Futilités acoustiques, vrombissements et physique (niveau 3eme)

[QTB]

Salut à tous,

Voilà un sujet "détente" concernant une question qui me turlupine (oui j'ai osé ce mot) depuis quelques temps.

Je me pose la question de la réalité physique derrière les timbres particuliers liés aux différentes architectures moteur.

On peut partir de l'hypothèse que ce que nos cerveaux interprètent comme un rugissement (ou miaulement) est lié aux combustions répétés dans nos cylindres, qui, si elles sont suffisamment rapprochées, nous apparaissent comme un son continue (à l'instar de la persistance rétinienne et du cinéma pour la vue).
Pour illustrer ce phénomène, pensez à l'intro de "Swedish House Mafia One" :



Si cela vous parle davantage, pensez à votre voisin qui démarre sa tondeuse le dimanche matin à 8h27 (4 temps, monocylindre) : "tuk...........tuk......tuk..tuktuktuktuktutubraaammmmmm" (j'ai des talents d'imitateur) : on entend clairement la transition entre les combustions isolées et le vrombissement continue et régulier du moteur.

En allant un peu plus loin alors on pourrait imaginer que la fréquence fondamentale ("note") que l'on entends correspond (en Hz) au nombre de combustions dans le moteur / seconde.

En prenant l'exemple (pour faire simple) d'un régime moteur stabilisé à 3000 tpm (comme sur autoroute), on devrait avoir :

- Pour un 3 cylindre : 3000 (tpm) / 60 (minutes=> secondes) / 2 (une combustion par cylindre tout les deux tours de vilebrequin) x 3 (cylindres) = un son fréquence fondamentale de 75 Hz (basse)
- Pour un 4 cylindre : 3000 / 60 / 2 x 4 = 100 Hz (baryton)
- Pour un 6 cylindre : 3000 / 60 / 2 x 6 = 150 Hz (ténors)
- Pour un 8 cylindre : 3000 / 60 / 2 x8 = 200 Hz (contralto)
- ...

D'ailleurs pour appuyer cela, on peu remarquer qu'à cylindré et régime moteur identique un moteur monocylindre 2 temps (avec une explosion par tour de vilo) produit un bruit sensiblement plus aiguë que son équivalent 4 temps.

Je me doute qu'il y a d'autres facteurs à prendre en compte (les acousticiens et motoristes travaillant pour nous rentre nos voyages agréables) mais je suis surpris de ne pas constater qu'un moteur avec plus de cylindre ne produise pas un bruit plus aiguë qu'un moteur plus modeste.

Si vous avez des explication (ou des théories), je suis preneur

[330dMPerf]

Je trouve l’idée intéressante mais j’ai un gros doute sur les fréquences que tu indiques et encore plus sur leurs qualificatifs:
Entre 150 et. 400hz, c’est du haut grave et bas médium, le médium étant plutôt autour de 1500Hz -2000 et les aiguës commencent au delà et jusqu’à 20 000 Hz…

[QTB]

Oui j'exagère bien sur, la comparaison avec les voix humaines c'était surtout pour la blague

En réalité les voix des chanteurs s'étendent et se chevauchent sur des fréquences bien plus larges (octaves) :



De plus, comme pour les vibrations d'une corde, un moteur ne délivre pas une fréquence pure, il y a des harmoniques.

Sans compter les frottements, résonances, autres pièces en mouvements...

Dans le cas d'un V8 par exemple, il me semble qu'il y à aussi des différences de bruit assez notables en fonction de la position des manetons du vilebrequin (entre un V8 américain et italien par exemple)

Mais il doit y avoir tout de y avoir une influence du nombre de combustions/seconde...

