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2024.10.03

“飯團(tuán)”演奏出的高音轉(zhuǎn)子聲浪

目錄

? 豐田時報成為馬自達(dá)公司認(rèn)可的媒體
? 什么是轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)
? “飯團(tuán)”發(fā)出的聲浪有哪些特點(diǎn)?
? 偏專業(yè)性的階次聲相關(guān)知識講解
? 轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)復(fù)活
? 令人難忘的“馬自達(dá)787B”
? 馬自達(dá)追求的“好聲浪”是什么?

豐田時報成為馬自達(dá)公司認(rèn)可的媒體

2019年,豐田時報作為宣傳企業(yè)內(nèi)部資訊的“媒體”正式成立。然而,突然出現(xiàn)的豐田時報卻未能得到世人的認(rèn)可,明明豐田時報也是一家報道汽車資訊的平臺,大眾卻并未將其當(dāng)作一般媒體來看待。

正在這時,馬自達(dá)的丸本明社長(時任)卻向Morizo,即豐田章男社長(時任)發(fā)出了邀請,希望豐田以“媒體”的身份,來參加馬自達(dá)公司舉辦的具有悠久歷史的“媒體對抗Roadster耐力賽”。

關(guān)于彼時的詳情,請參看往期時報。

在這場比賽中,Morizo車手還曾對著Roadster感嘆道:“如果可以的話,能搭載轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)就好了”。

轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)不僅以自身的魅力征服了Morizo,更有著眾多粉絲。之所以它會如此受歡迎,除因其具有強(qiáng)大的性能外,更是由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)能發(fā)出震撼人心的聲浪。

繼上期,時報為讀者們介紹了發(fā)動機(jī)會因結(jié)構(gòu)的不同發(fā)出迥異的聲浪后,本期將帶大家深入了解轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)與聲音特征。

什么是轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)

轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)所發(fā)出的轉(zhuǎn)子聲浪,聽起來沒有渾濁感,穿透力極強(qiáng)。但為什么這種發(fā)動機(jī)會發(fā)出能使駕駛者情緒高漲的聲音呢?

首先,讓我們復(fù)習(xí)一下轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)是,在擁有次擺線弧度的繭形外殼中,通過形狀如飯團(tuán)般的三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生動力。

三角形的轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)與外殼的內(nèi)腔體接觸,會形成3個空間分區(qū),轉(zhuǎn)子在自轉(zhuǎn)的同時在內(nèi)腔中進(jìn)行公轉(zhuǎn),由此完成吸氣、壓縮、燃燒和膨脹、排出4個過程。

在轉(zhuǎn)子做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的過程中,位于轉(zhuǎn)子中心位置的偏心軸(輸出軸)也隨之轉(zhuǎn)動,如此將產(chǎn)生的力傳遞給輪胎,帶動汽車行駛。

“飯團(tuán)”發(fā)出的聲浪有哪些特點(diǎn)?

為探究轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和聲浪特點(diǎn)的關(guān)系,時報記者來到了馬自達(dá)公司。

本次為我們提供解說的是隸屬于動力總成研發(fā)本部 發(fā)動機(jī)性能研發(fā)部 第1發(fā)動機(jī)性能研發(fā)集團(tuán)的主管巖田陽明。巖田自進(jìn)入馬自達(dá)公司以來,一直從事包括柴油、汽油以及轉(zhuǎn)子等各種類型發(fā)動機(jī)NV(Noise Vibration:噪聲和震動)方面的研發(fā)工作。

巖田

由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)中沒有一般發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)中的活塞,也沒有打開或關(guān)閉的進(jìn)氣、排氣的氣門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此使用的零件數(shù)量非常少,構(gòu)造相對簡潔。也正因?yàn)榱慵?shù)少,所以導(dǎo)致出現(xiàn)噪音的震動也較小,這便是轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)聲浪的特點(diǎn)之一。

另外,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)與一般汽油發(fā)動機(jī)等活塞式發(fā)動機(jī)的燃燒間隔也不同。(活塞式發(fā)動機(jī)相關(guān)介紹可參看本系列的第1期

活塞式發(fā)動機(jī)的曲柄軸*,在旋轉(zhuǎn)2圈時完成1次燃燒(爆炸)。

*將曲柄軸的旋轉(zhuǎn)動能傳遞到輪胎,帶動汽車行駛。

但轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的偏心軸,每旋轉(zhuǎn)1圈便可完成1次燃燒。

所以旋轉(zhuǎn)1圈也只會發(fā)出1次噪音。也就是說,活塞式發(fā)動機(jī)與轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)完成同樣次數(shù)的燃燒時,產(chǎn)生的噪音數(shù)量和間隔時間均不同。

