psychoakustikaPsychoakustika je silným nástrojom umožňujúcim optimalizáciu akustických vlastností zvuku strojov, zariadení a produktov v priemysle. V súvislosti s aplikáciou psychoakustiky v praxi vznikol pomerne nový vedný odbor takzvaný zvukový (akustický) dizajn výrobkov.


Zameriava sa na optimalizáciu akustických účinkov výrobkov (produktov) na jeho potenciálnych používateľov a ich okolie. Jeho dôležitou úlohou je objektívne posudzovanie zvukovej kvality výrobku, ktorá je určitou akustickou vizitkou výrobku, dokonca ju možno pokladať za imidž výrobkov. [1]

Akustická kvalita
Akustickú kvalitu možno chápať ako adekvátnosť (vhodnosť) zvuku výrobku, vzhľadom k jeho úžitkovej hodnote a funkciám. Adekvátnosť zvuku výrobku je dôležitá z hľadiska jeho užívateľov. Tiež ako vlastnosť zvuku výrobku, ktorá užívateľovi umožňuje identifikovať prítomnosť výrobku, jeho druh, značku, prevádzkový stav, prípadne poruchu alebo nesprávny chod. Rovnako ako príjemnosť zvuku výrobku (tzv. ľubozvučnosť) pre užívateľa a jeho okolie, pričom pre rôzne skupiny užívateľov (z hľadiska veku, pohlavia, sociálnej príslušnosti a ďalších kritérií) je za príjemný považovaný často úplne iný zvuk. [2] Psychoakustika sa najviac využíva pri riešení problémov súvisiacich s hlukom, v oblastiach ako automobilový priemysel, návrh a výroba produktov telekomunikačnej techniky, návrh a výroba domácich spotrebičov a v ďalších oblastiach.

obr1
Obr. 1: Meranie psychoakustických parametrov v interiéri automobilu

 

Psychoakustika v automobilovom priemysle
Zvukové inžinierstvo (angl. Sound-Engineering) v oblasti automobilového výskumu, vývoja a výroby je spojovacím článkom medzi fyzikou, určenou konštrukčnými charakteristikami (budením a prenosom) a psychológiou, vyjadrenou prostredníctvom akustického pohodlia, pocitu zdravia a pohody. Akustika sa v súvislosti s prenosom hluku a vibrácií do vnútorného priestoru automobilu (interiéru), ale i vonkajšieho priestoru (okolia), považuje za konštrukčnú súčasť úspešného vývoja vozidiel. Pritom sa v súvislosti so spoločenskými zmenami objavujú nové kritériá kvality, ktoré by mali byť zohľadnené pri vývoji automobilu.
Ak pôvodne mali rozhodujúci význam pragmatické, vecné a funkčné kritériá, v posledných rokoch sa v narastajúcej miere presadzujú emocionálne a pocitové nároky a priania používateľov automobilov. Štýl, charakter a hodnotová pôvabnosť vozidla sa dajú dosiahnuť iba prostredníctvom zhodného, vyváženého a dôsledného celkového obrazu.
Vysoká úroveň celkového komfortu jazdy v automobile má zásadný význam pre jeho posádku z pohľadu vnímania komfortu jazdy. Vyžaduje sa komplexné myslenie a plánovanie, aby finálny výrobok – automobil, poskytoval jeho pasažierom všestranný komfort a dobrý pocit z jazdy v interiéri vozidla. Je nepostačujúce parciálne optimalizovať hluk jednotlivých komponentov automobilu. Akustická kvalita automobilu sa musí riešiť ako celok a rovnako mať na pamäti aj interakciu všetkých generovaných hlukov.

obr2
Obr. 2: Meranie psychoakustických parametrov v exteriéri automobilu


Cielený vývoj akustiky vozidiel predstavuje vysoko zložité, integrované zadanie úlohy v rámci utvárania jazdného komfortu automobilu. Vnímanie komfortných vlastností určitého vozidla sa v zásade uskutočňuje ako vnímanie účinku týchto vlastností prostredníctvom jedného alebo viacerých kanálov vnímania u človeka. Individuálne vnímanie zvuku je veľmi subjektívne. Dá sa objektívne popísať jedine pomocou čisto fyzikálnych, objektívnych merných veličín. Na jednej strane závisí od vlastností pozorovaného vozidla alebo od určitej zažitej situácie a na druhej strane od socializácie hodnotiaceho a okolitého prostredia, v ktorom sa uskutočňuje hodnotenie. Jazdný komfort, ktorý poskytuje vozidlo vodičovi a spolujazdcom sa teda, v dôsledku rozdielnych očakávaní zákazníka na rozličných svetových trhoch, prežíva rozdielne.