Je suis curieux de connaître les raisons techniques des timbres si particuliers de certaines motorisation

[DerMond]

Tu as une erreur d'un facteur 2 dans les fréquences que tu as calculées (fréquence fondamentale), mais les formules sont correctes (je précise que c'est uniquement pour des moteurs 4 temps) :

3 cylindres @ 3000 tr/min => (3000/60)*(1/2)*3 = 75 Hz | Peugeot 308 II 1.2 PureTech (L3)

Pas besoin de faire le calcul pour les autres nombres de cylindres, une règle de 3 suffit car la fréquence fondamentale est proportionnelle au nombre de cylindres (j'ai rajouté les autres nombres de cylindres qu'on croise dans la production automobile actuelle et un ou plusieurs exemples de modèles à côté) :

4 cylindres @ 3000 tr/min => 100 Hz | Audi S3 8V (L4)
5 cylindres @ 3000 tr/min => 125 Hz | Audi RS3 8V (L5)
6 cylindres @ 3000 tr/min => 150 Hz | BMW M2 F87, Audi S5 B8, Porsche GT3 , VW Golf V R32 (L6, V6, Boxer, VR6)
8 cylindres @ 3000 tr/min => 200 Hz | MB C63 AMG W204, Ferrari 458 Italia (V8), VW Passat B5 (W8)
10 cylindres @ 3000 tr/min => 250 Hz | Dodge Viper, Audi R8 II (V10)
12 cylindres @ 3000 tr/min => 300 Hz | Ferrari 599 GTB, Bentley Continental GT (V12, W12)

Et donc tu vois bien qu'à régime moteur fixé, plus le nombre de cylindres est grand et plus la fréquence fondamentale va être grande. Donc de façon générale, un moteur avec un nombre de cylindres plus grand va émettre un son plus haut, c'est-à-dire de fréquence fondamentale plus élevée, un son plus aigu en somme.

Une Ferrari 599 GTB qui monte à 8000 tr/min en pleine accélération correspond à une fréquence fondamentale de 800 Hz par exemple (et elle a un vilebrequin plat donc ça rajoute un aspect strident au son, voir plus bas). Si tu écoutes un son pur de fréquence 800 Hz, même si cette dernière est classée dans les fréquences medium, tu vas quand même considérer ça comme un son aigu, assez désagréable à écouter de façon prolongée.

Ensuite comme tu le dis, des sons de même hauteur ne vont pas forcément être perçus de la même façon par l'oreille humaine si ceux-ci ont des timbres différents (le timbre c'est la composition du son, i.e. la fréquence fondamentale et ses différentes harmoniques, soit encore les fréquences contenues dans ce son et le poids de chacune de ces fréquences dans le son). Enormément de facteurs rentrent en compte comme l'échappement, l'ordre d'allumage, l'induction forcée ou naturelle ou encore le design du vilebrequin. Voir par exemple un V8 avec vilebrequin en croix (MB C63 AMG W204) ou un V8 avec un vilebrequin plat (Ferrari 458 Italia) qui impliquent des ordres d'allumage différents. Avec un vilebrequin en croix on aura un V8 qui glougloute tandis qu'avec un vilebrequin plat on aura un V8 qui sonne plus rond et qui a tendance à hurler dans les tours, voir cet excellent article à ce sujet : https://www.2et4roues.fr/pourquoi-les-v ... fferentes/

[300&quelques]

Sympa ce topic

[330dMPerf]

Bon, je vais sortir mon tel avec son app sonomètre de pro (Faber).
Pour autant, mon observation était infondée car je pensais, à tort, que les fréquences des voix « normales » étaient plus « hautes », au dessus de 1000Hz et dans les aiguës a plus de 3500Hz.
Alors que le contre-ut, note la plus haute qu’un soprano peut sortir, dépasse à peine les 1000Hz !
Et il faut aussi noter que le bruit du moteur n’est pas le son en sortie d’échappement, avec tout l’impact de ce dernier, plus ou moins libre, sur le niveau et les fréquences…

[QTB]

Tu as une erreur d'un facteur 2 dans les fréquences que tu as calculées (fréquence fondamentale), mais les formules sont correctes (je précise que c'est uniquement pour des moteurs 4 temps) :

3 cylindres @ 3000 tr/min => (3000/60)*(1/2)*3 = 75 Hz | Peugeot 308 II 1.2 PureTech (L3)

Pas besoin de faire le calcul pour les autres nombres de cylindres, une règle de 3 suffit car la fréquence fondamentale est proportionnelle au nombre de cylindres (j'ai rajouté les autres nombres de cylindres qu'on croise dans la production automobile actuelle et un ou plusieurs exemples de modèles à côté) :