另外,活塞式發(fā)動機(jī)在完成1次燃燒時所產(chǎn)生的噪音中,混雜著一種被稱為半階次聲的聲音,而轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的噪音中卻不存在這種聲音,這也是它們之間最大的差異。

可能接下來要說的內(nèi)容有點(diǎn)專業(yè),但這也是為什么人們會覺得轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的聲浪與眾不同的關(guān)鍵所在,所以請耐下心來,聽我啰嗦幾句(笑)。

偏專業(yè)性的階次聲相關(guān)知識講解

由于記者也是第一次聽到“階次聲”這個詞,又聽說這是聲浪聽起來不同的關(guān)鍵所在,因此請巖田繼續(xù)為大家作出了進(jìn)一步的講解。

巖田

此圖表的橫軸為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,縱軸為聲音頻率。這張圖將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上每個節(jié)點(diǎn)因震動等因素所發(fā)出的聲音分布進(jìn)行了可視化處理。與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速成正比,向右側(cè)斜上方延伸的一條條紅線被稱為階次聲。

圖表左側(cè)是活塞式直列4缸發(fā)動機(jī),右邊是RX-8的雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。

對比可以看出,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的階次聲直線數(shù)量更少,外觀也更清爽。

而活塞式發(fā)動機(jī)在2次、3次、4次等階次聲之間也有直線,它們被稱為半階次聲。更簡單地來說,半階次聲就是聲音中的雜音。

圖表中的“次數(shù)”代表發(fā)動機(jī)在完成“吸氣、壓縮、燃燒和膨脹、排出”一連串動作時所發(fā)出的聲音。那么為什么半階次聲的有無,會影響到發(fā)動機(jī)聲浪在聽感上的不同呢?

這里,讓我們先對聲音的原理進(jìn)行一個說明吧。

人在同時聽到不同頻率的聲音(下圖中的A、B)時,人耳還能感知到除原始頻率聲音外的第三個聲音,也就是差音*(C)。

*差音:兩個聲音頻率之差的聲音。

聲音的頻率是指聲波每秒振動的次數(shù),用來表示聲音的高低,單位是赫茲(Hz)。聲音頻率的數(shù)值越大代表聲音越高。

譬如,將250Hz和254Hz的聲音合成時,就會出現(xiàn)254-250=4Hz的差音。以擬音來表現(xiàn)的話就是會發(fā)出“嗡嗡嗡嗡”的聲音,在1秒鐘內(nèi)出現(xiàn)4個周期忽強(qiáng)忽弱的差音。

而當(dāng)兩個聲音頻率差變大時,人們將無法聽清差音的周期,取而代之的是聽到連續(xù)的“嗡——”的聲音,且音調(diào)較高。

也就是說,人類基本上是將差音當(dāng)作聲音來識別的。

活塞式發(fā)動機(jī)所發(fā)出的聲音,由于人耳同時聽到了音源中的階次聲和聲音頻率相近的半階次聲,所以聽感上是“嗡嗡嗡嗡”的聲音,能聽到差音的強(qiáng)弱周期變化。

(最近的活塞式發(fā)動機(jī),在經(jīng)過調(diào)整后能夠消除這種半階次聲。詳情敬請期待下期報道。)

相反,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)由于沒有半階次聲,所以聲音頻率差較大,人們聽到的就是持續(xù)的高音調(diào)嗡鳴差音,這種聲音聽起來比較通透、清爽。

轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)復(fù)活

自2012年RX-8停產(chǎn)以來,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)便一直處于停產(chǎn)狀態(tài),但其研發(fā)工作并未就此止步。時隔近11年后,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)作為一款發(fā)電專用的發(fā)動機(jī),重新出現(xiàn)在量產(chǎn)車型上。(馬自達(dá)官方網(wǎng)站,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)專題頁內(nèi)容)

當(dāng)被問及MX-30上搭載的8C型轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)是否也會帶來轉(zhuǎn)子聲浪時,巖田先生苦笑回應(yīng)道:“很多客戶都對此抱有期待,但遺憾的是,由于該發(fā)動機(jī)是專用發(fā)電設(shè)備,轉(zhuǎn)速不高,所以聽不到轉(zhuǎn)子特有的聲浪?!?/p>

不過反過來說,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)因其出色的靜謐性,非常適配PHEV。

那么,在追求靜謐性的PHEV身上,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)能夠再次制造出它特有的聲浪嗎?

