ARCHITECTURES ET SONS DE MOTEURS

Chaque moteur thermique à mouvement alternatif à piston(s), qu'il soit de type à combustion interne à allumage commandé ou de type Diesel, ou à combustion externe (à vapeur), produit un ou plusieurs motif(s) rythmique(s) dominant(s) créé(s) par les pulsations d'échappement correspondant aux intervalles entre temps moteur successifs sur un cycle complet de fonctionnement.

Ces motifs rythmiques peuvent être définis par une suite de nombres proportionnels à la durée entre battements (intervalles d'allumage en degrés de rotation du vilebrequin sur moteurs à combustion interne, pour l'ensemble des cylindres, et le cas échéant également pour ceux regroupés sur des collecteurs primaires multiples), avec les particularités suivantes :

- autant d'intervalles que de cylindres (sauf si plusieurs temps moteur simultanés, par exemple moto 4 cylindres 2 temps avec explosions doubles pour des raisons d'équilibrage)

- entre 1 et 3 valeurs d'intervalles différents

- réversibilité du rythme (sauf V5 Honda de la RC 211 V) avec 2 intervalles différents encadrés par 2 autres intervalles identiques

- battements avec un timbre et une durée particulière en fonction du type de combustion  (combustion interne à allumage commandé ou Diesel, combustion externe type vapeur), et du type d'échappement, mais qui modifient peu la perception du rythme pour une même suite d'intervalles de durée supérieures à celles du battement.

- motif rythmique à battements équidistants ou non, pouvant être similaire à ceux des percussions musicales (rythme à 2, 3, ou 4 temps équidistants, voire parfois non équidistants de type euclidiens genre 1-2, ou 3-3-2 équivalent au tresillo).

Pour plus d'informations sur les motifs rythmiques utilisés en musique, voir article de mon site ci-dessous :

https://rythmes-et-structures-musicales.blog4ever.com/signatures-et-motifs-rythmiques

Au delà d'environ 1200 battements par minute avec des intervalles équidistants (soit une fréquence mini audible d'environ 20 Hz correspondant à un seuil de régime de 2400 tr/min sur un monocylindre 4 temps et quel que soit le régime sur les autres moteurs à combustion interne), on ne perçoit plus un rythme mais un son continu, avec dans le cas des moteurs à allumage commandé, un signal proche d'une fréquence pure de forme sinusoïdale dite fondamentale (fréquence du cycle moteur) et pour tous types de moteurs une suite d'harmoniques (multiples entiers de la fondamentale), avec :

- une différence de fréquence identique entre rangs successifs d'harmoniques (dominants ou non), proportionnelle au régime de rotation

- une intensité différente des harmoniques, avec un maxi généralement sur la fréquence d'explosion (c'est à dire celle du cycle ou fondamentale x N cylindres) puis dégressives sur ses premiers multiples, et beaucoup plus faible sur les rangs intermédiaires sauf si allumages non équidistants

- des modulations d'amplitude sonore ressenties surtout à faible régime, avec peu de cylindres, ou avec des intervalles d'allumage non équidistants

- des rapports de fréquence invariables entre harmoniques les plus dominants quel que soit le régime de rotation, ce qui permet la reconnaissance sonore du type de moteur (avec intervalles plutôt consonants si allumages équidistants, et dissonants avec grognements à haut régime si allumages non équidistants), la perception de la fréquence d'explosion ne permettant pas d'identifier le nombre de cylindres si le régime de rotation associé n'est pas connu

Pour les moteurs à alllumage commandé, une suite partielle des harmoniques dominants associés aux pulsations d'échappement peut être déduite du motif rythmique créé par les intervalles d'allumage sur la durée du cycle, exprimés en degrés de rotation du vilebrequin :

. cycle - intervalle maxi (sauf si allumages équidistants)

. cycle - intervalle moyen (sauf si 2 intervalles différents)

. cycle - intervalle mini (sauf si allumages équidistants)

. cycle

. (cycle x 2) - intervalle moyen (uniquement si allumages équidistants)

. cycle x 2 (uniquement si allumages équidistants)

Pour un bicylindre 4 temps de moto avec un calage d'allumage à 270° et un seul collecteur d'échappement, le rythme en degrés de rotation du vilebrequin avec un cycle de 720° correspond à :

  . 270°-450°

  . 3-5 en simplifiant (2 intervalles non équidistants sur un cycle de 8 durées égales)

Les harmoniques dominants et rapports de fréquence associés seront :

 . 3 (durée du cycle de 8 - intervalle maxi de 5)

 . 5 (durée du cycle de 8 - intervalle mini de 3)

 . 8 (durée du cycle)

Pour un 4 cylindres 4 temps classique à allumages équidistants avec un seul collecteur d'échappement, le rythme correspond à :

   . 180°-180°-180°-180° 

   . 1-1-1-1 en simplifiant (4 intervalles équidistants sur un cycle de 4 durées égales)

Les harmoniques dominants et rapports de fréquence associés seront :

 . 3 (durée du cycle de 4 - intervalle moyen de 1)

 . 4 (durée du cycle de 4)

 . 7 (durée du cycle de 4) x 2, diminuée d'un intervalle moyen de 1

 . 8 (durée du cycle de 4) x 2)

Pour tous types de moteurs à allumages équidistants, la suite d'harmoniques correspond avec simple collecteur d'échappement aux 4 valeurs suivantes avec une évaluation de leurs différences d'intensité sonore :

 . N - 1 avec - 15 dB

 . N

 . 2N - 1 avec - 20 dB

 . 2N avec - 5 dB

On peut utiliser ces rapports de fréquence pour simuler un son de moteur à allumage commandé de façon assez sommaire mais beaucoup plus facilement qu'en reproduisant une suite d'impulsions positionnées suivant les durées adéquates, cette dernière solution restant préférable lorsque l'impulsion ne peut être assimilée à une fréquence pure (timbre de Diesel avec attaque brutale, bruit brun à fréquences multiples de machine à vapeur, etc...).

Pour les amplitudes respectives des harmoniques avec des allumages non équidistants ou une combustion Diesel, ainsi que les valeurs de fréquences en fonction du régime, type de moteur, géométrie d'échappement, et exemples associés, voir article ci-après :

https://architectures-et-sons-de-moteurs.blog4ever.com/synthese-du-son-moteur