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2024.12.24

打造异于噪声的“可控音色”——匠心独运的声浪

目录

发动机声浪的继承
创造“好声浪”绝非易事
噪声与出于主观意志的声音

发动机声浪的继承

从低沉而厚重的怠速声音,到令人毛骨悚然的高亢悲鸣,雷克萨斯LFA拥有着令人肌肤战栗的多层次发动机声音。

这种被称为“天使咆哮”的声浪,正是Morizo一直追求的理想发动机声音。LFA的研发人员们通过对音乐学和声学的研究,反复进行试错测试与调整,打造出了堪称经典的独特发动机声音。而雷克萨斯LC,便继承了LFA声浪的DNA。

负责制作LC发动机音,隶属于雷克萨斯性能研发部感性性能研发室的中山裕介主任介绍道:“我们的目标是打造出一启动就能让人辨识出这是雷克萨斯的声浪”。

中山主任

当时,担任雷克萨斯LC首席工程师(CE)的人,是现在的佐藤恒治社长,他曾说过:“希望在发动机声音塑造上多倾注心血。在制作LC的发动机音时,要继承LFA声浪的DNA”。

于是,我们的研发工作便从分析LFA的发动机声音都由哪些元素构成开始着手。

LFA的声浪是以排气音为基础音,随着发动机转速的提高,吸气音不断叠加,当发动机逐步接近转速极限,声浪会渐渐变得立体且高亢。与LFA制作声浪的理念相同,我们为LC也赋予了这种充满激情的声浪。

雷克萨斯LC500。

为满足严格的噪声污染法规,研发人员不得不尽可能地抑制排放到车外的声音,而另一面,他们又希望在驾驶舱内打造出令人振奋的、富有运动感的声音。

最后,研发人员为满足这些相互矛盾的要求,采用了一种能够增强吸气音的设备——声音生成器(Sound Generator)。

中山主任

当时佐藤CE对我们说出了自己的想法:“能不能不使用电子设备,充分利用实际的吸气音和排气音,仅通过原声来塑造具有雷克萨斯风格的独特声浪”。

尽管彼时发动机舱内的布局已经基本确定,但我们还是在众多相关部门的大力协助下,成功地利用声音生成器,将发动机舱内目标频率的吸气音引入到了驾驶舱内。

据说为制造出预期的声浪,研发人员费尽心思不断调整排气管的长度和直径。

关于排气音的制作,我们也采用了继承于LFA的技术,通过排气管阀门的开闭来切换气流路径,从而控制音色和音压。

排气管阀门。

如此,坐在驾驶舱内的人便能从车后方清晰地听到排气音,当驾驶者踩下油门踏板时,吸气音叠加响起,音源上给人一种从后方向前推进的感觉。打造出了一种与驾驶者的油门操作相互呼应,且声音扩散充满立体感的声浪。

LC500声音生成器。

当阀门打开时,排气会被导向尾喉,演奏出铿锵有力的声音;当阀门关闭时,排气被消音器吸收,营造出没有轰鸣声的宁静。通过这种主动式阀门排气系统与声音生成器的结合,后者起到将吸气音引入车内的作用,使自然吸气V8发动机那独特的充满跃动感的高频和声,得以在驾驶舱内环绕。

而为消除不悦耳的声音,研发人员运用了一种主动噪声控制技术。通过音响系统发出如发动机噪声等刺耳声音的反向声波*,从而减少人们对这些噪声的感知。

*反向声波:若将声音的振动波形表现为山峰和山谷交替出现的图像,那么反向声波则是波形相反的倒置图。

想必很多人有过佩戴降噪耳机的经历吧。降噪耳机的主动降噪功能可以消除佩戴者周围的噪声,无需调高音乐音量就能聆听到清晰的音质。主动噪声控制的工作原理与耳机内置的降噪功能如出一辙。

但是,如果产生的反向声波与外界噪声的声波不吻合,那它不仅无法中和噪声,还会让噪声更严重。因此,来自雷克萨斯性能研发部感性性能研发室的佐野真一主任表示:“这并不容易处理,可以说是一把双刃剑”。而要实现中和噪声这一目标,一款能够准确捕捉噪声的“Error mic”不可或缺。

中山主任

我们需要一个Error mic,它可以作为传感器产生最恰当的反向声波,并且我们希望它的位置尽可能贴近人耳。

离耳朵近的话,甚至能抵消高频音。从这点来看,戴在耳朵上的降噪耳机可以在很宽的频段内消除噪声。

Error mic通常被安装在车顶,但LC Convertible的车顶是可开关式的,所以我们将Error mic安装在了头枕上,并将此作为一项新技术。

通过采用这样的技术,我们能够让驾驶者即使在敞篷车内也能体验到LC“静”与“动”的世界观。

如何在车顶打开的状态下维持静谧性?这是独属于敞篷车的挑战,而LC500 Convertible不仅做到了这一点,还能让乘客享受5L V8自然吸气发动机带来的发动机声浪,可谓“静”与“动”的和谐统一。

LC继承了LFA的基因,我们诚邀您聆听它那如梦似幻的美妙声浪。

LC500

创造“好声浪”绝非易事

当编辑部问“为什么LC以及被称为LC起源的LFA能有如此美妙的声浪”时,佐野主任透露道:“LFA的V10发动机是F1赛车发动机降低部分性能后的产物,这就是为什么它的声音如此美妙。”

