หวานเจี้ยบ! V10 ENGINE SOUND IN LEXUS LFA

LFA เปิดตัวในเดือนตุลาคม 2009 และปรากฏตัวที่งาน Tokyo Motor Show ด้วยเสียงเครื่องยนต์ที่แหลมสูงคล้ายเสียงของรถแข่ง F1 จากเสียงของเครื่อง V10 ในช่วงเปิดผ้าคลุมโดยประธาน Akio Toyoda ก้าวลงจากรถแล้วกล่าวต่อผู้สื่อข่าวว่า

ผมมีส่วนร่วมในการสร้างลักษณะทางกายภาพของ LFA ตั้งแต่ช่วงแรกของการพัฒนา สำหรับผมแล้ว ความเป็น Lexus ที่สมบูรณ์แบบคือบุคลิกที่ผู้สร้างได้ทุ่มเทให้กับการแสวงหาความแท้จริง เมื่อคุณได้สัมผัสแล้ว คุณจะติดใจไปตลอดชีวิต เราได้สร้างรถยนต์ที่มีบุคลิก มีเสน่ห์และประณีตให้กลายเป็นรถสปอร์ตรุ่น LFA ผมเชื่อว่าการก้าวข้ามขีดจำกัดในการพัฒนา LFA นั้นเป็นหัวใจสำคัญของการผลิตรถยนต์ นั่นคือการส่งต่อและยกระดับทักษะและเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าเวลาจะเปลี่ยนไปอย่างไร

LFA ผสมผสานเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยที่สุดในยุคนั้นเข้าด้วยกัน เป็นเครื่องหมายของการแสวงหาความสุขในการขับขี่ขั้นสูงสุดที่ออกแบบมาเพื่อสร้างความตื่นเต้นและกระตุ้นประสาทสัมผัส ในฐานะส่วนหนึ่งของความท้าทายในการพัฒนาที่ไม่เคยมีมาก่อนนี้ วิศวกรของ Lexus ได้พยายามอย่างเต็มที่เพื่อให้ได้เสียงเครื่องยนต์ที่ไพเราะ โดยได้รับความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญด้านเสียงของ Yamaha ใน LFA ผู้ขับเปรียบเสมือนวาทยากรที่ใช้คันเร่งเพื่อประสานเสียงอันไพเราะ ระหว่างท่อไอเสียด้านหลังและเสียงไอดีที่ด้านหน้าของรถ

เสียงเครื่องยนต์ของรถ Toyota โตโยต้าถูกสร้างมาอย่างไรในช่วงหลายปีที่ผ่านมา? วิศวกร ชินอิจิ ซาโนะ จากแผนกพัฒนาประสิทธิภาพ ความไวต่อความรู้สึก แผนกการประเมินและวิศวกรรมยานยนต์ของ Lexus ตามที่ซาโนะกล่าว ทุกอย่างเริ่มต้นขึ้นจากการแสวงหารถยนต์ที่เงียบสนิทในช่วงทศวรรษที่ 1980 แทนที่จะสร้างเสียงท่อระบายท้าย หรือเสียงสูดอากาศของท่อไอดี Lexus  พยายามทำให้เครื่องยนต์และท่อระบายท้ายที่มีเสียงเงียบที่สุดเท่าที่จะทำได้

ในช่วงทศวรรษที่ 1980 ผู้คนในอุตสาหกรรมยานยนต์ต่างพูดถึง NVH (Noise, Vibration, Harshness) เมื่อเปิดตัวในปี 1989 Lexus LS รุ่นแรกก็สร้างความตะลึงให้กับโลกด้วยความเงียบด้วยเครื่องยนต์ V8 ที่มีความสมดุลดีเยี่ยม ตามแนวคิดการพัฒนาของหัวหน้าวิศวกรของ LS นั่นก็คือ อิจิโร ซูซูกิ เขาตั้งใจที่จะสร้างโครงสร้างเครื่องยนต์ที่ถ่ายโอนพลังงานโดยตรงไปยังล้อโดยไม่ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนที่ไม่จำเป็น ในทางกลับกัน บันทึกจากช่วงเวลาของการพัฒนา LS รุ่นแรกระบุว่า วิศวกร  Lexu พยายามไม่เพียงแค่ทำให้รถเงียบลง แต่ยังกำจัดเสียงรบกวนออกไปด้วย และ เหลือไว้เพียงเสียงที่น่าฟังเท่านั้น

