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RANC: rivoluzione per una guida silenziosa

Harman sviluppa la nuova tecnologia per ridurre il rumore dentro l’abitacolo

harman Ranc

HARMAN International, sussidiaria di Samsung Electronics, ha presentato in sinergia con Hyundai Motor Group il suo primo sistema RANC (Road Noise Active Noise Control) al mondo per una guida più silenziosa. La soluzione pensata riduce attivamente il rumore dentro l’abitacolo, come quello proveniente dal manto stradale e dagli pneumatici.

Ci sono alcuni importanti elementi che le Case devono prendere in considerazione se vogliono costruire mezzi confortevoli. Oltre ai materiali di alta qualità per gli interni, al design ergonomico e al comfort, l’esigenza qui soddisfatta è particolarmente sentita. Mentre è al volante, il conducente percepisce molteplici segnali sonori: del propulsore, di trascinamento, del vento o della carreggiata. Quest’ultimo è la più grande distrazione.

L’intervallo dell’udito umano oscilla comunemente da 20 a 20.000 Hz, e un’auto in movimento va da 20 a 10.000 Hz. Lo scoppio (20~150 Hz), la risonanza dell’aria contenuta nella cavità della gomma (150~250 Hz) e il rombo (250~500 Hz) sono a bassa frequenza (sotto i 500 Hz) e derivano dall’esterno. D’altra parte, sono ad alta frequenza (sopra i 500 Hz) i condizionatori d’aria, i sedili ventilati e il fruscio del vento.

Il rumore stradale è correlato all’interazione tra pneumatico e marciapiede. All’interno del range di velocità da 60 a 80 km/h, quando acquisisce il sopravvento nella macchina, le variazioni possono arrecare stress ai passeggeri. A volte soffrono perfino di un attacco di panico.

Viste le differenti fonti, la minimizzazione è stata un tema fondamentale nell’industria automotive. Un problema affrontato per la prima volta attraverso i Passive Noise Controls, oggetto di trattamenti fisici quali lo smorzamento strutturale e l’assorbimento acustico sotto il cofano o nella sala macchine.

Lo smorzatore dinamico riduce le vibrazioni

Il Passive Noise Control è l’abbattimento del suono tramite materiali isolanti come piastrelle fonoassorbenti o una marmitta piuttosto che una fonte di alimentazione. Una struttura più robusta della carrozzeria rende anche la cabina più silenziosa, idem le finestre a doppio vetro. Sebbene tali metodi vadano ritenuti un successo, la riduzione di massa necessaria per contenere la diffusione di CO2 e il consumo di carburante può portare ad un notevole aumento del suono, che dovrebbe essere adeguatamente compensato da mezzi integrati e leggeri di abbattimento.

Un’altra criticità è che le emissioni a bassa frequenza sono difficili da minimizzare e gestirle è parecchio costoso. Pertanto, certi veicoli sono progettati specificamente per ridurre la resistenza dell’aria. Di conseguenza, l’ANC (Active Noise Control) ha iniziato ad essere utilizzato nella Hyundai Palisade e nella Kia K9. La strumentazione è più adatta per le basse frequenze (65~125 Hz).

Altre aziende, tipo i produttori di cuffie, usano già comunemente la tecnologia ANC, ma è molto più facile da applicare. Nelle cuffie a cancellazione, lo spazio relativamente piccolo tra l’altoparlante della cuffia e il timpano è uno dei motivi per cui l’ANC può essere fatto funzionare così efficacemente in questi campi.

Inoltre, date le limitazioni tecniche di misurazione e analisi, l’ANC esistente per il parco circolante era adoperabile solamente nel momento in cui il rumore era perenne e prevedibile. L’attuale tecnologia ANC è stata più comunemente sfruttata per decrementare il rombo costante del motore. Il RANC (Road-noise Active Noise Control) di Hyundai Motor Group, tuttavia, ha enorme impatto.

RANC, la nuova sperimentazione

Il sistema RANC si avvale dei rilevatori di velocità, amplificatori, microfoni, insieme al processore di segnale digitale (DSP), per riuscire nel proprio obiettivo. E capitalizza pure l’impianto audio già allestito a bordo per renderlo il più semplice possibile.

