Послухайте, як звучать мотори.
При торохтіння, яке видає дизельний намиста, нестримно тягне позіхнути, тоді як звук породистого V12 змушує серце битися частіше. Що ж відбувається всередині моторів таке, що так разюче впливає на їх звукові характеристики? Джерело ТУТ з аудіо і таке інше.
Ви і самі не раз оберталися вслід пролітаючому повз на високих оборотах потужному авто. Він звертав на себе увагу, ще не з'явившись у полі зору - цікавий, захоплюючий, гучний звук видавав його наближення. А багато автовласників і із заплющеними очима впізнають свою машину за звуком. Як же так виходить, що така неприродна (для багатьох навіть лякаюча) річ, як звук автомобільного двигуна, може викликати різні емоції — від схвального кивка до поблажливої усмішки?
Варто сказати, що не тільки автогонщики та механіки зізнаються в тому, що їх зачаровують голоси різних двигунів. Один з найбільших диригентів 20 століття Герберт фон Караян (до речі, затятий автомобіліст), до глибини душі вражений звуком своєї Ferrari, написав у листі Енцо Феррарі: «Коли звучать Ваші 12 циліндрів, я чую таку звукову гармонію, яку не відтворить. з одним оркестром».
Коли ми говоримо, що у машини свій голос, ми не дуже грішимо проти істини. І наші голосові зв'язки, і двигуни видають звуки схожим чином. Наш мовний апарат та двигун внутрішнього згоряння є тим, що фізики називають генератором імпульсної послідовності. Що це означає? Розберемося по порядку.
Звук це по суті коливання повітря під тиском, тобто хвилі. Одна така ідеальна хвиля поєднує в собі підйоми до певного рівня з наступними симетричними падіннями до такого ж рівня, але ззнаком мінус. Частота - це визначення того, скільки таких імпульсів відбувається за секунду. Вимірюється вона у Герцах (Гц). Більше імпульсів за секунду — вища частота — вищий за тональністю звук. Наші голосові зв'язки видають звуки у формі безлічі послідовних клацань, кожен з яких і є тим самим імпульсом. Вибухи в циліндрах двигуна внутрішнього згоряння є такими самими імпульсами. Для більшої наочності візьміть гребінець і проведіть пальцем її зубцями. Якщо робити це повільно, то кожен із зубців видаватиме окремий клацаючий звук. Але якщо зробити це швидко, то все зіллється в одне дзижчання - в звук однієї тональності. Тепер проходячи повз різні заведені машини, ви розумітимете, що вони роблять по суті те ж саме, видаючи певну кількість окремих звуків на секунду, які зливаються в один постійний тон.
У чотиритактному двигуні (а двигуни в переважній більшості машин саме чотиритактні) за кожні два обороти колінвала один окремо взятий поршень йде вгору і вниз двічі, але вибух у цьому циліндрі відбувається лише один раз — ми отримуємо один звуковий імпульс. Чим більше у двигуні циліндрів, тим більше вибухів відбувається за один оберт колінвала. Це означає вищу частоту, тобто. більш пронизливий звук. Наприклад, у чотирициліндровому двигуні за кожен обіг коленвала відбудуться вибухи у двох циліндрах. У восьмициліндровому моторі чотири вибухи. Ідея зрозуміла, але що це означає на практиці?
Якщо ми візьмемо, скажімо, BMW з мотором M62 (4.4 літра V8), заведемо і залишимо працювати на неодружених, то поки двигун не прогріється, неодружені обороти будуть десь в районі 960 об/хв. Враховуючи, що при кожному обороті у восьмициліндровому двигуні відбувається 4 вибухи, то виходить 3840вибухів за хвилину. А це 64 вибухи на секунду. Іншими словами, ми маємо звук із частотою 64Гц. Якщо поряд при цьому поставити синтезатор і почати витягувати з нього низькі звуки, намагаючись потрапити в тональність працюючого двигуна, то виявиться, що дуже близько звучатиме нота си-бемоль, яка сама резонує на частоті 64Гц.
Так це відбувається в ідеальній ситуації, але в реальному житті до чистого звуку мотора домішується ще безліч супутніх шумів, що накладаються. Якщо взяти, наприклад, восьмициліндрову Audi, то вона відрізнятиметься рівномірним і не надто емоційним звуком у всьому діапазоні обертів. І в той же час я чудово пам'ятаю, як починає смоктати під ложечкою, коли заводиш старий американський Корвет. Так, його мотор і близько не такий технологічний і продуктивний, як у нової Audi, але у нього дуже хвилюючий нерівний гуркіт, який може перейти в хропіння або гортане ревіння. Коли він заводиться, то видає такий рик, що здається ніби прокинулася велика доісторична тварина. Навколо спрацьовують сигналізації, розбігаються свійські тварини, птахи мало не падають на землю, і матусі від гріха подалі ховають своїх дітей.
Звідки така різниця? Давайте подивимося, як працюють різні мотори. На тональності ще позначається те, наскільки рівномірно і послідовно відбувається запалювання у кожному з восьми циліндрів. Однією з найважливіших конструктивних відмінностей американського V8 від європейського є конфігурація коленвала. Американські мотори використовують колінвали, шийки яких розташовані в поперечній площині один до одного, тоді як на більшості європейських моторів 8-циліндрове коліно виглядає ось так. Європейський мотор за рахунок цього видає більш рівний звук - по суті як два чотирициліндрові мотори,працюють в унісон. Американські ж мотори не можуть цим похвалитися, але їх асиметрична робота якраз і служить джерелом «рваного», але булькаючого низького рику, що дуже запам'ятовується.
