Sound check

Per far suonare ogni Porsche come una Porsche, la giusta melodia su tutti i nuovi modelli è creata da esperti di acustica. Dai motori boxer attuali fino al propulsore completamente elettrico del futuro: i tecnici Porsche nel centro di sviluppo di Weissach progettano soluzioni sonore individuali per ogni generazione di motori.

Un solista di classe purissima entra in scena. Il silenzio nella stanza è totale, da spettatori si osa a malapena respirare. Ecco che alza la voce, mostrando fin dall’inizio il proprio virtuosismo, due coloriture per poi creare ulteriore tensione con una voce di basso smorzata. Dopo una breve cadenza inizia il crescendo, durante il quale la voce accelera, orchestrando in quasi tutte le tonalità. Dal basso al tenore fino al soprano. Un finale furioso dalla forza sfrenata, chi ascolta ha la pelle d’oca. Poi la registrazione si interrompe e Bernhard Pfäfflin sorride. «Che classe, eh?», domanda retoricamente.

La breve traccia di un assolo della 911 mostra le caratteristiche essenziali che ogni Porsche deve soddisfare: il suono non è monodimensionale, bensì abbraccia un ampio spettro di frequenze. Un tratto di carattere che distingue una Porsche dal tipico rombo delle auto yankee o dal sound quasi stridulo delle vetture italiche. Sia il suono sia l’intensità variano con il carico, cioè con la posizione del pedale dell’acceleratore. «In questo modo creiamo per il guidatore un’ulteriore possibilità di orientamento», spiega Pfäfflin. Il 49enne dirige lo sviluppo della tecnologia di vibrazione e acustica, in altre parole, il dottor Pfäfflin è il responsabile del sound Porsche.

Fondamentalmente, il suono di ciascun modello deve essere adatto al carattere dell’auto. Una GT3 deve rockeggiare, è ovvio. La cosa fondamentale per Pfäfflin è che «un’auto deve suonare in base alla potenza che nasconde in sé». Niente sinto-pop quindi, bensì musica vera da strumenti autentici. Tuttavia, i corpi sonori sono missati in modo che in ogni stato di carico si generi una forma del suono armonica.

Perché questo riesca, per Pfäfflin non è sufficiente aspettare che gli ingegneri della vettura e gli sviluppatori del motore costruiscano i primi prototipi. La ricerca del sound ottimale inizia molto prima. Quando propulsore e auto si trovano ancora nel processo di creazione digitale, lo specialista di acustica Bernd Müller calcola già innumerevoli varianti dell’impianto di scarico e dei silenziatori, più precisamente, gli effetti di differenti configurazioni sul sound del veicolo perché, per Porsche, Müller è responsabile dell’acustica dello scambio dei gas. Così nascono centinaia di dati audio. «In questo modo si può ascoltare un’auto prima che esista fisicamente, come prototipo reale», riassume Müller, sintetizzando in modo eloquente il miracolo digitale. Assieme a esperti colleghi distilla tra le varie possibilità da tre a quattro alternative. Le varianti sono presentate al Consiglio di Amministrazione e là, come Müller ha sperimentato direttamente, discusse con un’intensità comparabile a quella spesa su un progetto di design per la pelle esterna. Una volta presa la decisione, Müller inizia a lavorare sui dettagli dell’impianto di scarico, stabilendo tutti i parametri determinanti per poi assicurare il suono perfetto, dal diametro dei condotti fino alle dimensioni del silenziatore.

Per uno come Müller, che ha l’acustica nel sangue da due decenni, il lavoro sarebbe a questo punto compiuto, se non ci fossero gli sviluppatori del propulsore, che concepiscono sempre nuove importanti innovazioni sui motori. L’ampia introduzione di motori turbo, i primi quattro cilindri da molti anni, vetture ibride plug-in e in futuro persino una limousine sportiva alimentata completamente da batteria elettrica rappresentano per l’esperto Bernd Müller tutte sfide affascinanti e per il marchio Porsche dei passi di grande importanza.