ต้นทศวรรษ 1980 มีการพัฒนาคู่ขนานไปพร้อมกัน นั่นก็คือ เครื่องมือจำลองเสียง ซึ่งสามารถสร้างเสียงสังเคราะห์เพื่อให้ตรงกับรอบเครื่องยนต์ แต่เสียงสังเคราะยังไม่มีขนาดที่เหมาะสมและสามารถติดตั้งในรถยนต์ได้ จึงมีการสร้างห้องจำลองเสียงขึ้นมาเพื่อทดสอบผลลัพธ์แทน จากนั้นในช่วงปลายทศวรรษ 1980  Lexus มีบันทึกการทดลองที่รวมถึงการสร้างเสียงสังเคราะห์ด้วย Toyota MR2 และการติดตั้งเครื่องจำลองใน Toyota Century เครื่องจำลองเสียงดังกล่าวมีขนาดเล็กลงมาก แต่ยังคงใช้พื้นที่ท้ายรถเกือบทั้งหมด บันทึกการทดลออธิบายว่า เสียงที่ไม่ตรงกับแรงสั่นสะเทือนของรถหรือความสบายในการขับขี่ จะทำให้รู้สึกไม่เข้ากัน ซึ่งแสดงให้เห็นว่ารถแต่ละคันมีลักษณะเสียงที่เหมาะสมเป็นของตัวเอง

ณ จุดนี้ Lexus ไม่ได้มุ่งหน้าไปสู่การสร้างเสียงเครื่องยนต์ที่ไพเราะอย่างเต็มที่ วิธีเดียวที่จะลดเสียงรบกวน โดยเฉพาะเสียงที่เกิดขึ้นจากความถี่ต่ำ นั่นคือ การเพิ่มมวล และในยุคนั้น วิศวกรต้องต่อสู้กับความต้องการที่ขัดแย้งกัน ในการสร้างรถยนต์ที่เงียบกว่าพร้อมทั้งลดน้ำหนักของรถยนต์อีกตะหาก ทุกอย่างของการสร้างเสียงจึงดูขัดแย้งกับการทำให้รถเงียบ 

ผู้ผลิตรถยนต์ในยุโรปมักจะสร้างมาตรฐานใหม่ๆ อยู่เสมอ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง BMW ซึ่งเน้นเสียงเครื่องยนต์อย่างตั้งใจ และทำให้แน่ใจว่าคนขับจะสามารถได้ยินเสียงการทำงานที่โดดเด่นในรถยนต์เครื่องยนต์สี่สูบหรือหกสูบ กระบวนการพัฒนาเริ่มต้นจากการใช้ FFT เพื่อวิเคราะห์ลักษณะเสียงเครื่องยนต์จากผู้ผลิตรถยนต์ในญี่ปุ่น อเมริกา และยุโรป วิศวกรของ Toyota สำรวจขอบเขตของความชอบในสามภูมิภาค โดยให้ผู้ขับขี่รับฟังเสียงที่สร้างขึ้น เพื่อตรวจสอบว่าภูมิหลังทางวัฒนธรรมที่แตกต่างกันนั้นหล่อหลอมรสนิยมของผู้คนในแต่ละภูมิภาคอย่างไร

เมื่อพล็อตการกระจายของเสียงที่ปล่อยออกมาจากรอบการดูด อัด ระเบิดและคาย การระบายไอเสียของเครื่องยนต์ การเผาไหม้ในเครื่องยนต์ลูกสูบ เกิดขึ้นหนึ่งครั้งต่อกระบอกสูบทุกๆ สองรอบของเพลาข้อเหวี่ยง การหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงสร้างพัลส์ (แรงสั่นสะเทือน) ที่ส่งถึงหูของมนุษย์ในรูปของเสียง

กราฟด้านบนแสดงเสียงลำดับที่หนึ่งเมื่อเกิดพัลส์หนึ่งครั้งต่อรอบ และแสดงเสียงลำดับที่สองเมื่อเกิดพัลส์สองครั้ง ในเครื่องยนต์สี่สูบเรียง การเผาไหม้จะเกิดขึ้นสองครั้งต่อรอบ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมลำดับเลขคู่ (ที่ 2 ที่ 4) จึงดูแข็งแกร่งที่สุด จุดประสงค์ก็คือ สามารถคิดถึงลำดับเป็นจำนวนพัลส์ต่อรอบได้ เพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างราบรื่น คาบเวลาการเผาไหม้ของกระบอกสูบ จะถูกเว้นระยะห่างกัน

