Différences entre musique, sons moteur, et autres rythmes
Rappelons que la musique est une alternance de sons et de silences de durées variables, structurée avec des groupements, répétitions, et variations de plusieurs motifs rythmiques liés à des lois mathématiques, avec une structure temporelle de base constituée d'une succession de mesures comprenant chacune un même nombre de temps identiques (le plus souvent 4 temps mais rien à voir avec les moteurs) battus à une certaine cadence (tempo) en battements ou pulsations par minute, avec dans le cas de la musique occidentale, généralement :
- une suite de plusieurs notes de différentes hauteurs (suivant fréquence fondamentale) supérieures à celles du motif rythmique joué à la basse ou par des percussions, et faisant partie d'un même mode musical (associé à une progression donnée des intervalles de fréquence) comportant un nombre limité de notes compatibles avec les instruments à fréquences fixes, et pouvant être jouées :
. successivement dans une mélodie avec des durées variables des notes et silences parmi celles correspondant aux subdivisions du rythme temporel de base, avec des nuances ou variation d'intensité sonore (dynamique)
. simultanément en accompagnement d'une mélodie et constituant avec au moins 3 notes des accords avec plusieurs intervalles plus ou moins consonants, voir article précisant ces intervalles suivant lien ci-dessous :
https://architectures-et-sons-de-moteurs.blog4ever.com/Intervalles musicaux des sons moteurs
- différents instruments liés à une ou plusieurs composantes de la musique (structure rythmique, mélodie, ou accord) avec pour chacun un timbre spécifique (répartition et durée des harmoniques, attaque, enveloppe, etc...), les percussions au timbre inharmonique étant généralement dédiées à la structure rythmique, et les basses fréquences à l'accompagnement harmonique.
Comme la musique, les sons de moteurs produisent des motifs rythmiques, avec des harmoniques comme la plupart des instruments de musique, mais avec :
- des motifs rythmiques dominants invariables car liés sur les multicylindres au couplage et à la géométrie d'échappement et au positionnement angulaire des évènements sonores dans le cycle moteur, pas directement audibles en théorie lorsque l'intervalle entre ces événements devient inférieur à environ 50 ms, ce qui correspond à un régime en tr/min supérieur à : intervalle d'allumage maxi (en degré d'angle de rotation) x 10/3, par exemple 1500 tr/min pour un bicylindre calé à 270°-450°, ces motifs rythmiques pouvant se manifester par une forte modulation d'amplitude à bas régimes si intervalles d'allumage importants (monocylindre 4 temps, multicylindres à allumages non équidistants), avec jusqu'à 3 intervalles d'allumage différents, ou si couplage d'échappement ne permettant pas des pulsations de même pression, par exemple banc de 4 cylindres en ligne 4 temps à vilebrequin crossplane avec allumages à 180°-270°-180°-90° correspondant à un motif à 4 battements à intervalles de temps de 2-3-2-1 sur 8 temps de durée égale, ce motif théorique étant en plus perturbé si collecteur 4 en 1 par banc (sur la plupart des anciens V8 américains) engendrant une surpression ponctuelle à chaque cycle lors des allumages successifs à seulement 90° d'intervalle, ce qui donne 4 niveaux d'amplitude sonore sucessives :
- 4-3-1-2 par banc, avec intervalles de temps non équidistants de 2-3-2-1
ou sur un V8 crossplane avec 1 échappement 4 en 1 par banc :
- 4-1-3-2-4-1-3-2, à intervalles équidistants avec une alternance sur banc gauche (G) ou droit (D) de :
- G4-D1-G3-D2-D4-G1-D3-G2 (ou inversement)
- une hauteur tonale et un tempo liés ensemble au régime moteur, avec une variation proportionnelle de la fréquence des harmoniques assimilable à un portamento en musique, ces variations étant en dents de scie lors des accélérations/décélérations avec changements de rapports de boîte de vitesses ou sur un coup de gaz à vide, cette hauteur tonale étant plus perceptible avec des pulsations d'échappement équidistantes donnant des harmoniques dominantes, et beaucoup moins perceptible avec de nombreux événements sonores (intervalles d'allumages non équidistants, Diesel), et en théorie non perceptible si la durée de chaque événement devient inférieure à 5 m/s
- un son continu (pas de silence) avec des bruits parasites (résonances, accessoires, roulement, aérodynamique)
- des nuances (intensité sonore) avec une dynamique plus élevée en charge et à haut régime et des résonances à certains régimes pour certaines fréquences
- des intervalles de fréquence à la fois consonants (dominants sur multicylindres à intervalles d'allumage équidistants) et dissonants (dominants sur monocylindre, si intervalles d'allumage ou d'échappement non équidistants, si partiels inharmoniques de rang élevé pour les Diesel, ...)
