Secretos sinfónicos de los motores Porsche

Desde los motores bóxer actuales de los 911 y 718 hasta la tracción puramente eléctrica del futuro, en el Centro de Desarrollo de Weissach los expertos de Porsche diseñan conceptos sonoros individuales para cada generación de motores.

Un solista de primera sale al escenario. El silencio en la sala es total. Como espectador, casi no me atrevo a respirar. El solista alza la voz. Desde el primer momento exhibe su virtuosismo con una coloratura y luego otra. A continuación, aumenta la tensión con una suave voz de bajo. Un par de compases después comienza el crescendo. A lo largo de él, la voz acelera apoyada por una orquesta con casi todos los registros: del bajo pasa al tenor y llega hasta el soprano. El final es arrebatador. Su fuerza indomable pone la piel de gallina al espectador. Entonces termina la grabación. Bernhard Pfäfflin sonríe y pregunta “Es magnífico, ¿verdad?”.

La corta pista en la que se ha registrado el solo del 911 revela características esenciales que cada Porsche debe cumplir: el sonido no es unidimensional, sino que abarca un amplio espectro de frecuencias, rasgo propio de un Porsche que lo diferencia de los rugientes modelos americanos y los modelos italianos, tendientes a la histeria. Tanto el sonido como el volumen varían según la carga, es decir, según la posición del acelerador. “Así ofrecemos al conductor un criterio adicional de orientación”, dice Pfäfflin, quien a sus 49 años es el Director de Desarrollo de Tecnología Antivibratoria y Acústica de Porsche AG. Dicho con otras palabras: es el responsable del ‘Sonido Porsche’.

En cada modelo, el tono debe ser adaptado al carácter del auto. Un GT3 debe emitir puro rock, claro está. Y algo muy importante para Pfäfflin: “Un automóvil debe sonar en consonancia con la potencia que lleva dentro”. Así que nada de pop sintético, sino música auténtica tocada por instrumentos auténticos. De hecho, los cuerpos sonoros se mezclan de tal modo que, sea cual sea el estado de carga, el resultado sea una imagen sonora armónica.

Para lograrlo, a Pfäfflin no le basta con esperar a que los ingenieros automotrices y los desarrolladores de motores construyan los primeros prototipos: la búsqueda de un buen sonido empieza mucho antes. Cuando el motor y el vehículo aún están en la fase de creación digital, el especialista en acústica Bernd Müller calcula innumerables variantes de sistema de escape y silenciadores. Dicho más exactamente: calcula los efectos de distintas combinaciones sobre el sonido del auto, ya que Müller es responsable de la acústica del cambio de carga en Porsche. El resultado son cientos de archivos de sonido. Un milagro digital que, como Müller resume gráficamente, “permite oír un automóvil antes de que exista como prototipo físico y real”. Junto con un grupo de colegas experimentados elige tres o cuatro alternativas entre toda la gama de posibilidades. Estas variantes se presentan a la Junta Directiva, que las discute tan intensamente como si fueran un diseño para la envoltura externa, tal como Müller ha podido constatar en persona. Una vez tomada la decisión, Müller empieza a definir las especificaciones del sistema de escape. Desde el diámetro del tubo hasta las dimensiones del silenciador, establece los parámetros decisivos que después procurarán el sonido perfecto.

Müller, ingeniero acústico entregado en cuerpo y alma a su profesión desde hace dos décadas, podría haber dado aquí por zanjado su trabajo si no fuera por los desarrolladores de las tracciones de la empresa, que constantemente idean importantes innovaciones en el campo de los motores. La amplia introducción de diversos motores turbo, los primeros motores de cuatro cilindros producidos desde hace muchos años, vehículos híbridos enchufables y, próximamente, hasta un sedán deportivo que funcionará únicamente con batería eléctrica, son fascinantes desafíos para Müller y pasos muy importantes para la marca Porsche.