4 cylindres @ 3000 tr/min => 100 Hz | Audi S3 8V (L4)
5 cylindres @ 3000 tr/min => 125 Hz | Audi RS3 8V (L5)
6 cylindres @ 3000 tr/min => 150 Hz | BMW M2 F87, Audi S5 B8, Porsche GT3 , VW Golf V R32 (L6, V6, Boxer, VR6)
8 cylindres @ 3000 tr/min => 200 Hz | MB C63 AMG W204, Ferrari 458 Italia (V8), VW Passat B5 (W8)
10 cylindres @ 3000 tr/min => 250 Hz | Dodge Viper, Audi R8 II (V10)
12 cylindres @ 3000 tr/min => 300 Hz | Ferrari 599 GTB, Bentley Continental GT (V12, W12)

Et donc tu vois bien qu'à régime moteur fixé, plus le nombre de cylindres est grand et plus la fréquence fondamentale va être grande. Donc de façon générale, un moteur avec un nombre de cylindres plus grand va émettre un son plus haut, c'est-à-dire de fréquence fondamentale plus élevée, un son plus aigu en somme.

Une Ferrari 599 GTB qui monte à 8000 tr/min en pleine accélération correspond à une fréquence fondamentale de 800 Hz par exemple (et elle a un vilebrequin plat donc ça rajoute un aspect strident au son, voir plus bas). Si tu écoutes un son pur de fréquence 800 Hz, même si cette dernière est classée dans les fréquences medium, tu vas quand même considérer ça comme un son aigu, assez désagréable à écouter de façon prolongée.

Ensuite comme tu le dis, des sons de même hauteur ne vont pas forcément être perçus de la même façon par l'oreille humaine si ceux-ci ont des timbres différents (le timbre c'est la composition du son, i.e. la fréquence fondamentale et ses différentes harmoniques, soit encore les fréquences contenues dans ce son et le poids de chacune de ces fréquences dans le son). Enormément de facteurs rentrent en compte comme l'échappement, l'ordre d'allumage, l'induction forcée ou naturelle ou encore le design du vilebrequin. Voir par exemple un V8 avec vilebrequin en croix (MB C63 AMG W204) ou un V8 avec un vilebrequin plat (Ferrari 458 Italia) qui impliquent des ordres d'allumage différents. Avec un vilebrequin en croix on aura un V8 qui glougloute tandis qu'avec un vilebrequin plat on aura un V8 qui sonne plus rond et qui a tendance à hurler dans les tours, voir cet excellent article à ce sujet : https://www.2et4roues.fr/pourquoi-les-v ... fferentes/

Mea culpa ! j'ai dû oublier de diviser par deux... et j'ai effectivement fait une règle de trois sur base d'un résultat erroné pour les autres architectures moteur (ou plutôt le nombre de cylindres).

Je me permets d'éditer mon message (j'ai trop honte ) Merci de me l'avoir fait remarqué

Effectivement, j'avais déjà évoqué les différences en fonction des types de vilebrequins sur les V8, mais tu l'as bien mieux expliqué (avec des sources en plus )

Quant à l'ordre d'allumage, ça me surprendra toujours que l'on puisse le déceler à l'oreille... Normalement les manetons du vilo sont agencés de manière a ce qu'il y ait une combustion tout les X° non ? Les quelques centimètres d'écart entre un cylindre et un autre peut avoir une influence suffisante quant à la résonance produite dans l'échappement (un peu à l'instar d'une flûte) ?

Quoi qu'il en soit, je n'y avais pas pensé mais si la position du cylindre quand lequel se produit la combustion à une influence, cela peut expliquer pas mal de choses. puisque nos oreilles (ou plutôt nos cerveaux) ont tendance à confondre les multiples entiers d'une fréquence sonore (comme une fondamentale et ses harmoniques, interprété comme 1 source sonore) et à dissocier les fréquences qui ne sont pas des multiples entiers ( on perçoit 2 sources sonores distinctes).

Du coup, cela pourrait expliquer également les différences perçues entre un V6, un VR6, un L6 et un flat 6 par exemple...

Intéressant