- au final, pas de mélodie au sens musical car il y a bien des variations de hauteur tonale dans le temps mais :
. uniquement lors des changements d'allure ou de rapports de boîte (voire avec coups de gaz à vide), donc de façon aléatoire lors d'une utilisation du moteur sur route ouverte et avec des variations de régime toujours en continu sans une succession de notes distinctes de durée déterminée et donc sans les intervalles de hauteur associés à un mode ou à une gamme musicale
. avec un tempo et une intensité augmentant proportionnellement à la hauteur
On dit parfois qu'un moteur est musical voire mélodieux alors qu'il s'agit d'harmonie avec des intervalles de fréquence consonants entre harmoniques, ce qui nécessite un moteur atmosphérique à allumage commandé avec un nombre de cylindres ou régime suffisant pour être dans une plage de fréquences suffisamment élevée, des tubulures d'échappement de longueurs identiques regroupant des cylindres à intervalles d'allumage équidistants, si possible en nombre impair (3 pour consonance de quinte, 5 pour consonance de tierce majeure), avec un meilleur résultat pour 2 bancs de cylindres à allumage équidistant de l'ensemble des cylindres (ou presque sur des moteurs très "musicaux" comme un V12 Ferrari avec allumage à 55°/65°, ou un V10 Porsche Carrera GT avec allumage à 76°/68°, le dernier chiffre correspondant à l'angle du V et à l'allumage successif des 2 cylindres opposés de chaque banc dont les bielles respectives sont accouplées au même maneton de vilebrequin).
Comme pour la musique, certaines personnes peuvent préférer un son plus axé sur le rythme que sur l'harmonie au sens musical, avec une impression de grognement ou de battement, notamment à bas régime pour les moteurs 4 temps avec des pulsations d'échappement non équidistantes (par ex V2 4 temps ou V8 crossplane) ou à intervalles élevés (monocylindres).
Une imitation des sons moteurs à différents régimes est possible avec un son harmonique maintenu et des variations de hauteur tonale en continu lors des changements de régime, comme par exemple avec :
- la voix humaine
- les instruments de musique à corde ou à vent et utilisable sans notes fixes comme le violon, la guitare électrique, le trombone à coulisse :
Sur un moteur au ralenti, le son est perçu comme une répétition de battements à intervalles de temps proportionnels à la succession des pulsations d'échappement, avec une imitation possible à partir d'un motif rythmique joué par des instruments de musique à condition de lire l'enregistrement à un tempo qui est généralement plus rapide sur les moteurs modernes :
Pour les moteurs à pulsations d'échappement non équidistantes, l'amplitude sonore augmente lorsque les intervalles entre pulsations sont réduits et entraînent une augmentation de pression dans le système d'échappement (par exemple sur un banc de 4 cylindres en ligne crossplane ou sur chaque banc de V8 crossplane avec un des intervalles d'allumage de 90° mais un seul collecteur primaire d'échappement de type 4 en 1 par banc).
A l'inverse de l'imitation des sons moteurs par un instrument de musique, il est possible de jouer grossièrement une mélodie avec un moteur thermique multicylindres à allumage commandé dont le régime à vide peut être ajusté de façon très rapide et précise sur une plage de fréquences au moins équivalente à celle de la mélodie :
Quelques précisions intéressantes sur les différents rythmes et éléments musicaux (nécessitant de se familiariser un minimum avec le vocabulaire musical souvent assez flou et la lecture peu intuitive de partitions souvent assez complexes), l'objectif n'étant pas de tout connaître du solfège, des subtilités de la composition ou de l'interprétation, mais de comprendre surtout quelles sont les caractéristiques permettant de reconnaître un genre musical :
https://rythmes-et-elements-musicaux.blog4ever.com/
Quelques sites avec des expériences interactives, des boîtes à rythmes, et des documents sur le son et la structure de la musique :
https://phyanim.sciences.univ-nantes.fr/Ondes/son/
https://musiclab.chromeexperiments.com/Experiment
https://dbkaplun.github.io/euclidean-rhythm/
https://www.musicca.com/fr/boite-a-rythmes
https://learningmusic.ableton.com/fr/
https://co-creation.net/musique_et_sons/documents_musique/livre_musique.pdf
https://woodandfirestudio.com/fr/tonstudio-blog/musiktheorie/
https://www.mamie-note.fr/cours/
https://cnmlab.fr/recueil/musique-et-donnees/chapitre/11/
https://www.spirit-science.fr/doc_musique/Gammes_modes.htm
https://www.jihef.fr/harmonie.html
https://books.google.fr/books?id=j89_Jlka1lUC&printsec=frontcover&hl=fr#v=onepage&q&f=false
https://newt.phys.unsw.edu.au/jw/musFAQ.html
Autres rythmes sonores caractéristiques des transports du début de l'ère industrielle jusqu'à la moitié du 20ème siècle, ceux des chevaux et des trains.
