Il sound di scarico (e non solo)

Fiato alle trombe

Quando parliamo del rumore di una moto, la prima cosa che ci viene in mente è l’impianto di scarico. Dobbiamo però fare delle importanti distinzioni. La prima è formale, ma importante: distinguiamo il suono dal rumore.

Il suono è piacevole, gustoso, addirittura eccitante se pensiamo in particolare alle competizioni. Il rumore, invece, è generalmente sgradevole, può essere generato da uno scarico mal progettato, ma soprattutto è di origine meccanica. È anche una questione di gusti: il rombo di uno scarico aperto può essere musica per le orecchie di un motociclista, ma fracasso infernale per un signore che se ne sta comodamente a casa a leggere un libro.

A proposito di gusti, concedeteci una piccola divagazione: anche tra motociclisti ci può essere divergenza di opinioni, con chi ama i fiammeggianti collettori vuoti di certe custom, chi i 4-in-1 in titanio con il cortissimo terminale in stile MotoGP e chi – infine – le pungenti espansioni dei 2T.

Ma torniamo al nostro tema: consideriamo le moto di serie, omologate, altrimenti l’argomento diventa eccessivamente vasto. Uno scarico troppo aperto, quindi molto rumoroso, distoglie l’attenzione da una serie ben più importante di elementi da prendere in considerazione: su una moto le sorgenti di rumore e di suoni sono numerose e dipendono da molti fattori. Vediamo quali sono.

Un rumore, tante sorgenti

Su una moto esistono diverse sorgenti di rumore: scarico, aspirazione, meccanica, pneumatici solo per citare le principali. Ci sono poi ulteriori elementi che contribuiscono a generarli: la catena, le vibrazioni delle sovrastrutture e - certamente non ultimo se parliamo di ciò che percepiamo alla guida - il fruscio dell’aria che investe il casco.

Il solo motore emette sonorità di diverso genere: gasdinamico (dovuto al ciclico susseguirsi degli scoppi ed emesso dallo scarico e dall’aspirazione), di combustione (dato dalla reazione agli scoppi di pistone e biella); meccanico (generato dalle sollecitazioni subite dagli altri organi in movimento, dagli ingranaggi e dalle superfici che vibrano).

Le norme antinquinamento “Euro” impongono dei limiti al rumore. Semplificando, giusto per comprendere il concetto, per essere omologata una moto deve superare alcune prove, di cui due attraverso un percorso definito, un passaggio con una determinata accelerazione e un altro a velocità costante. Una serie di microfoni rileva la rumorosità delle varie fasi e i dati sono elaborati da una formula che dà un valore limite in decibel (dB). Dal punto di vista normativo non c’è quindi distinzione tra le varie sorgenti di rumore, ma si valuta l’emissione globale.

Quindi, più si limitano gli effetti delle sorgenti, più c’è “spazio” per far sentire la voce dello scarico e dell’aspirazione, a tutto vantaggio del piacere squisitamente “motociclistico”. Per questo motivo il primo passo di tutti i progetti è ridurre il più possibile il rumore. Solo in seguito si esalta il suono, per offrire un’esperienza di guida appagante: una moto troppo silenziosa è ben poco attraente alle orecchie di un motociclista.

Trasformare il rumore in suono

Ricordando la nostra distinzione iniziale, possiamo dire che per noi il suono arriva dall’aspirazione e dallo scarico; il resto è rumore. Per progettare una moto che sia il più possibile gustosa da ascoltare, il progettista non solo dovrà ridurre il rumore, ma curare attentamente i suoni, poiché non tutto ciò che arriva dallo scarico e dall’aspirazione è piacevole: anche queste due sorgenti privilegiate possono emettere sonorità fastidiose.

In particolare, si dovrà curare il sound dell’aspirazione, che è quello più avvertibile nella guida: lo scarico è alle spalle del pilota e – in molti casi – meno percepibile durante la guida.

E cosa sente chi sta alla guida? Su strada è difficile dire quanto suono arrivi dallo scarico, quanto dall’aspirazione e da altre sorgenti. Perché, oltre alla velocità, al regime e all’apertura delle farfalle, conta anche la struttura della moto. Quando si accelera e si spalanca il gas, prevale il suono dell’aspirazione: questo è vero soprattutto con le moto Euro5, perché tale normativa ha costretto a limitare molto il sound dello scarico. All’aumentare della velocità, il rumore dell’aria che investe il casco prende il sopravvento. Ad andatura costante invece sono preponderanti i rumori “di fondo”, quello di rotolamento degli pneumatici, della catena, dell’aria sul cupolino e sul casco, con una forte componente dovuta alle turbolenze. Una moto, a motore spento lungo una discesa a 90 km/h, può arrivare a generare fino a 80 dB.