Usufruendo di un sensore di accelerazione, il RANC verifica la vibrazione dalla strada al veicolo e il computer di controllo studia le condizioni stradali. Trovare le posizioni consone è uno dei fattori più importanti per rintracciare le fonti di vibrazione. Il team di ricerca della Hyundai ha ricevuto un brevetto per la sua tecnologia.

RANC: più veloce della velocità del suono

Dato che ci vogliono solo circa 0,009 secondi perché il rumore della strada o del motore raggiunga il passeggero, l’intero processo dovrebbe richiedere meno tempo. Poiché le sue capacità di calcolo e di propagazione del segnale sono ottimizzate, ci vogliono appena 0,002 secondi per emettere un’onda sonora invertita, dettata dal DSP (Digital Signal Processor).

Il microfono accerta senza soluzione di continuità lo stato della strada e trasmette i dati al DSP. Il RANC è in grado di effettuare un’accurata analisi e un rapido calcolo per contrastare il rumore della strada per il sedile del guidatore, il sedile del passeggero e i sedili posteriori separatamente.

Questo è possibile perché il sistema RANC utilizza segnali luminosi, che viaggiano per 300.000 chilometri al secondo. Con il giusto algoritmo e la giusta tecnologia, il sistema è in grado di controllare qualsiasi rumore indipendentemente dalla distanza. Il RANC ha anche minimizzato tutto il tempo necessario per i calcoli e le misurazioni.

RANC riduce le inquietanti emissioni a bassa frequenza emesso da viadotti o ponti elevati.

Sulla base di test che hanno valutato il manto stradale, la velocità della vettura e le varie modulazioni dei sedili, RANC ha saputo attutire il suono all’interno della cabina di 3dB. Questo livello di 3dB è circa la metà di quello senza.

Grazie a questo risultato, Hyundai Motor Group può potenzialmente ridurre la quantità di peso non sospeso in un veicolo, adottando meno parti fonoisolanti e ammortizzatori rispetto a prima. Il sistema RANC abbatte in modo significativo il rumore a bassa frequenza emesso soprattutto da viadotti elevati o strade dissestate.

Il laboratorio di ricerca NVH di Hyundai Motor Group

Il laboratorio di ricerca NVH di Hyundai Motor Group (il capo ricercatore Kang-duck Lee) è passato attraverso anni di sviluppo per la produzione di massa di RANC. In particolare, la fase propedeutica ha eseguito un’innovazione aperta tra l’industria e il mondo accademico, con il contributo del Korea Advanced Institute of Science and Technology (Prof, Young-Jin Park), WeAcom, ARE, BunYoung e altri. In aggiunta, la produzione di massa è stata curata insieme a una società globale specializzata, Harman, per dei superbi standard.

“All’inizio dello sviluppo, i sensori analogici che abbiamo usato costavano oltre 20.000 dollari ciascuno, quindi abbiamo dovuto ricorrere ai sensori digitali. Ciò significava che 2 anni di ricerca sono dovuti andare a vuoto perché dipendevamo esclusivamente dai sensori analogici. Abbiamo dovuto rifare tutto da capo – i sensori di velocità, i microfoni, i controller e tutto il resto”, ha detto Kang-duck Lee, Head Researcher.

Hyundai Motor Group ha passato sei anni di ricerca e sviluppo per la produzione del RANC, per superare vari ostacoli.

I vantaggi del sistema RANC: semplice, rispetto alle sue capacità

Le applicazioni del sistema RANC possono essere infiniti. Il vantaggio è nella sua leggerezza. Il peso del rilevatore di velocità, del microfono e del controller raggiunge solo 1 chilogrammo. Guardando al domani, la tranquillità all’interno della cabina prevale con la progressiva eliminazione dei motori a combustione interna.

Il rumore all’interno dei veicoli proviene innanzitutto da tre fonti: il propulsore, la strada e del vento. Non c’è quasi nessun esemplare delle auto elettriche ed elettriche a celle a combustibile, quindi il rumore della strada e del vento diventa ancora più fondamentale (i passeggeri possono sentirlo a partire da 100 km/h nelle macchine convenzionali, ma a 80 km/h nelle elettriche).

L’utilizzo di RANC può ridurre notevolmente il rumore della strada e creare un’atmosfera serena. Hyundai sta lavorando al suo miglioramento per coprire la gamma di frequenze da 500 a 5.000 Hz, e lo lancerà nella prossima Genesis.