เสียงของเครื่องยนต์บ็อกเซอร์สูบนอนที่เร้าใจ เกิดจากท่อร่วมไอดีที่มีความยาวไม่เท่ากัน แม้ว่าความแตกต่างกัน จะส่งเสียงที่ไม่รุนแรงเท่ากับเครื่องยนต์บ็อกเซอร์ แต่กระบอกสูบในเครื่องยนต์แบบแถวเรียง ก็มีความยาวท่อที่แตกต่างกันไปตามพื้นที่ว่าง ดังนั้น กระบอกสูบแต่ละกระบอกจึงส่งเสียงที่แตกต่างกัน

เมื่อลองเป่าขลุ่ยรีคอร์เดอร์ เสียงเปลี่ยนไปอย่างไรขึ้นอยู่กับรูที่คุณปิดไว้และระยะห่างระหว่างรูเหล่านั้นกับปากของคุณ ลองนึกภาพท่อไอเสียของรถยนต์เป็นเครื่องรีคอร์เดอร์ ความยาวของท่อทั้งสองจะกำหนดเสียงไอดีและไอเสีย เสียงที่เกิดจากกระบอกสูบที่สาม ซึ่งทำงานเป็นกระบอกสูบที่สองนั้นดังกว่ากระบอกสูบอื่นๆ และความแตกต่างระหว่างกระบอกสูบทั้งสองนั้น เกิดขึ้นเพียงครึ่งเดียว

การวิเคราะห์เสียงเครื่องยนต์ในญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และยุโรปเผยให้เห็นว่า เสียงเครื่องยนต์ที่เรียบง่ายซึ่งประกอบด้วยเสียงตามลำดับนั้นไพเราะที่รอบต่ำ แต่จะรู้สึกเบาที่รอบสูง ในทางกลับกัน ในขณะที่เสียงรบกวนแบบครึ่งลำดับ ส่งผลให้เสียงเครื่องยนต์มีความหนาแน่นและทรงพลังมากขึ้นที่รอบเครื่องสูง แต่เมื่อความเร็วต่ำ ผู้ฟังหลายคนรู้สึกว่ามันทำให้เสียงเครื่องยนต์ดังอึดอัดและเฉื่อยชา

เพื่อสร้างเสียงที่เป็นที่ต้องการ ทีมงานพิจารณาถึงความกลมกลืนและความไม่กลมกลืน เพื่อกำหนดการกระจายเสียงที่เหมาะสมที่สุด สำหรับความเร็วเครื่องยนต์ที่แตกต่างกัน การแสวงหาความเงียบนั้นมุ่งหวังที่จะเพิ่มมูลค่าด้วยการกำจัดเสียงรบกวนออกไป สำหรับรถสปอร์ตที่เต็มไปด้วยอารมณ์ มีความปรารถนาที่เพิ่มเสียงเครื่องยนต์ให้มากขึ้นเพื่อก้าวไปอีกขั้น ด้วยการสร้างเสียงเครื่องยนต์ที่ทำให้ผลิตภัณฑ์น่าดึงดูดใจมากขึ้นและทำให้แบรนด์แข็งแกร่งขึ้น

“ใน Lexus GS คุณจะสัมผัสได้ถึงความปรารถนาที่จะสร้างเสียงที่เข้มข้นขึ้น” ซาโนะกล่าว “นี่ถือเป็นตัวอย่างแรกของการพัฒนาเสียงโดยใช้เครื่องกำเนิดเสียง ซึ่งต่อมาได้นำมาใช้กับ Toyota 86 และรถสปอร์ตรุ่นอื่นๆ ถึงกระนั้น ณ จุดนี้ เรายังไม่สามารถก้าวข้ามอุปสรรคเรื่อง ‘ความเงียบ’ ได้อย่างสมบูรณ์”

“ด้วย LFA” ซาโนะกล่าว ซึ่งเป็นคำตอบที่วิศวกรคนอื่นๆเห็นด้วย LFA เปิดตัวในปี 2010 ประมาณสิบปีหลังจากเริ่มวางแผนครั้งแรก จำหน่ายทั่วโลกเพียง 500 คัน ด้วยเครื่องยนต์ V10 ที่มีขนาดกะทัดรัดกว่า V8 การพัฒนาส่วนประกอบแต่ละชิ้นถูกทำขึ้นเป็นพิเศษ ทำให้ LFA กลายมาเป็นรถสปอร์ตเรือธงของ Lexus