Ricordiamo a questo punto che le onde sonore si propagano seguendo una direzione ben precisa: la loro percezione da parte di chi guida è differente da un osservatore esterno sulla strada. Costui infatti avverte un suono diverso a seconda della propria posizione e non solo per l’effetto Doppler: quando la moto si avvicina prevale l’aspirazione, quando è di lato avvertirà il motore, quando si allontana sentirà lo scarico.

Oltre a questi suoni c’è sempre un sottofondo dovuto dalle altre sorgenti (rotolamento, flussi d’aria, altri rumori meccanici e di struttura). Visto che il suono corre secondo una direzione, in fase di progettazione si può disegnare un’airbox che lo trasmetta in un determinato modo: si ha in mano uno strumento in più per realizzare un impianto di aspirazione efficace non solo dal punto di vista della qualità del suono, ma anche del rispetto delle normative. Infatti se si direziona verso l’alto, il pilota lo percepirà più intensamente, senza contare che lo si allontanerà dai microfoni usati nella rilevazione del rumore durante l’omologazione. Viceversa, orientandolo verso il basso, le onde sonore rimbalzerebbero sul suolo, con un forte impatto sui rilievi del rumore.

Per essere piacevole, il sound di un motore non deve essere forte, ma di qualità: le frequenze più alte risultano fastidiose anche se emesse dal plurifrazionato più eccitante del mondo, mentre quelle basse sono generalmente percepite come piacevoli. Per capire se un suono sarà di qualità, se ne possono studiare le caratteristiche: si eseguono dei rilevamenti che mostrano lo spettro di tutto ciò che viene emesso dalla moto, poi si analizzano le varie frequenze, si cerca di capire da dove provengono quelle fastidiose e infine si prendono dei provvedimenti per ridurle o trasformarle in piacevoli.

Musica italiana e giapponese

Il suono è importante per tutte le moto, ma in particolare per i modelli sportivi, e in questo le Case italiane sono state pioniere. Possiamo citare le bicilindriche Ducati con i tuonanti Termignoni e il sensuale sferragliare delle frizioni a secco (musica sì, ma non per tutti).

E come dimenticare la mitica MV Agusta F4? La Serie Oro del 1998 aveva l’airbox in carbonio proprio sotto il mento del pilota, e la parete sottile e tesa trasmetteva con grande efficacia il ruggito dell’aspirazione. La F4 Tamburini vantava poi il sistema di cornetti a geometria variabile che agli alti regimi si sollevavano per ottimizzare le prestazioni: in quel momento cambiava tutto, con un effetto straordinario. La MV Agusta ha continuato a curare in modo maniacale questa caratteristica e nel 2010, quando è stata rivista la F4, ha introdotto nell’airbox un dispositivo particolare che, sfruttando una camera di risonanza di Helmholtz (avete mai provato a soffiare attraverso il collo di una bottiglia vuota? Ecco, proprio quella!), riesce a modificare il timbro di un suono, in questo caso dell’aspirazione. Dimensionando in maniera opportuna il risonatore si è così arrivati al suono desiderato.

Oggi in azienda si continua in questa direzione: si parte con la sperimentazione virtuale utilizzando software che oltre a calcolare le prestazioni e le curve al banco, permette anche di valutare il suono (generato dal software stesso) tutto ciò ancor prima di produrre un solo bullone.

Realizzata la moto si passa ai rilevamenti strumentali, utilizzando un sistema di telecamere e microfoni che permette di rilevare l’intero spettro di frequenze emessa dalla moto e anche di localizzarne la provenienza, in modo da individuare e poi ridurre o correggere gli eventuali rumori.

Al contrario degli italiani, gli ingegneri giapponesi progettano le moto puntando – solitamente – ad ottenere la massima silenziosità (anche meccanica) e in questo sono bravissimi. Tuttavia ci sono segmenti, come quello delle sportive, in cui questo approccio non è seguito pedissequamente. Un esempio interessante lo fornisce la serie MT di Yamaha, messa a punto in collaborazione con gli ingegneri di Yamaha Music, che hanno utilizzato le loro attrezzature professionali: la fluidodinamica degli strumenti musicali e dei motori è molto simile, tanto che si può studiare con gli stessi modelli matematici.

In particolare la MT-09 e la MT-10 sono state oggetto di studi approfonditi per esaltare l’emozione del suono. Le prove sono state eseguite in una camera anecoica, prima lavorando sui motori per ridurre il rumore meccanico; poi disegnando lo scarico per esaltare la sensazione di coppia; infine mettendo a punto il disegno dei condotti di immissione dell’aria nell’airbox.

Nel corso del progetto sono state testate sulla moto oltre 50 combinazioni tra numero di condotti, lunghezze, diametro e curve, e alla fine si è trovata una soluzione a tre canne d’organo per entrambe le moto. È stato un lavoro molto complesso perché la ricerca del suono emozionante doveva al tempo stesso ottimizzare l’erogazione, e certamente rispettare le normative. Si sono infine progettati dei dispositivi di amplificazione acustica che, posizionati ai lati del serbatoio, indirizzano il suono dell’aspirazione al pilota.