Una tuba nell’impianto di scarico

I nuovi motori boxer turbo con cilindrata di 3 litri spingono la nuova 911 Carrera ancora più velocemente. Già nella variante base accelera in 14,8 secondi da zero a 200 km/h, ben un secondo in meno rispetto al modello precedente. La crescita rapida della coppia si deve soprattutto a due turbocompressori, ciascuno dei quali alimenta d’aria una bancata cilindri. Se per il guidatore lo slancio in avanti è così affascinante, per Müller il nuovo concetto del motore significa un lavoro doppio. Il gas di scarico dal motore scorre ora dapprima nella turbina, modificando così la velocità del flusso e quindi la forma del suono. L’intero spettro delle frequenze si sposta, perché certi toni alti risultano smorzati più fortemente di altri.

Inoltre, gli stessi turbocompressori, che compiono fino a 200.000 giri al minuto, sviluppano un proprio rumore di fondo: il ben noto fischio del turbocompressore. Di per sé questo non è un male, in quanto indica al guidatore che ora arriva la spinta. Tuttavia si deve impedire che si generi un tono di disturbo persistente nei viaggi veloci in autostrada. Due sfide che il tecnico acustico ha padroneggiato ottimamente tramite diverse misure tecniche. Ad esempio, la valvola Wastegate che regola l’afflusso del gas di scarico al compressore è azionata in determinati punti di funzionamento anche in base alle esigenze acustiche. Come terzo requisito occorreva comunque tenere presente un desiderio dei clienti riportato spesso ai tecnici di acustica Porsche: l’impianto di scarico sportivo – un optional supplementare per la configurazione – doveva suonare ancora più pieno, nonostante la tendenza allo smorzamento data dal compressore. Il team di Müller ha trovato la soluzione. Una struttura speciale dei silenziatori terminali, combinata con una disposizione dei terminali di scarico nella parte centrale posteriore della vettura, assicura ora i toni bassi supplementari. Le modifiche hanno reso possibile il raggiungimento di una determinata lunghezza dei condotti tra catalizzatore e bocca di scarico. Analogamente a una tuba, infatti, anche per un impianto di scarico l’altezza dei toni varia con la lunghezza dello strumento.

Asimmetria e risonanza

A primavera Porsche ha presentato anche sulla 718 Boxster una nuova generazione di motori a quattro cilindri. Un campo che Porsche non aveva più solcato per due decenni dopo l’uscita dal mercato della 968 a metà degli anni Novanta. Nel caso del motore boxer della 718 si tratta di uno strumento completamente nuovo nei ranghi dell’orchestra Porsche.

Il suono base di un motore viene essenzialmente determinato dal suo numero di cilindri. In un quattro cilindri per ogni rotazione dell’albero motore si verificano due accensioni. Perciò, dapprima domina acusticamente il cosiddetto secondo ordine del motore. Preso da solo, un simile motore suonerebbe un po’ grezzo, perciò i tecnici di acustica a Weissach assieme a un ingegnere motoristico hanno confezionato un trucco elegante: il collettore di scarico, attraverso cui il gas di scarico passa dapprima al turbocompressore, è configurato appositamente in modo asimmetrico. In questo modo si ottengono dei sovratoni (le cosiddette paratassi) e si realizza una forma del suono più gradevole e rotonda.