Nové koncepcie hybridných elektrických motorov
Nové koncepcie hybridných elektrických pohonov prinášajú nové výzvy, týkajúce sa hluku a vibrácií z hľadiska pohodlia pasažiera: nové rušivé zdroje hluku s elektrickým pohonom (elektromotor, menič, chladiace systémy,…), rušenie náhlym štartom a vypnutím spaľovacieho motora, neznámy alebo nežiaduci vnútorný hluk/vonkajší hluk (napr. biely šum), vibrácie spôsobené zaťažujúcimi zmenami od elektromotora k spaľovacím motorom. Na obr. 3 sú zobrazené jednotlivé diely elektromotora podliehajúce akustickej analýze. S príchodom elektromobilov sa ale výrazne zníži vonkajšia hlučnosť premávky na cestách. Na jednej strane pozitívny fakt môže priniesť aj nepríjemné situácie. [4]
Zvuk elektromobilu môže ľahko zaniknúť v premávke medzi konvenčnými vozidlami, benzínovými a dieslovými. Sluch je po zraku druhým najdôležitejším zmyslom pre chodcov pri orientovaní sa v dopravných situáciách. Najväčšie riziká spojené s elektrickými vozidlami sú pri jazde na nízkej rýchlosti, napríklad v meste, pretože hluk z pneumatík a aerodynamický šum sú pri týchto rýchlostiach minimálne.

obr3
Obr. 3: Jednotlivé diely elektromotora podliehajúce akustickej analýze


Strata podnetov pri nástupe nehlučných vozidiel by mohla ľahko spôsobiť nebezpečnú situáciu, z tohto dôvodu sa Európska únia v spolupráci s jedenástimi partnermi vrátane automobiliek Nissan, Renault a PSA Peugeot Citroen rozhodla tento problém vyriešiť pomocou projektu eVADER. Výsledkom trojročného vývoja je systém využívajúci kameru zabudovanú za čelným sklom a šesť reproduktorov. Kamera dokáže rozoznávať chodcov, cyklistov a ďalších členov premávky. Následne reproduktory individuálne nasmerujú výstražný zvuk, ktorý ich upozorní na prítomnosť elektromobilu. Zvuk má byť o 5 db nižší v porovnaní s hlukom tradičného benzínového alebo dieselového vozidla. Produkovaný zvuk zároveň nemá pôsobiť nepríjemne.

Umelý hluk v štyroch tónoch
V USA vstupuje tento rok do platnosti nariadenie týkajúce sa nových elektromobilov, aby povinne vydávali umelý zvuk v rozmedzí 47-60 Db v kombinácií maximálne štyroch tónov s frekvenciou medzi 315-3 500 Hz. Podobné nariadenie schválila aj Európska únia. V roku 2014 prijala nariadenie č. 540/2014, ktoré predpisuje výrobcom vybaviť svoje elektrické a hybridné vozidlá tzv. systémom AVAS (angl. Acoustic Vehicle Alerting System). Ide o to, aby vozidlo idúce do 20 km/h vydávalo nepretržitý hluk na úrovni aspoň 56 decibelov (zvuk elektrickej zubnej kefky). Maximálna úroveň hlasitosti je obmedzená na 75 decibelov. Pre porovnanie, bežný naftový automobil vydáva hlasitosť približne 85 decibelov.
Od roku 2019 ho musia mať všetky nové typy vozidiel, ktoré sú uvádzané na trh. Od roku 2021 bude táto povinnosť platiť pre úplne všetky nové vozidlá. Výrobcovia preto s týmto nariadením musia počítať už teraz. Už od roku 2013 je pre vozidlá BMW poháňané pomocou eDrive ponúknutý jedinečný nezameniteľný zvuk, táto bezpečnostná funkcia je v niektorých krajinách už dlhšiu dobu dostupná, buď v rámci štandardnej výbavy alebo ako voliteľný doplnok (napr. v Českej republike, Nemecku). Skupina BMW to stále rozvíja, nové elektrifikované modely BMW, ktoré budú od roku 2019 uvádzané na trh ECE, budú štandardne vybavené novým akustickým zvukom pro ochranu chodcov. Rovnako to platí aj pre elektrifikované vozidlá MINI, ktoré budú mať svoj vlastný zvukový design. Aj všetky modely značky Kia s pohonom typu hybrid, plug-in hybrid a elektrický pohon majú výstražný systém (tón) pre upozornenie inštalovaný a homologovaný už z výroby.