La scuola tedesca e austriaca

Considerando, come detto all’inizio, che la metodologia di lavoro è più o meno la stessa per tutte le Case, anche in BMW il tema dello scarico è trattato con grande attenzione. Sulle boxer di ultima generazione l’obiettivo è ottimizzare il sound a favore del comfort di guida, con la difficoltà dovuta al fatto che lo scarico deve essere sintonizzato per lavorare con il sistema ShiftCam. Per questo si usano la valvola allo scarico e un silenziatore a interferenza per ridurre le frequenze indesiderate. Diverso invece il discorso per le R nineT (prive della fasatura variabile): in questo caso si è lavorato molto sul timbro dello scarico e dell’aspirazione per esaltare l’emozione della moto classica.

La KTM, invece, sembra puntare a un altro obiettivo: sfruttare al massimo lo spazio normativo per esaltare le prestazioni, curando il fattore sound solo in seconda battuta. Alla prova dei fatti però non siamo lontani da altre realtà: l’effetto sulla grinta sonora resta comunque notevole.

Il progetto dello scarico e dell’airbox di una nuova Aprilia segue un iter consolidato. Oggi per lo studio del suono si utilizzano i software più sofisticati, ma non si trascura l’esperienza umana: si organizzano delle “sedute di ascolto” cercando di identificare gli elementi più emozionanti del suono di una moto e poi si pensa come accentuarli mantenendo inoltre il DNA Aprilia; un esempio eclatante è il suono del V4 che ricorda un bicilindrico ai bassi e un V8 da competizione agli alti regimi.

Si parte quindi con l’attività di simulazione, un palleggio continuo tra gli ingegneri dell’acustica e quelli delle prestazioni; ovviamente le strade sono spesso divergenti, ma alla fine si arriva alla definizione dell’architettura che genera il suono giusto.

Poi si realizza il prototipo, che mostra già un buon sound: in genere il primo lavoro di affinamento è ridurre il rumore emesso dalle pareti del terminale, che al contrario del suono emesso dalla bocca di scarico non è piacevole. Si procede allo stesso modo anche per l’aspirazione e così ci si avvicina al progetto definitivo, osservando la gamma dei suoni emessi dal sistema. A questo punto si eseguono delle registrazioni a livello delle orecchie sia di chi ascolta la moto da fuori, sia di chi guida, con microfoni inseriti nel casco, per analizzare lo spettro dei suoni percepiti.

I panel test

Con la progettazione virtuale ci si avvicina molto al prodotto perfetto, ma l’ultimo tocco spetta sempre all’uomo. In Ducati, ad esempio, si organizzano i panel test (analisi delle caratteristiche sensoriali in maniera indipendente) con squadre di giudici che valutano la piacevolezza dei prototipi dal punto di vista puramente soggettivo. Poi si confrontano i rilevamenti con le sensazioni personali, verificando così ciò che si è trovato in fase di progetto, sistema che aiuta anche a comprendere come è percepito da un tester un suono che sulla carta risulta piacevole. In Ducati, gli ingegneri ritengono di aver eseguito un lavoro sul suono particolarmente azzeccato sulla Multistrada V4, riducendo notevolmente il rumore del motore e rendendo addirittura piacevoli le sonorità meccaniche. Il progetto è poi stato completato con lo studio della protezione aerodinamica, eseguita anche con l’ausilio della galleria del vento, un aspetto fondamentale per una moto da turismo.

Un altro scarico ben riuscito è quello della Panigale 2022, un “dual mode” (comfort e prestazioni) grazie alla valvola. Il volume è compatto, nonostante la moto abbia prestazioni molto elevate, e questo grazie all’articolato progetto dei componenti interni, con paratie, travasi, fori di bypass, elementi disegnati per enfatizzare alcune frequenze e abbatterne altre. Si è riusciti a ridurre talmente il rumore che è stato possibile aumentare l’ampiezza della bocca del terminale (da 36 a 38 mm) per ottenere più potenza e un timbro migliore.

In conclusione: le moto hanno passato molte ere, le omologazioni degli impianti di scarico ci hanno ossessionato fin da quando è nata la prima normativa e oggi lo spazio per goderci i nostri “piaceri musicali” si stanno restringendo sempre di più.

Ricordiamo con gioia le espansioni dei nostri 2T di quando avevamo quattordici e sedici anni, i 4-in-1 e i terminali alleggeriti. Per i biker di oggi e per quelli di domani sono cose passate. Ma come abbiamo visto, il piacere derivante dal sound della moto non dipende dal volume. E poi confidiamo sulle capacità dei progettisti: finora non ci hanno deluso e la ricerca ancora continua…