巖田

這并不容易。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)本身就具有出色的靜謐性結(jié)構(gòu),此外,如果有兩個轉(zhuǎn)子,產(chǎn)生的振動就會相互抵消,但是MX-30上的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)只有一個轉(zhuǎn)子,因此我們必須處理一個轉(zhuǎn)子無從抵消振動的問題,不能讓其為車廂內(nèi)帶來噪音。

我們需要在與車身相連的零件中阻斷振動的傳遞路徑,并增加減震功能,使振動不會傳遞到車身上去,而這點(diǎn)相當(dāng)困難。

盡管如此,為了創(chuàng)造能夠貼近人們操作感覺的聲浪,我們在發(fā)動機(jī)的操控方面做了一些努力,包括加速時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升的感覺和踩下加速踏板時駕駛者能收獲的反饋。如此前所述,這款發(fā)動機(jī)是發(fā)電專用的,而我們活用了這一點(diǎn),以相對自由的方式研發(fā)了發(fā)動機(jī)。

令人難忘的“馬自達(dá)787B”

馬自達(dá)787B于1991年勒芒24小時耐力賽中奪冠,它也是第一輛在該項(xiàng)賽事中奪冠的日本賽車。對于轉(zhuǎn)子聲浪的愛好者來說,馬自達(dá)787B發(fā)出的聲音著實(shí)令人難忘。

馬自達(dá)787B有什么特點(diǎn)?

巖田

787B采用了外環(huán)氣埠系統(tǒng)*。為了讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速更高,產(chǎn)生更快的速度,其外殼內(nèi)設(shè)計成了易于降低排氣壓力的模式,以此在高轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生高亢的“呯呯”聲響。

*將曲柄軸的旋轉(zhuǎn)動能傳遞到輪胎,帶動汽車行駛。

反之,在低轉(zhuǎn)速時,由于開口面積大,氣體會被一次性被排出,從而產(chǎn)生賽車特有的“嘣嘣嘣”的強(qiáng)勁聲浪。

此外,由于它是4轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī),當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘4500至7000轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速范圍時,高亢的聲音就會變得格外響亮,如同多缸活塞式發(fā)動機(jī)。

這話不是恭維,我真的也很喜歡LFA的聲音,因?yàn)樗浅=咏?轉(zhuǎn)子聲浪的感覺。

既然提到了LFA,我們就順勢請教了他還喜歡什么發(fā)動機(jī)的聲音。巖田先生回答說:“年輕時,我喜歡本田VTEC從轉(zhuǎn)速6000rpm開始,其進(jìn)氣閥和排氣閥不同開度時的聲音。其獨(dú)特的聲浪會被部分人視為噪音,所以這也和個人品味息息相關(guān)。

還有斯巴魯水平對置發(fā)動機(jī)的‘哆哆’聲等,我認(rèn)為保留能體現(xiàn)各公司發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的聲浪是件好事。”

馬自達(dá)追求的“好聲浪”是什么?

最后,我們詢問他什么是“好聲浪”。

巖田

一般來說,提及“好的發(fā)動機(jī)聲浪”,人們往往會想到將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一口氣升至高轉(zhuǎn)速階段時產(chǎn)生的聲響。在這方面,轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)到達(dá)高轉(zhuǎn)速時發(fā)出的美妙聲音無疑是一種“好聲浪”。

不過,從更廣泛的意義上講,我認(rèn)為“好聲浪”與駕駛場景和人們對操作方面的期望息息相關(guān)。

例如,我們在超級耐力賽中使用的是柴油發(fā)動機(jī)。與汽油發(fā)動機(jī)不同的是,柴油發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速并不高,脈動會被渦輪所抑制,因此發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的聲音很小。

然后,在賽道現(xiàn)場就會有人說:“它不夠有魄力,就不能發(fā)出更大點(diǎn)的聲音嗎?”(笑)。

歸根結(jié)底,我認(rèn)為其實(shí)好聲浪就是與人們感受相符合的聲音。

我司的目標(biāo)是創(chuàng)造“人馬一體”的汽車,而聲浪是其中不可或缺的一部分。

我們希望繼續(xù)致力于創(chuàng)造出與汽車行駛相匹配的聲浪,這種聲浪既有表現(xiàn)力又節(jié)制,與駕駛者自身的感官相協(xié)調(diào)。

我相信,無論是轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)、活塞式發(fā)動機(jī)還是柴油車,所有制造商都在為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而努力。

MX-30

盡管巖田先生在采訪中面帶苦笑地表示“這并不容易”,我們還是期待著有一天,復(fù)活后的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)能再次在高轉(zhuǎn)速下發(fā)出澄澈而悠長的美妙聲浪。

馬自達(dá)787B(提供方:馬自達(dá)株式會社)
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