Analisis de sonido F1 2014
Analisis de sonido F1 2014
Debido al gran revuelo que hay respecto al triste y debil sonido de los F1 de este año se me ocurrió hacer un pequeño analisis para comprender porque suenan tan distinto a nuestro oido respecto de los anteriores V10 y V8 aspirados.
Ademas de las causas obvias, puramente mecanicas como ser que el motor de este año es un motor hibrido compuesto de un motor electrico y un motor de combustion interna 1.6L 6 cil en V Turbo, hay causas psicoacusticas.
Debido a que en un motor turbo los conductos de escape pasan atraves de la turbina del turbo, la cual aprovecha el tren de pulsos de presion que escapan de los cilindros para girar, esto provoca que estos gases (onda pulsante) se frenen y salgan con menor velocidad y presión por la cola del escape que en un motor aspirado. Por lo tanto la descompresion de estos pulsos a la salida del escape va a ser menos brusca, lo que se traduce en que las ondas de presión que viajan por el aire y son recibidas por nuestros timpanos las vamos a escuchar con un menor volumen que en un aspirado. A todo esto debemos sumar lo siguiente: el motor hibrido de F1 tiene una turbina para el turbo y otra para el MGU-H lo cual afecta al sonido final, este año el motor tiene 2 cilindros menos, por lo tanto menos pulsos por intervalo de tiempo. Esto no es ninguna novedad.
Pero dejando el tema del volumen a un lado, tambien existen causas como ser el diferente "timbre" de un sonido y de otro, lo cual esta compuesto por dos cosas: El espectro de frecuencias que lo componen y su evolución en el tiempo. En este caso si comparamos el timbre del motor 2014 con el de 2013 (V8 aspirado) o el de 2002 (V10 aspirado) vamos a notar que son muy diferentes.
Nuestro oido posee una respuesta en frecuencia que no es lineal, es decir tenemos mas sensibilidad a unas frecuencias que a otras. Esto se debe a que la naturaleza del oido esta diseñada para tener maxima sensibilidad a las frecuencias de la voz humana, es decir frecuencias medias.
Respuesta en frecuencia del oido externo:
Respuesta en frecuencia del oido medio:
Sumatoria de curvas de sensibilidad de canal auditivo y tímpano, cabeza, torso y hombros:
Como se puede ver en los graficos, el rango de mayor sensibilidad del oido humano son las frecuencias medias y medias altas. Aprox de 1khz a 4khz. Un ejemplo cotidiano de esto es tan solo ver como ecualizamos un equipo de musica. Sin darnos cuenta lo que hacemos es compensar esa falta de sensibilidad en el rango de frecuencias bajas (graves) y frecuencias altas (agudos). Muy probablemente ecualizamos agregando graves y agudos.
Para que explico todo esto? Bueno, esto esta directamente relacionado a nuestro descontento con el sonido actual de la F1.
Primero hay que definir terminos:
- Potencia Acustica: Es la cantidad de energía por unidad de tiempo (potencia) emitida por una fuente determinada en forma de ondas sonoras. La potencia acústica es un valor intrínseco de la fuente y no depende del local donde se halle, el valor no varia por estar en un local reverberante o en uno seco.
- Nivel de presión sonora (NPS): Determina la intensidad del sonido que genera una presión sonora (es decir, del sonido que alcanza a una persona en un momento dado), se mide en decibelios (dB) y varía entre 0 dB umbral de audición y 120 dB umbral de dolor. Debido al amplio margen que hay entre la sonoridad más intensa y la más débil (entre 200 Pa y 20 ?Pa) se adopta una escala logarítmica y se utiliza como unidad el decibelio. El Nivel de Presion Sonora depende de la distancia a la que se encuentre el oyente de la fuente.
Hay muchos medios graficos y de television hablando de los niveles de presion sonora de los F1 2014 comparados con los del año pasado. Se habla de que la diferencia en dB es minima, pero no se informa como se hicieron esas mediciones, a que distancia y tampoco se da una curva con los niveles de octavas. Por otro lado hay gente que cree que apenas unos dB de NPS de diferencia no se notan en lo mas minimo, nunca mas equivocado, por citar un ejemplo: para que el NPS de un sonido se incremente en 3 dB es necesario que la potencia acustica de la fuente sonora se duplique.
El NPS que difunde la FIA y los medios es un numero "global" que es la resultante de la sumatoria de las mediciones de cada octava, lo cual si esas mediciones fueran reales nos estaría diciendo algo importante, pero tampoco nos dice todo.
