкам различной длины. Меньший напрямую соединен с классическим глушителем, который снижает общий уровень шума двигателя. Более длинный патрубок подводит газы к акустическому резонатору Гельмгольца. Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц в XIX веке жил и работал в Берлине. Как и многие его современники, он был ученым-универсалом: изучал нервные клетки наряду с законами сохранения энергии или магнитными полями. В числе его самых значимых открытий числится названный его именем резонатор. Речь идет о заполненном воздухом резервуаре с одним отверстием. Пульсирующий воздух, т. е. звук, проходя рядом с отверстием, создает в резервуаре колебания, также рождающие звук. В зависимости от геометрических размеров резервуара собственная частота резонатора может давать определенную добавку к звуку или полностью поглощать его, отсюда возможность точной настройки звучания. Того звучания, которое в итоге и достигает человеческого уха после выхода из концевых выхлопных труб.

Композиция для электродвигателя

Начало разработки серии Mission E вносит изменение в миссию инженеров-акустиков Porsche. Способность к ускорению у электромобиля удивительная, в то время как его двигатель работает очень тихо, и доминируют звуки высокой частоты. Хотя тишина в определенных ситуациях, например, когда рано утром первый автомобиль отъезжает от дома, имеет положительные моменты. Однако на городских улицах пешеходам и велосипедистам лучше услышать автомобиль до того, как они его увидят. Поэтому в некоторых странах, например, в США, уже разрабатываются законы, предписывающие легковым электромобилям минимальный уровень шума. Итак, нужен новый звук, но какой?

Первый вопрос, который Пфэффлин и Мюллер задали себе: что будет соответствовать характеру автомобиля?

Ясно одно: какое бы звучание они ни придумали, недопустимо, чтобы, оставаясь верным философии Porsche, было выбрано такое, которое не имело бы ничего общего с автомобилем. Разумеется, не должно быть опусов а-ля «Звездные войны». «У владельца автомобиля не будет возможности выбрать мелодию для своего электрического Porsche, как рингтон для мобильного телефона», сообщает Пфэффлин. Эксперты Porsche также не считают разумным при разработке столь нового продукта и новой технологии уже в самом начале выяснять пожелания массового покупателя.

«У каждого свое собственное мнение», говорит Пфэффлин. «Но как можно оценить симфонию, не прослушав ее ни разу? Клиенты всегда ожидают от Porsche, чтобы мы указали им направление развития». Какое звучание будет у серийной модели Mission E, пока не решено. Но одно уже очевидно: роль акустиков при разработке новинок еще более возрастет. Ведь, несмотря на усиленный динамиками внутри и вне салона автомобиля звук, абсолютный уровень шума станет меньше. Поэтому решающее значение придается тому, чтобы помехи не возникали ни от механических элементов, ни от встречного ветра на скорости. Тесное сотрудничество с разработчиками, например, при испытаниях в аэродинамической трубе, должно, по мнению Пфэффлина и Мюллера, обеспечить то, что в конечном итоге звучание электромобиля будет достойно марки Porsche. Если же во время ходовых испытаний все-таки появится диссонанс, у двух специалистов всегда есть чудо-средство, которое уже использовалось при разработке автомобилей с ДВС. Это — акустическая камера с фотоэлектрическим датчиком и направленными микрофонами, которые обнаружат скрытые в кузове источники звука.

Великая опера

Акустики Porsche не имеют отношения к искусству, они инженеры и физики. Они исследуют обыденные вещи и явления: порядки двигателя, расчеты потока, а также выполняют частотные анализы. И, тем не менее: изредка эмоциональные события нарушают рабочий ритм. Например, когда они заняты поиском образцов в акустическом банке данных и неожиданно находят запись звучания исторического болида, гонявшего в Ле-Мане. «В такие моменты у меня мороз по коже», признается Пфэффлин. Бис, пожалуйста, каждая новая модель Porsche, вне зависимости от типа привода, есть ускоренное приближение будущего!

Текст Йоханнес ВИНТЕРХАГЕН
Фото Маркус БОЛЬЗИНГЕР