Mercury Marine NVH Technical Center– Mercuryn ääni
Mercuryn moottorin ääni ei ole sattumanvaraista, vaan se on tarkasti kontrolloitua ja suunniteltua. Kysyimme äänisuunnittelija Andrew Waisaselta, miksi näin on?
Mercury on varsinkin uusimman sukupolven V6-, V8-, V10- ja V12-moottoreillaan onnistunut erottumaan edukseen kilpailijoista. Yksi merkittävä tekijä siinä on moottorien samettinen käynti.
Mutta mikä tekee moottorin äänestä sivistyneen? Milloin sen ääni tuntuu miellyttävältä eikä häiritsevältä? Ja miten insinöörit voivat tehdä moottorista hiljaisemman menettämättä tehoa?
Nykyisin yhä useammissa veneissä on perämoottori tai pari. Perämoottorin edut ovat ilmeiset: ne tarjoavat hyvän suorituskyvyn ja luotettavuuden, ollen kuitenkin suhteellisen edullisia ja helppoja hankkia, asentaa, vaihtaa, huoltaa ja korjata. Lisäksi ne ovat paremmin suojassa meriveden vaikutuksilta kotisatamassa seistessa, koska moottorin voi kipata ylös vedestä.
Perämoottorin kokeminen riippuu kuitenkin paitsi sen suorituskyvystä myös sen äänestä. Äänen sävy ja voimakkuus vaihtelevat merkittävästi eri merkkien välillä. Jotkut moottorit ovat erittäin äänekkäitä, ja niiden korkea melu tekee veneessä keskustelusta lähes mahdotonta suurilla nopeuksilla. Toiset taas tuottavat pehmeämmän, matalamman äänen ja ovat vähemmän häiritseviä jopa huippunopeudella.
Mercury Marine avasi melun- ja värinäntorjuntaan keskittyneen tuotkimus- ja tuotekehityslaboratorion jo vuonna 2018. Se on yksi syy siihen, miksi Mercuryn uutuusperämoottorit ovat onnistuneet erottumaan kilpailijoista alhaisella melutasolla ja sivistyneillä käyntiominaisuuksilla.
Mercurylla moottorin äänen suunnittelussa mitään ei jätetä sattuman varaan. Eristysmatoista ohjelmistojen viritykseen – asiantuntijat hyödyntävät kaikkia käytettävissä olevia menetelmiä muokatakseen moottoriensa akustista luonnetta.
Kaikki tapahtuu Mercuryn tuotantolaitokselle Wisconsinin Fond du Laciin rakennetussa NVH-äänilaboratoriossa.
Äänen kertomaa
Näistä äänianalyyseista vastaava asiantuntija on Andrew Waisanen, Mercuryn NVH-osaston johtaja. Kävimme keskustelemassa hänen kanssaan polttomoottorien ja sähkömoottorien erilaisista vaatimuksista sekä äänestä, joka syntyy ”napin painalluksella”.
K: Andrew Waisanen, sinun erikoisalaasi akustiikkasuunnittelijana on NVH: melu, tärinä ja karkeus. Mitä se tarkalleen ottaen tarkoittaa?
V: N tarkoittaa ”noise” eli melua, jolla viitataan yleensä ei-toivottuihin ääniin. V tarkoittaa ”vibration” eli tärinää, jota tunnet käyttäessäsi tuotetta. H tarkoittaa ”harshness” eli karkeutta, joka on näiden kahden yhdistelmä. Tässä karkeudella viitataan lyhytaikaisiin tapahtumiin, kuten vaihteenvaihtoon, jotka tapahtuvat nopeasti. Karkeus havaitaan sekä korvilla että keholla. Mercurylla pyrimme vähentämään kaikkia kolmea ilmiötä.
K: Ihmiset kokevat äänen hyvin eri tavoin. Miten löydetään ihanteellinen asetus?