Es posible que un sonido con menor nivel de presion sonora que otro suene mas "fuerte" a nuestro oido que el de mas NPS. Esto se debe a la "sonoridad" que posee un sonido, lo cual esta directamente relacionado con el "timbre" y por ende con el espectro de frecuencias que lo compone y tambien con su evolucion en el tiempo.
Por esto, como no tengo la oportunidad de estar en un autodromo haciendo la medicion por octavas de un F1 2014, se me ocurrio hacer un analisis de espectro de frecuencias del sonido 2014 y compararlo con uno de 2013 y tambien de 2002. Osea un V6T, un V8 y un V10. Obviamente el tema del nivel de presion sonora o "volumen" lo dejamos de lado en este analisis.
Lo que utilice para el analisis de frecuencias son grabaciones en HD de los siguientes videos:
Utilicé un analizador de espectro con escala exponencial con un rango de frecuencia de 1Hz a 14Khz aprox.
Analisis de espectro del sonido de F1 2014 V6 Turbo:
Analisis de espectro del sonido de F1 2013 V8 aspirado:
Analisis de espectro de F1 2002 V10 aspirado:
Viendo estos analisis de espectro y las curvas de sensibilidad del oido podemos llegar a entender el porque de la poca sonoridad del motor de este año. Dejando el tema del volumen del sonido del motor, podemos ver que tanto el sonido del V8 como el del V10 poseen un alto contenido e intensidad de frecuencias en el rango medio y medio alto del espectro (maxima sensibilidad de nuestro oido aprox 1Khz-4KHz), cosa que en el grafico del V6T se puede ver que el contenido e intensidades son notablemente menores. De hecho tanto en el V8 se puede ver como el espectro comienza a caer en intensidad recien a partir de los 3,5 Khz, en el V10 comienza a decaer a partir de los 1,75 Khz, mientras que el V6 la caida empieza muy tempranamente a partir de los 700 Hz. Tanto el V10 como el V8 van cayendo con una "panza" llegando a las frecuencias mas altas lo cual indica que hay un alto contenido de frecuencias armonicas, mientras que en el V6T la caida es bastante mas lineal lo cual indica que el sonido es tirando a percibirse como "opaco".
En fin, esto seguirá dando de que hablar. Espero que este humilde aporte les sirva para entender un poco mas el porque del gran descontento que existe con el nuevo sonido de la Formula 1. Los motores actuales son tan eficientes que toda esa potencia acustica que antes tenían ahora la transmiten a las ruedas.
Saludos.
Ademas de las causas obvias, puramente mecanicas como ser que el motor de este año es un motor hibrido compuesto de un motor electrico y un motor de combustion interna 1.6L 6 cil en V Turbo, hay causas psicoacusticas.
Debido a que en un motor turbo los conductos de escape pasan atraves de la turbina del turbo, la cual aprovecha el tren de pulsos de presion que escapan de los cilindros para girar, esto provoca que estos gases (onda pulsante) se frenen y salgan con menor velocidad y presión por la cola del escape que en un motor aspirado. Por lo tanto la descompresion de estos pulsos a la salida del escape va a ser menos brusca, lo que se traduce en que las ondas de presión que viajan por el aire y son recibidas por nuestros timpanos las vamos a escuchar con un menor volumen que en un aspirado. A todo esto debemos sumar lo siguiente: el motor hibrido de F1 tiene una turbina para el turbo y otra para el MGU-H lo cual afecta al sonido final, este año el motor tiene 2 cilindros menos, por lo tanto menos pulsos por intervalo de tiempo. Esto no es ninguna novedad.
Pero dejando el tema del volumen a un lado, tambien existen causas como ser el diferente "timbre" de un sonido y de otro, lo cual esta compuesto por dos cosas: El espectro de frecuencias que lo componen y su evolución en el tiempo. En este caso si comparamos el timbre del motor 2014 con el de 2013 (V8 aspirado) o el de 2002 (V10 aspirado) vamos a notar que son muy diferentes.
Nuestro oido posee una respuesta en frecuencia que no es lineal, es decir tenemos mas sensibilidad a unas frecuencias que a otras. Esto se debe a que la naturaleza del oido esta diseñada para tener maxima sensibilidad a las frecuencias de la voz humana, es decir frecuencias medias.
Respuesta en frecuencia del oido externo:
Respuesta en frecuencia del oido medio:
Sumatoria de curvas de sensibilidad de canal auditivo y tímpano, cabeza, torso y hombros:
Como se puede ver en los graficos, el rango de mayor sensibilidad del oido humano son las frecuencias medias y medias altas. Aprox de 1khz a 4khz. Un ejemplo cotidiano de esto es tan solo ver como ecualizamos un equipo de musica. Sin darnos cuenta lo que hacemos es compensar esa falta de sensibilidad en el rango de frecuencias bajas (graves) y frecuencias altas (agudos). Muy probablemente ecualizamos agregando graves y agudos.