Lors du déplacement d'un cheval, les sabots battent le sol avec au moins 3 allures naturelles distinctes (un peu comparables à une boîte de vitesses à 3 rapports !) correspondant chacune à un rythme bio-mécanique avec une succession particulières des appuis à une cadence donnée :
- le pas, avec 4 temps égaux d'environ 0,5 sec soit 30 cycles ou 120 battements par minute pour environ 7 km/h selon une succession latérale avant/arrrière des posés de pieds ARD, AVD, ARG, AVG, ce qui correspondrait en terme de rythme à un 4 cylindres 4 temps à intervalles d'allumage égaux de 180° tournant à un hypothétique ralenti de 60 tr/min !
- le trot, avec 2 temps égaux d'environ 0,4 sec soit 75 cycles ou 150 battements doubles par minute pour environ 14 km/h (et jusqu'à 140 cycles ou 240 battements doubles par minute pour plus de 40 km/h en course) selon une alternance d'appuis simultanés (voire légèrement décalés) des 2 pieds en diagonale (bipède diagonal) AVD + ARG et AVG + ARD (chaque appui double étant séparé par un saut sans aucun appui), ce qui correspondrait en terme de rythme à un 4 cylindres 2 temps à intervalles égaux de 180° et allumage simultané de 2 cylindres type Suzuki 500 RG tournant à un hypothétique ralenti (sans les ratés d'allumage typiques du 2 temps) de 75 tr/min !
- le galop, avec 3 temps (ta-ga-da) plus ou moins inégaux et environ 100 cycles par minute pour une vitesse le plus souvent supérieure à 21 km/h (et jusqu'à 145 cycles par minute pour plus de 55 km/h en course) selon une succession asymétrique des pieds et un saut sans aucun appui et de durée variable en fonction de la vitesse :
. galop gauche suivant séquence ARD, ARG + AVD simultanés voire légèrement décalés, AVG et saut
ou
. galop droit suivant séquence ARG, ARD + AVG simultanés voire légèrement décalés, AVD et saut,
ce qui pourrait correspondre en terme de rythme à un 3 cylindres 4 temps type Laverda des années 80 à intervalles d'alumage inégaux de 180°-180°-360° si la durée du saut est double de celle des autres intervalles entre appuis, et avec un hypothétique ralenti bien inférieur à la réalité.
Lors du déplacement d'un train à vapeur sur une voie ferrée, on a 2 rythmes caractéristiques dont la cadence est proportionnelle à la vitesse du convoi :
- le passage successif des roues de plusieurs véhicules sur un aiguillage, ou sur les joints de rail des anciennes voies de chemin de fer
- les pulsations ou coups d'échappement de la locomotive à vapeur, source sonore dominante à basse vitesse et forte charge, avant d'être masquée à vitesse plus élevée par les bruits mécaniques, de roulement, et aérodynamiques.
Pour les véhicules ferroviaires identiques dont les roues passent successivement sur un aiguillage ou sur les joints de rail, les intervalles entre battement sont inversement proportionnels à la vitesse, et dans le cas d'une écoute en poste fixe au passage du train, dépendent de la distance entre les essieux successifs, le rythme le plus caractéristique étant celui d'un train de voitures à 2 bogies à double essieu, avec par exemple les 4 intervalles de battement ci-après pour une voiture Corail de longueur 26,4 m avec un empattement de 19 m entre pivots de chaque bogie :
- 2,56 m entre essieux du 1er bogie
- 16,44 m entre essieux successifs de chaque bogie
- 2,56 m entre essieux du 2eme bogie
- 4,84 m entre essieux successifs de 2 voitures attelées
La durée en secondes entre chaque battement est égale à : (distance entre essieux en m x 3600) / (vitesse en km/h x 1000), soit pour 120 km/h :
- 0,0768 sec
- 0,4932 sec
- 0,0768 sec
- 0,1452 sec
Le rythme équivalent en terme de moteur thermique serait un 4 cylindres à intervalles inégaux de 69,8°-448,4°-69,8°-132°, les plus proches en 2024 étant les V4 Motus (USA) à 90°-345°-90°-195° et V4 Ducati à 90°-340°-90°-200°, mais à un hypothétique ralenti bien inférieur à la réalité.
Pour les locomotives à vapeur, voir site ci-après :
https://sons-de-machines-a-vapeur.blog4ever.com/