วิศวกรที่ดูแลการออกแบบเสียงในสมัยนั้นเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการสร้างเสียงที่หนักแน่นในระดับที่หนึ่ง สอง และสาม สร้างเสียงท่อไอเสียที่มีฮาร์โมนีชัดเจนในระดับอ็อกเทฟ โดยเพิ่มฮาร์โมนีครึ่งหนึ่งที่ด้านไอดีในรอบสูง เพื่อให้ได้เสียงที่หนาแน่นและซับซ้อนมากยิ่งขึ้น สำหรับเสียงไอดี มีการสร้างและทดสอบท่อไอดีต้นแบบจำนวนนับไม่ถ้วน โดยใช้เทคโนโลยีดั้งเดิมของ Yamaha การวิเคราะห์เพื่อพัฒนาเสียงของท่อิไอเสียในอุดมคติ ซึ่งทรงพลังที่รอบต่ำ และมีโทนเสียงที่คมชัดขึ้นในรอบสูง

ผู้ช่วยผู้จัดการแผนกพัฒนาประสิทธิภาพความอ่อนไหว ยูสึเกะ นากายามะ รับหน้าที่ด้านการผลิตเสียงสำหรับ Lexus LC ซึ่งสืบทอดปัจจัยด้านเสียงของ LFA ซึ่งถูกนำมาเป็นส่วนหนึ่งของ DNA “เครื่องยนต์ LFA ที่สร้างเสียงคำรามอันน่าทึ่ง คือเครื่องยนต์ V10 ที่มีช่วงการจุดระเบิดที่สม่ำเสมออย่างสมบูรณ์แบบ” เขาอธิบายว่า “จากสิ่งที่ได้ยิน มุมเอียง 72 องศา ถูกเลือกมาเพื่อให้ได้เสียงที่ดีที่สุด”

ความคิดเห็นของ Nakayama ได้รับการสนับสนุนจากเอกสารระบบไอเสียในยุคนั้น ซึ่งระบุว่า การจำลองที่เพิ่มกระบอกสูบสองกระบอก ในเครื่องยนต์ V8 ที่วางทำมุมเอียง 90 องศา ไม่สามารถสร้างเสียงที่เหมาะสมได้ เนื่องจากช่วงการจุดระเบิดที่ไม่มีความสม่ำเสมอ จากผลลัพธ์ดังกล่าว ทีมงานได้บันทึกว่า “เราตัดสินใจพัฒนาเครื่องยนต์ที่มีมุมเอียง 72 องศาเพื่อสร้างซาว์ดที่สมบูรณ์แบบสูงสุด”

เครื่องยนต์แบบ V จะมีกระบอกสูบ 2 แถว และมุมของรูปร่างตัว V ที่เกิดขึ้นนั้น เรียกว่ามุมแถว มุมนี้มีผลอย่างมากต่อการสั่นสะเทือนของเครื่องยนต์ รวมถึงเสียงเครื่องยนต์ด้วย ในมุมแถว 72 องศาของเครื่องยนต์ V10 ใน LFA การเผาไหม้ภายในกระบอกสูบจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่เท่ากัน ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนน้อยลง และทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างราบรื่นมากขึ้น ส่งผลให้เกิดเสียงเครื่องยนต์ที่บริสุทธิ์ ดังนั้น การเปลี่ยนมุมเป็น 72 องศา ช่วยปรับปรุงสมดุลของเครื่องยนต์ และทำให้เครื่องมีเสียงที่ดีขึ้นได้อย่างแน่นอน แต่น่าเสียดายที่มุมนี้ ยังถูกกำหนดโดยปัจจัยอื่นๆ ตั้งแต่พื้นที่ห้องเครื่องไปจนถึงขนาดและการจัดเรียงของชิ้นส่วนเครื่องยนต์แต่ละชิ้น มุม 72 องศานั้น ทำได้สำเร็จก็ด้วยการพัฒนาชิ้นส่วนแต่ละชิ้นโดยเฉพาะ สำหรับจุดประสงค์ในการสร้าง Engine Sound

ระบบไอเสียที่มีความยาวเท่ากัน พร้อมโครงสร้างท่อสามท่ออันเป็นเอกลักษณ์ ให้เสียงประสานที่ชัดใสราวกับแก้วคริสตัล หม้อพักไอเสียที่ส่งเสียงเบสทุ้มลึกในรอบเครื่องต่ำ และเสียงคำรามอย่างเกรี้ยวกราดของเครื่องยนต์ V10 ที่รอบเครื่องสูง ระบบไอดีที่มีความยาวเท่ากัน ให้เสียงสะท้อนที่ชัดเจนจากไอดีที่ดังสนั่น และกลไกถ่ายโอนเสียงที่นำเสียงไอดีเข้าสู่ตัวรถ.

อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th 
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom 
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/