V: Akustiikkasuunnittelu voidaan jakaa kahteen eri vaiheeseen. Voimakkuutena aistittava äänenpaine voidaan mitata objektiivisesti desibeleinä. Sitten on subjektiivinen osa: miltä tämä ääni minusta tuntuu? Mitä se kertoo käyttämästäni tuotteesta? Ensimmäinen kysymyksemme on: kuinka paljon moottorimme häiritsee keskustelua veneessä? Pitääkö ääntä korottaa, vai voiko vieressä istuvan kanssa keskustella edelleen mukavasti?
Sähkömoottori kuulostaa erilaiselta
K: Eri moottoreissa käytetään erilaisia materiaaleja, joista jokaisella on omat akustiset ominaisuutensa. Suhtaudutko Verado-polttomoottoriin eri tavalla kuin Avator-sähkömoottoriin?
V: Uusia moottoreitra suunniteltaessa lähdemme liikkeelle asiakkaiden palautteesta varmistaaksemme, että moottorin melutaso ja äänimaailma vastaavat kyseisen tuotteen odotuksia. Nämä voivat vaihdelle huomattavasti eri tuotteiden välillä ja jopa saman tuotevalikoiman sisällä. Sähkömoottorin äänenlaatu ja äänenvoimakkuus eroavat täysin useimpien polttomoottorien ominaisuuksista. Äänen tulisi aina vastata asiakkaiden odotuksia kyseisestä tuotteesta.
Käytän V8-mallistoa toisena esimerkkinä. Pro XS -mallissa on suorituskykyä vastaava urheilullinen pakoääni, kun taas FourStroke-malli tarjoaa hiljaisen ja tasaisen ajokokemuksen. Verado-mallilla tarjoamme molempia: Pro XS:n urheilullisen suorituskykyäänen sekä vielä FourStroke-malliakin hiljaisemman ja värinättömämmän ylellisyyden.
Kun olemme määrittäneen NVH-ominaisuudet halutun asiakaskokemuksen saavuttamiseksi, optimoimme suunnittelun tasapainottaaksemme erilaisia suorituskykyparametrejä, mukaan lukien melun, jotta voimme tarjota asiakkaillemme miellyttävän käyttökokemuksen.
K: Mikä vaikuttaa eniten moottorin meluun?
V: Kolme keskeisintä melulähdettä ovat imujärjestelmä, pakojärjestelmä ja voimansiirto. Imupuolen melu johtuu kaasuläpän tai -venttiilin rungosta ulosvirtaavista paineaalloista. Vastaavasti myös pakoputken paineaallot aiheuttavat ääntä. Niiden lisäksi myös muut moottorin sisällä liikkuvat osat, kuten hammaspyörät ja männät, tuottavat melua.
Imu- ja pakopuolen ääniä voidaan vaimentaa tehokkaasti akustisilla elementeillä, kuten äänenvaimentimilla. Voimansiirron melua voidaan puolestaan joskus vähentää optimoimalla tiettyjen komponenttien suunnittelua.
Äänenvaimentimien ohella voidaan myös vaihtaa materiaaleja tai sulkea komponentit ääntä vaimentavalla kotelolla. Moottorikoppa on tästä yksi ilmeinen esimerkki., mutta moottorissa on monia muitakin pienempiä melua vaimentavia koteloita.
Yhtä tärkeitä ovat moottorin kiinnitysjärjestelmämme, jotka varmistavat, ettei tärinää välity veneeseen. Meillä on useita erilaisia järjestelmiä, joita testaamme ja kehitämme optimaalisen lopputuloksen saavuttamiseksi.
Mahdollisimman sujuva kokemus
K: Voitko kuvailla työtäsi äänilaboratoriossa?
V: Työ on sopiva yhdistelmä tuotetestausta, mittauksia ja toimistotyötä. Analysoimme mittaustulokset, teemme tarvittavat muutokset ja suoritamme yleensä uuden testin. Tätä optimointiprosessia toisteaan, kunnes tuote on valmis asiakkaille.