El trombón del sistema de escape

Con los nuevos motores bóxer turbo de 3,0 litros de cilindrada, el nuevo 911 Carrera rueda todavía más rápido. Ya en la variante básica, pasa de cero a 200 km/h en 14,8 segundos, casi un segundo menos que su antecesor. La rapidez con que se genera el par motor se debe sobre todo a los dos turbocompresores, que insuflan aire a sendas filas de cilindros. Así como esta tracción despierta profundas emociones al conductor, para Müller supone una doble tarea. Ahora, los gases de escape del motor entran primero a la turbina, lo que hace que cambie la velocidad de flujo y, con ello, el patrón sonoro. El resultado es que unas alturas de tono se amortiguan más que otras, con lo que se desplaza todo el espectro de frecuencias.

Además, los turbocompresores, que llegan a girar a 200.000 revoluciones por minuto, desarrollan incluso su propia gama de ruido: el famoso silbido del turbo. Éste no es negativo de por sí, pues le indica al conductor que a continuación viene el impulso. Sin embargo, había que evitar que se produjera un continuo y molesto sonido al circular rápido por autopista. Son dos desafíos que el ingeniero acústico ha superado con maestría adoptando distintas medidas técnicas. Por ejemplo, en determinados puntos de trabajo, también la válvula de descarga (wastegate), que regula la afluencia de gases de escape hacia el compresor, obedece a requisitos acústicos. Y aún hubo un tercer reto, consistente en satisfacer un deseo que cada vez más clientes planteaban a los ingenieros acústicos de Porsche: que el sistema de escape deportivo, una opción que se puede agregar a la configuración del vehículo, sonara aún más robusto, a pesar de que el efecto del compresor tienda a amortiguarlo. El equipo de Müller encontró la solución: diseñó un silenciador especial y desplazó los tubos de escape hacia el centro posterior del vehículo, consiguiendo así que se generaran más graves. Los cambios permitieron dotar al tubo de una determinada longitud entre el catalizador y el orificio de escape. Y es que, de modo similar a lo que sucede en un trombón, en un sistema de escape la altura del tono varía según la longitud del instrumento.

Asimetría y resonancia

El año pasado Porsche introdujo en el 718 Boxster una nueva generación de motores de cuatro cilindros. Se trata de un área en la que Porsche no había trabajado desde que dejó de producir el 968 a mediados de los años noventa. El motor bóxer del 718 es por tanto un instrumento totalmente nuevo en la orquesta de Porsche.

El tono fundamental de un motor depende, básicamente, de su número de cilindros. En uno de cuatro cilindros se producen dos explosiones por cada vuelta del cigüeñal. Así pues, lo que domina acústicamente es ante todo el llamado ‘segundo orden del motor’. Por sí solo, un motor así sonaría algo tosco. Por eso, los ingenieros acústicos de Weissach, junto con los ingenieros de motores, han recurrido a un truco elegante: conscientemente han dado un diseño asimétrico al colector de escape por el que fluyen los gases de escape hacia el turbocompresor. Eso genera sobretonos (los llamados ‘órdenes secundarios’) que crean una imagen sonora agradable y mucho más redonda.

El sistema de escape del 718 permite seguir refinando el sonido. Para ello, detrás del catalizador el caudal másico de gases de escape se distribuye de nuevo entre dos ramales de distinta longitud. El tubo más corto desemboca en un silenciador clásico que sobre todo amortigua el nivel total. El ramal más largo conduce primero hasta un resonador de Helmholtz. Este elemento toma su nombre de Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz, investigador berlinés del siglo XIX. Como muchos de sus contemporáneos, Helmholtz era un erudito universal, cuyo saber abarcaba desde las células nerviosas hasta los medios de conservación de la energía o los campos magnéticos. Uno de sus descubrimientos más importantes fue el resonador que lleva su nombre. Se trata de un recipiente lleno de aire que solo tiene una abertura. Si por esta abertura pasan oscilaciones de aire, es decir sonido, el aire que hay en el recipiente comienza a vibrar y también genera un tono. Dependiendo de las dimensiones geométricas escogidas, la frecuencia propia del resonador puede incorporar un determinado tono o borrar un tono existente. Se trata de un proceso minucioso de afinado para lograr el sonido preciso, el que penetra finalmente en el oído humano tras pasar por los dos tubos de escape.