obr4
Obr. 4: Elektromobil značky BMW


Systém výstražného tónu bol zavedený s uvedením vôbec prvého elektromobilu značky Kia, Soul EV (predaj 2014). Následne bol tento systém prevzatý aj ostatnými elektrifikovanými modelmi. Značka Kia tento svoj výstražný tón nazýva Virtual Engine Sound System (VESS).
So zvyšujúcou sa rýchlosťou vozidla sa zvyšuje aj frekvencia zvuku, avšak maximálne do rýchlosti dvadsať kilometrov za hodinu. Potom je výstražný tón automaticky deaktivovaný. Implementovaný varovný tón vo vozidlách Kia je možné mechanicky vypnúť či zapnúť, ale nejde zmeniť zvuk samotný, pretože ten je súčasťou vozidla.
Volkswagen vyberá podľa Automotive News Europe zvlášť zvuky pre rôzne modely podľa ich zamerania. SUV budú mať hlbší zvuk, ktorý viac pasuje k ich mohutnosti. Renault Zoe, najdôležitejší elektromobil francúzskej značky, mení zvuk podľa zvoleného jazdného režimu.
Ladiči hlasu si vybrali inšpiráciu z filmov a k tomu spolupracovali s hudobným skladateľom. Intenzívne sa ladeniu zvuku elektromobilov venujú aj ostatné značky. Od Citroënu po Porsche, ktoré má znieť ako hybridný špeciál pre vytrvalostný závod v Le Mans, po Mercedes, ktorý chce dať svojim luxusným modelom zvuk, ktorý nebude rušiť posádku, až po športovú divíziu značky.

Záver
Všadeprítomný zvuk je neoddeliteľnou súčasťou každodenného života človeka. Obklopuje nás všade, doma, v práci, počas relaxu či spánku a neustále na nás pôsobí svojimi negatívnymi vplyvmi. Aby sa človek dokázal brániť všetkým negatívnym vplyvom zvuku, musí vedieť zvuk kvantifikovať na základe bežných fyzikálnych parametrov ako sú hladina akustickej intenzity, hladina akustického tlaku, či hladina akustického výkonu alebo tiež na základe psychoakustických parametrov. Z inžinierskeho hľadiska by bolo možné konštatovať, že tieto parametre by mohli byť menej „dôveryhodné“, v dôsledku ich subjektívneho charakteru, avšak ich existencia bola dokázaná experimentálne. Je potrebné zdôrazniť, že psychoakustické parametre zohrávajú veľmi dôležitú a významnú úlohu pre človeka, nakoľko priamo ovplyvňujú jeho sluchové vnemy. [3]

TEXT/FOTO Anna BADIDOVÁ, Lýdia SOBOTOVÁ, Miroslav BADIDA, TU Košice

Použitá literatúra
[1] Badidová, A.: Psychoakustika a jej možnosti využitia v praxi. Písomná práca k dizertačnej skúške. KE: SjF TUKE, 2018. 82 s.
[2] Lumnitzer, E. – Badida, M. – Polačeková, J.: Akustika. Základy psychoakustiky. KE: SjF TUKE, 2012. 114 s. ISBN 978-80-8086-172-8.
[3] Blauert, J.: Spatial Hearing, Revised Edition: The Psychophysics of Human Sound Loca-lization. MIT Press, Cambridge, 1999. 248 p.
[4] Moravec, M., Liptai, P., Badida, M. et.al.: Dynamic noise visualization methods for identi-fication of noise sources. 14th International multidisciplinary scientific geoconference (SGEM) , Albena, Bulgaria, 2014, 207-212 p.

Príspevok bol vypracovaný v rámci riešenia grantového projektu Ministerstva školstva Slovenskej republiky KEGA č. 045 TUKE – 4/2018 a projektu APVV – 15 – 0327.