L’impianto di scarico della 718 serve all’ulteriore affinamento del sound. A tal fine la portata del gas di scarico dietro al catalizzatore viene suddivisa nuovamente in due linee di lunghezza diversa. Il condotto più breve sbocca in un silenziatore classico che smorza soprattutto il picco complessivo. La linea più lunga conduce dapprima a un risuonatore di Helmholtz. Lo scienziato da cui prende il nome, Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz, visse e operò a Berlino nel XIX secolo. Come molti suoi contemporanei, fu un genio universale, e si occupò di cellule nervose così come di legge di conservazione dell’energia o di campi magnetici. Tra le sue invenzioni più importanti c’è il risuonatore che da lui prende il nome. Si tratta di un contenitore pieno d’aria con una sola apertura. Se davanti all’apertura passano impulsi d’aria, ovvero un suono, l’aria nel contenitore inizia a oscillare e genera anch’essa un suono. A seconda della selezione delle dimensioni geometriche, la frequenza propria del risuonatore può missare un suono determinato oppure anche eliminare un suono presente. Una regolazione di precisione per un sound affinato. Quel suono che alla fine arriva all’orecchio umano attraverso i due terminali di scarico.

Comporre la musica del motore elettrico

Con lo sviluppo di serie della Mission E cambia anche la missione degli specialisti di acustica Porsche. Perché per quanto affascinante sia la capacità di accelerazione di una vettura puramente elettrica, il sound che ne deriva è estremamente discreto e per di più dominato dalle alte frequenze. Certamente il suono del silenzio è assolutamente vantaggioso in determinate situazioni, come quando si lascia la casa per primi la mattina presto. Ma nel traffico urbano i pedoni e i ciclisti si avvantaggiano del fatto di poter sentire un’auto prima di vederla. In alcuni Paesi, ad esempio negli USA, sono perciò già in preparazione delle norme che prescrivono un determinato livello sonoro minimo. Dunque occorre un nuovo sound, ma quale?

La prima domanda che Pfäfflin e Müller si sono posti è stata: che cosa si addice al carattere della vettura? È chiaro. Come sempre quando compongono, in base alla filosofia Porsche non può trattarsi di un suono che non abbia a che fare con la vettura. Una rinuncia precisa dunque a suoni artificiali da Star Wars. «Il cliente non potrà scaricare per la sua Porsche elettrica un sound come fa con una suoneria per il cellulare», dice Pfäfflin. Gli esperti Porsche non credono che sia ragionevole per un prodotto e una tecnologia così profondamente innovativi fare appello al comune buon senso fin dall’inizio dello sviluppo.

«Ogni cliente si comporta in modo del tutto personale», chiosa Pfäfflin. «Tuttavia, come si fa a giudicare una sinfonia mai sentita prima? I nostri clienti si attendono sempre da Porsche anche un orientamento». Come suonerà la versione di serie della Mission E, non è ancora deciso. Tuttavia è certo che il ruolo dell’acustica nello sviluppo della vettura diverrà ancora più importante perché, nonostante il sound amplificato tramite altoparlanti interni ed esterni, il livello di suono assoluto risulta limitato. È pertanto determinante che non compaiano rumori di disturbo, né da componenti meccanici né dal flusso d’aria a velocità elevate. Una stretta collaborazione con i colleghi dello sviluppo, ad esempio nella galleria del vento, deve assicurare per Pfäfflin e Müller che alla fine emerga il sound Porsche. Se nelle prove di guida dovesse ancora presentarsi un suono scorretto, i due hanno pronto un mezzo straordinario già utilizzato sulle vetture con motore a combustione: la telecamera acustica. Tramite la combinazione di fotosensore e microfoni direzionali, essa permette di rendere visibili le sorgenti sonore nascoste nelle profondità della carrozzeria.

Grand opéra

Gli esperti di acustica di Porsche non sono artisti, bensì ingegneri e fisici. Con sobrietà si occupano di ordine del motore, calcoli di flusso, analisi di frequenza. E tuttavia in certi momenti un evento emozionale spezza di colpo il lavoro quotidiano degli esperti. Come quando, sfogliando alla ricerca di modelli un database acustico da loro realizzato, si imbattono nel suono di una vettura da corsa storica di Le Mans. «Allora mi viene la pelle d’oca», ammette Pfäfflin. Da capo, per favore, per ogni nuovo modello Porsche, qualunque sia il propulsore che lo spingerà nel futuro!

Testo Johannes Winterhagen
Fotografie Markus Bolsinger