Composición para el motor eléctrico

Con la producción en serie del Mission E también ha cambiado la misión de los expertos en acústica de Porsche. De igual modo que la capacidad de aceleración de un vehículo puramente eléctrico resulta fascinante, el sonido que produce es muy leve y en él dominan además las frecuencias altas. Un sonido suave resulta práctico en determinadas situaciones –por ejemplo, cuando uno es el primero en salir de casa temprano por la mañana–, pero en el tráfico urbano, para los peatones y los ciclistas también es útil poder oír un auto antes de verlo. Por eso en algunos países, entre ellos Estados Unidos, ya están siendo preparadas leyes que establecen un volumen sonoro mínimo para los autos. Así pues, es preciso un nuevo sonido… pero ¿cuál?
La primera pregunta que Pfäfflin y Müller se han planteado es: ¿qué se adapta bien al carácter del vehículo? Compongan lo que compongan, según la filosofía de Porsche, no puede ser un sonido totalmente ajeno al vehículo. Por tanto, los sonidos artificiales tipo Star Wars están descartados. “El cliente no podrá descargarse un sonido nuevo para su Porsche eléctrico como si se tratara de un tono para el teléfono móvil”, afirma Pfäfflin. Y los expertos de Porsche tampoco creen que tenga sentido recabar un sinfín de opiniones ya desde el principio del desarrollo para un producto y una tecnología tan radicalmente nuevos.

“Cada cliente tiene su propio punto de vista”, afirma Pfäfflin. “Pero, ¿cómo juzgar una sinfonía que nunca ha sido escuchado? Nuestros clientes siempre esperan que Porsche les oriente”. El sonido de la versión de serie del Mission E aún no ha sido decidido. Lo que sí es seguro es que los ingenieros acústicos tendrán aún más protagonismo en el desarrollo del vehículo, porque, aunque el sonido esté amplificado por altavoces interiores y exteriores, el nivel absoluto de ruido será más bajo. Así pues, será imprescindible evitar cualquier ruido perturbador, ya sea de los componentes mecánicos o del viento que se genera a altas velocidades. Gracias a una estrecha colaboración con los colegas de desarrollo (por ejemplo, en el túnel de viento) Pfäfflin y Müller tienen la seguridad de que, al final, conseguirán el ‘Sonido Porsche’. Si aun así surgiera algún tono inapropiado durante el ensayo de conducción, todavía cuentan con un remedio milagroso que ya ha sido empleado en vehículos con motor de combustión interna: la cámara acústica. Esta combinación de fotosensor y micrófonos direccionales les permite visualizar las fuentes sonoras ocultas en las profundidades de la carrocería.

Gran ópera

Los expertos en acústica de Porsche no son artistas, sino ingenieros y físicos. De manera objetiva, se ocupan de órdenes de motor, cálculos de flujo y análisis de frecuencias. Y, sin embargo, en algunas ocasiones de repente se produce un suceso que rompe la rutina de su jornada de trabajo. Por ejemplo, cuando en una base de datos acústica específicamente concebida, de repente tropiezan con el sonido de un auto de carreras de Le Mans histórico. “Entonces se me pone la piel de gallina”, admite Pfäfflin. ¡Da capo (desde el principio), por favor, con cada nuevo modelo de Porsche, independientemente del motor que lo impulse hacia el futuro!

Artículo escrito por Johannes Winterhagen para la revista Christophorus. Fotografías de Markus Bolsinger.

Información proporcionada por Porsche México.