Para que explico todo esto? Bueno, esto esta directamente relacionado a nuestro descontento con el sonido actual de la F1.
Primero hay que definir terminos:
- Potencia Acustica: Es la cantidad de energía por unidad de tiempo (potencia) emitida por una fuente determinada en forma de ondas sonoras. La potencia acústica es un valor intrínseco de la fuente y no depende del local donde se halle, el valor no varia por estar en un local reverberante o en uno seco.
- Nivel de presión sonora (NPS): Determina la intensidad del sonido que genera una presión sonora (es decir, del sonido que alcanza a una persona en un momento dado), se mide en decibelios (dB) y varía entre 0 dB umbral de audición y 120 dB umbral de dolor. Debido al amplio margen que hay entre la sonoridad más intensa y la más débil (entre 200 Pa y 20 ?Pa) se adopta una escala logarítmica y se utiliza como unidad el decibelio. El Nivel de Presion Sonora depende de la distancia a la que se encuentre el oyente de la fuente.
Hay muchos medios graficos y de television hablando de los niveles de presion sonora de los F1 2014 comparados con los del año pasado. Se habla de que la diferencia en dB es minima, pero no se informa como se hicieron esas mediciones, a que distancia y tampoco se da una curva con los niveles de octavas. Por otro lado hay gente que cree que apenas unos dB de NPS de diferencia no se notan en lo mas minimo, nunca mas equivocado, por citar un ejemplo: para que el NPS de un sonido se incremente en 3 dB es necesario que la potencia acustica de la fuente sonora se duplique.
El NPS que difunde la FIA y los medios es un numero "global" que es la resultante de la sumatoria de las mediciones de cada octava, lo cual si esas mediciones fueran reales nos estaría diciendo algo importante, pero tampoco nos dice todo.
Es posible que un sonido con menor nivel de presion sonora que otro suene mas "fuerte" a nuestro oido que el de mas NPS. Esto se debe a la "sonoridad" que posee un sonido, lo cual esta directamente relacionado con el "timbre" y por ende con el espectro de frecuencias que lo compone y tambien con su evolucion en el tiempo.
Por esto, como no tengo la oportunidad de estar en un autodromo haciendo la medicion por octavas de un F1 2014, se me ocurrio hacer un analisis de espectro de frecuencias del sonido 2014 y compararlo con uno de 2013 y tambien de 2002. Osea un V6T, un V8 y un V10. Obviamente el tema del nivel de presion sonora o "volumen" lo dejamos de lado en este analisis.
Lo que utilice para el analisis de frecuencias son grabaciones en HD de los siguientes videos:
Utilicé un analizador de espectro con escala exponencial con un rango de frecuencia de 1Hz a 14Khz aprox.
Analisis de espectro del sonido de F1 2014 V6 Turbo:
Analisis de espectro del sonido de F1 2013 V8 aspirado:
Analisis de espectro de F1 2002 V10 aspirado:
Viendo estos analisis de espectro y las curvas de sensibilidad del oido podemos llegar a entender el porque de la poca sonoridad del motor de este año. Dejando el tema del volumen del sonido del motor, podemos ver que tanto el sonido del V8 como el del V10 poseen un alto contenido e intensidad de frecuencias en el rango medio y medio alto del espectro (maxima sensibilidad de nuestro oido aprox 1Khz-4KHz), cosa que en el grafico del V6T se puede ver que el contenido e intensidades son notablemente menores. De hecho tanto en el V8 se puede ver como el espectro comienza a caer en intensidad recien a partir de los 3,5 Khz, en el V10 comienza a decaer a partir de los 1,75 Khz, mientras que el V6 la caida empieza muy tempranamente a partir de los 700 Hz. Tanto el V10 como el V8 van cayendo con una "panza" llegando a las frecuencias mas altas lo cual indica que hay un alto contenido de frecuencias armonicas, mientras que en el V6T la caida es bastante mas lineal lo cual indica que el sonido es tirando a percibirse como "opaco".
En fin, esto seguirá dando de que hablar. Espero que este humilde aporte les sirva para entender un poco mas el porque del gran descontento que existe con el nuevo sonido de la Formula 1. Los motores actuales son tan eficientes que toda esa potencia acustica que antes tenían ahora la transmiten a las ruedas.
Saludos.