Olen kasvanut veneilevässä perheessä ja veneilen itsekin, joten NVH-insinöörinä minua miellyttää erityisesti mahdollisuus työskennellä niin läheisen tuotteen parissa. Työ on monipuolista: toisinaan olen äänilaboratoriossa, toisinaan taas vesille veneen kyydissä. Mittaamme moottorin melua laboratoriossa, mutta teemme äänitallenteita myös veneellä. Todella kauniina päivänä tuskin on parempaa työtä maailmassa.
K: Mikä on tärkeintä, kun puhutaan ajomukavuudesta?
V: Selkein esimerkki ”karkeudesta” veneilymaailmassa on se, miltä moottori kuulostaa vaihdetta vaihdettaessa. Suunnittelemme vaihteistomme toiminnan mahdollisimman pehmeätoimisiksi. Flo-Torq SSR -potkurinapojemme ansiosta vaihteiden vaihtaminen ei ole nykivää tai kovaa, vaan sujuvaa. V12-perämoottorissamme on kaksivaihteinen automaattivaihteisto, joka tarjoaa saumattoman vaihteidenvaihtokokemuksen, olitpa sitten liikkumassa satamassa tai vaihtamassa suuremmalle vaihteelle liukunopeudella.
K: Entä materiaalien valinta?
V: Käytämme erilaisia ääntä vaimentavia materiaaleja moottorin melun minimoimiseksi. Valinta riippuu useista tekijöistä, kuten vaimennettavan melun taajuudesta sekä materiaalin lämmön-, veden- ja kulutuksenkestävyydestä.
Yleensä poikkeuksellisen hiljaisen tuotteen vaatima ”äänipaketti” on monien pienten parannusten tulos, ja materiaalivalinnoilla on tässä keskeinen rooli.
Enemmän muuttujia kuin autoissa
K: Mitä pidät asiantuntijana vaikeimpana melumallinnuksessa?
V: Jatkuvana haasteena on koon ja painon tasapainottaminen. Voisimme valmistaa erittäin suuren ja painavan laitteen, joka vähentäisi melua erittäin tehokkaasti, mutta se jättäisi huomioimatta muut tärkeät tuotevaatimukset.
Tyylikäs ratkaisu on tarjota poikkeuksellinen hiljaisuus ilman, että muut suorituskykyominaisuudet kärsivät. Tämän täydellisen tasapainon löytäminen on yleensä suurin haasteemme.
K: Mitä kokemusta Mercurylla on aktiivisista melunvaimennuslaitteista?
V: Vewrado V8 ja V10 -mallistoihimme kuuluu Advanced Sound Control -toiminto. Sen avulla voit vaihtaa hiljaisen Silent Choice -tilan ja urheilullisen Sport-tilan välillä napin painalluksella. Sport-tilaa ohjaa pakojärjestelmässä oleva venttiili, joka muuttaa käyntiääntä niin, että moottori tuottaa Pro XS -mallin urheilullisen murinan käynnistyksen ja tyhjäkäyntinopeuksien aikana.
Advanced Sound Control -toiminnon lisäksi emme tällä hetkellä tarjoa aktiivista melun vaimennus- tai vastamelujärjestelmää, kuten joissakin autoissa, joissa matkustamon sisällä olevat mikrofonit ja kaiuttimet vaimentamat ei-toivottua melua.
Merenkulussa haasteet ovat ainutlaatuisia. Veneiden tyyppejä ja erilaisia matkustamojärjestelyjä, joihin moottorimme asennetaan, on niin laaja valikoima, ettei se tällä hetkellä ole mahdollista.
Mutta jokainen haaste on myös mahdollisuus, ja odotan innolla, mitä tulevaisuus tuo tullessaan, kun tämä tekniikka jatkaa kasvuaan ja kehittymistään.
