Sources sonores d'un véhicule
Les sources sonores d’un moteur thermique sont liées :
- aux mouvements de rotation, dont celui du vilebrequin (signaux permanents de type harmonique et de forme sinusoïdale)
- aux mouvements alternatifs, dont celui des pistons (signaux transitoires et/ou impulsionnels de durée limitée)
Sources sonores principales :
- bruits d'échappement et d'admission dues aux pressions pulsées (prédominants sur moteurs à allumage commandé), avec bruits de bouche aux extrémités des conduits avec des turbulences créant un bruit de souffle à partir d'un certain régime, et des bruits rayonnés le long des conduits
- bruits de combustion (ou d'explosion) dues aux pressions-cylindres (avec plus d'amplitude et d'impulsivité sur Diesel, entraînant des vibrations à haute fréquence), prédominants à proximité d'un moteur au ralenti équipé de silencieux d'admission et d'échappement
- bruits mécaniques dépendants du régime et de la charge :
. basculement et claquement du piston sur les parois du cylindre (piston slap en anglais) dus à la combinaison des forces d'inertie et de combustion (bruit dominant et plus impulsif sur Diesel car pièces mobiles plus lourdes et montée en pression plus rapide lors de la combustion) lors des inversions d'obliquité de la bielle et de translation et rotation du piston (sur au moins 6 positions angulaires du cycle, avec pour chacune des amplitudes et durées d'impacts variables, plus importantes lors de la phase d'explosion) en fonction du jeu piston-cylindre (surtout au démarrage et ralenti à froid ou après usure) et suivant décalage ou non de l'axe de piston par rapport au cylindre ou du vilebrequin, coefficients de dilatation, géométrie, rigidité, état de surface et lubrification des pièces en contact, avec à haut régime des rebonds du piston d'un côté à l'autre du cylindre engendrant des vibrations à haute fréquence (bruit de crépitement).
. bruits d'injection (avec plus d'amplitude et d'impulsivité si injection directe à haute pression)
. vibrations suivant forces et couples d'inertie qui s'opposent aux forces d'explosion (forces d'inertie alternatives, moments, torsion du vilebrequin), plus importantes pour une même architecture sur moteurs Diesel
- bruits mécaniques dépendant uniquement du régime :
. distribution, transmission par engrenages , arbres, ou chaîne, accessoires dont alternateur, pompe, ...
- bruits de suralimentation dépendant de la charge :
. sifflement de turbocompresseur
. valves de décharge
- bruits de ventilateur(s) de refroidissement, généralement intermittents suivant charge moteur, vitesse, et température extérieure
A noter que la vitesse angulaire du vilebrequin n'est jamais constante lors d'un cycle moteur (acyclisme) avec par exemple une variation de 100 tr/min entre chaque explosion sur un 4 cylindres Diesel à 850 tr/min. Certains signaux sonores sont dits cyclostationnaires (avec des propriétés statistiques périodiques) liés à un angle déterminé du vilebrequin sur un cycle moteur et non à une valeur temporelle.
D'autres bruits aléatoires stationnaires (apériodiques) dont certains ne sont pas émis par le moteur sont présents et deviennent prépondérants suivant la vitesse du véhicule :
. bruits de roulement au delà de 50 km/h, qui est un bruit "large bande" couvrant une une plage importante de fréquences audibles
. bruits aérodynamiques au delà de 100 km/h avec des fréquences supérieures à 400 Hz, avec un niveau de dB pouvant être dangereux à haute vitesse en moto pour l'appareil auditif en l'absence de protection spécifique en plus du casque.
Pour information, les bruits apériodiques peuvent être des bruits colorés (bruits de souffle, par exemple bruit blanc pour une ventilation de clim, bruit rose pour la pluie ou le vent, ou bruit brun plus grave que le bruit rose, comme celui d'une chute d'eau ou d'un torrent)
Le son d'ensemble dépend du positionnement et du déplacement relatif du véhicule par rapport à la prise de son, de l'addition (et modulation) des différentes sources sonores synchronisées ou non avec la rotation du vilebrequin, avec :
- renforcement de certaines fréquences par résonance de la structure ou des systèmes d'admission et d'échappement
- atténuation de certaines fréquences par isolation du bloc moteur, par silencieux d'admission ou d'échappement
- masquage de certaines fréquences par les bruits autres que ceux du moteurs (notamment bruits de roulement et bruits aérodynamiques) en fonction du régime, de la charge moteur, de la vitesse du véhicule
- effet Doppler par déplacement relatif du véhicule par rapport à la prise de son (voir article correspondant)