佐野主任

事实上,如果采用能够承受高转速、大马力的结构,就会有较为干净利落的阶次,换句话说,就是声音好听。

首先,这种高性能发动机的转速范围与我们通常使用的发动机完全不同。

LFA发动机和最后一代CELICA搭载的2ZZ发动机也是如此,只有提高发动机各个零件的刚性,才能在该转速范围内使用。

虽然与运动车型的案例有所不同,但第一代LS的V8发动机是完全平衡的。正因如此,其声浪在原始状态下就非常好听,所以在一定程度上消除噪声后,更能衬托声浪本身的宁静悦耳。

由此可见,如果发动机的原始状态良好,就更容易创造出好声浪。否则,我们就必须花大力气进行噪声消除,甚至有时候还会把原本想要声音也消除掉......我这么说会给一些人带来麻烦(笑)。

佐野主任一边说一边有些调皮地看向了来自动力传动功能及性能研发部第3功能研发室的峰松孝行主管,峰松主任随即露出了苦笑。

峰松主管

不论是增加动力,还是提高燃油效率,都会产生噪声。要保证汽车相关的性能,就不得不面对这一现实,因此我们很难找到控制这部分噪声的方法。

雷克萨斯性能研发部第2动力传动研发室的浜本嘉明组长(GM)和栗山知也主任也认同峰松主管的话。

浜本GM

如果为了提高燃烧效率而加快燃烧速度,气缸内的压力会上升得更快,作为声源的激振力和燃烧冲击力也会随之增加。反之,如果降低燃烧速度,虽然声音会减小,但油耗会增加。

栗山主任

我们一直致力于降低油耗,所以现在遇到了这样的难题。但既然我们在针对声音展开研究,就代表我们认为声音也很重要。

如何在不影响油耗的情况下减少噪声?在这方面我们必须尽最大努力,一起想办法。

噪声与出于主观意志的声音

2015年,丰田章男社长(时任)与ICHIRO(铃木一朗)先生进行了一场对谈。解释了TNGA这一汽车制造的大变革必须推进的背景,并在谈话的开头,谈到了声音的问题。

ICHIRO×AKIO TOYODA

丰田社长(时任)

所有的声音在我们(丰田)看来都是噪声。但也有音色这个概念——当踩下油门时发出的“嗡”的声音,是出于驾驶者本人主观意志的声音,所以我们不妨把它作为“音色”来区分。

换句话说,发动机声音作为“出于主观意志的声音”,是“制造更好的汽车”一大核心板块。在这个过程中诞生了一个设备——强化声音的“主动声控制(ASC)”。

ASC根据车辆行为添加电子声音,以强调我们需要的声音。那么,在这个过程中,如何进行相关研发,以判断应该在什么样的情境下以什么样的方式添加什么样的声音呢?

在实际研发中,使用了将发动机功能和车辆行为数值化并进行模拟的研发专用模拟器HILS(Hardware-In-the-Loop-Simulation),并结合MT规格的GR YARIS的数据进行了分析。

中山主任

车内音大致可以分为“发动机发出的声音”“路噪”和“风声”,而这个系统是一个能够针对每种声音进行区分并添加ASC声音的声音模拟器。

更具体地说,发动机的声音可以分为通过空气传播的声音和由发动机本体的振动传递到各种物体的声音。虽然实际上无法做到这么细致,但该系统也可以进行模拟——假设将发动机“悬浮”起来,车内音会减少到什么程度。

这个模拟器的ASC声音是通过车载ECU(Electronic Control Unit电子控制单元)输出,因此可以将在这里模拟后设置的声音直接替换到实际车辆中。

软件中包含了发动机的原声、路噪和风声等音频内容,将这些声音进行混音处理,然后通过耳机播放。

首先,听了GR YARIS的原声后,再只听ASC电子音时,就会惊讶地发现,电子音的表现远远超出了“电子音”这一概念,听起来竟然是如此逼真且低沉有力的排气声。

然后,当将两者的声音叠加起来时,听起来就像是换上了直管消声器一样,成了低沉且有力的怠速声。当在软件中提高转速,就会传来一种让人振奋的极具魄力的震撼音效,就算是戴着耳机,也忍不住笑着说:“这样的话,肯定过不了车检。”

中山主任

在音效制作过程中,我们会利用发动机转速、车速、油门踏板受力的大小等信号与车辆进行互动。通过边听边修改,或者更换所使用的音源,来进行逐步调整和优化。

即使是加减速这样简单的操作,在实际车辆中适配也需要花费很多时间。因此,在实际车辆测试之前,通过在这个模拟环境中进行评估,努力加快研发速度。

以前,在车内播放声音时,使用的是专用的ASC音响,但现在我们已经将其与车内音响进行了通用化。

由于不同车型的音响位置不同,声音从音响传播到耳朵的方式也有所不同,因此每辆车都需要进行个性化调校。如果调校不当,即使是发动机声音,也可能让人察觉到“声音是从音响发出来的”,从而影响真实感。

为了确保声音听起来是从应该发出的地方发出的,音像定位需要非常精细的调校,这可以说是ASC的核心工作之一。

在进行运动模式驾驶时,发动机声音不仅能提升驾驶者的情绪,也是进行精确操作的重要信息之一。因此,在赛道上佩戴头盔驾驶时,能够调节音量,使声音更加清晰易听,这也是ASC的一大优势。

下面请倾听GR YARIS的“出于主观意志的声音”,并将其与连载第1期中G16发动机的原声进行对比聆听。

GR YARIS(车外)

GR YARIS(车内)
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