Ще одним прикладом, де конструктивні особливості створюють неповторне звучання є Harley Davidson. Будь-який байкер легко дізнається «Харлей» на слух. У його 90-градусному V2 поршні з'єднані особливою системою із двох шатунів. Ця нетрадиційна конструкція не дозволяє вибухам відбуватися через рівні проміжки часу. І замість звичайного «пут-пут-пут-пут-пут» ми чуємо «п-пут-п-пут-п-пут-п-пут». На високих оборотах цей ефект дещо згладжується, але при цьому "Харлей" значно відрізняється за тембром від решти. Harley Davidson варто було б, мабуть, навіть запатентувати свої особливі акустичні властивості. Так чи з цієї причини Корвети відрізняються своїм характерним гурчанням від інших, досконаліших моторів? Лише частково, тому що є ще низка факторів. Для найбільш ефективної подачі палива і, як наслідок, стабільної роботи двигуна, виробники намагаються розраховувати найбільш симетричний порядок роботи циліндрів. Проте це, начебто, універсальне правило який завжди виконується. У тих же корветах циліндри в лівому блоці мають номери 1,3,5,7 і відповідно 2,4,6,8 - у правому. При цьому порядок роботи наступний: 1,8,4,3,6,5,7,2. Таке «перескакування» через два циліндри в обох блоках призводить до того, що в кожному з випускних колекторів формується нижчий звук (менше вибухів за секунду — нижче за частоту — нижче за звук). Ось і народжує той самий «фірмовий» звук, який з 55 року підкорює серця по всьому світу.
Виходить, що в американських моторах із роздвоєним вихлопом ми отримуємо нерівномірний звук у кожній із труб.Для надання цьому звуку більшої гармонії два випускні тракти потрібно звести в один, як у деяких модифікаціях Dodge Viper. Однак варто сказати, що термін «гармонія» тут дуже відносний, тому що це не те слово, яким можна охарактеризувати роботу цього 10-циліндрового монстра, від якого трясеться вся машина. Від цього звуку, здається, в'януть квіти. До речі, таку ж «нерівність» мають і сучасні чотирициліндрові оппозитні мотори Subaru. Сьогодні в засиллі безликих двигунів на вулицях наших міст ці автомобілі продовжують виділятися своїм низьким переливчастим голосом. У цих двигунах спрацьовують спочатку два циліндри з одного боку, потім два з другого. Це дає звукову картину у вигляді «вибух-вибух-пауза-пауза» у кожному із випускних колекторів. Якщо згадати про те, що кількість вибухів за секунду дорівнює частоті звучання двигуна, то такий розклад призводить до того, що і правий і лівий вихлоп видає бурчання вдвічі нижче за частотою, ніж давала б одна вихлопна труба. Якщо говорити музичними термінами, то такий звук вихлопу у Subaru на одну октаву нижче, ніж у будь-якого іншого чотирициліндрового двигуна.
А ось у рядних "шістках", наприклад у BMW, з практично ідеально збалансованим колінвалом і продуманою геометрією випуску, виходить специфічний чіткий гавкіт. Так само поводяться і традиційні 6-циліндрові опозити від Porsche, тільки там до звуку самого мотора домішується ще «говірка» клапанів і розподільних валів — у цих моторів охолодження відбувається за рахунок повітря і тому у них немає сорочки рідинного охолодження, яка зазвичай має ефект акустичної ізоляції. І обидва ці мотори на високих обертах починають по-справжньому співати, викликаючи широку посмішку на обличчі їхніх власників.
Але якщо рядна шістка конструктивнопрактично ідеальна, то що ж говорити про дві такі шістки, з'єднані в один двигун? Так, як би там не було, а найкращими вокальними даними мають V12. Вони звучать набагато гармонійніше і голосніше всіх інших, а V-подібна конфігурація дозволяє їм крутитися до дуже високого порога, добираючись до такого діапазону частот, який цілком можна порівняти з людським співом. Якщо ви пам'ятаєте, як звучали машини в Formula 1 ще кілька років тому, коли за регламентом мотори були саме 12-циліндровими, то ви легко зрозумієте, про що мова. Болід проноситься тунелем в Монако, його пронизливе протяжне виття відбивається від бетонних стін і розноситься містом при виході машини на набережну. Ця знакова звукова доріжка є невід'ємною частиною цього багатогранного дійства, що називається автоперегонами. Але це ще не все. Впуск теж значно впливає на загальне звучання машини. Будь-який карбюраторний мотор звучить більш цікаво та індивідуально, ніж інжектор. Навіть зараз містом їздить безліч «Газелів» і «Волг», які зобов'язані саме карбюраторам своїм убогим, але виділяється звуком. Що ж до сучасних інжекторних моторів, то монтаж хороших фільтрів зниженого опору надає тонкий свист, що прикрашає загальну звукову палітру. А у великих двигунах безліч впускних клапанів, що закриваються і відкриваються, може дати ноту, що звучить, у впускному колекторі. Так що не дивно, що диригенти віддають належне багатоциліндровим машинам, що гармонійно звучать.
Безліч факторів, що впливають на плавність роботи двигуна (якість палива та масла, температура повітря, робота електроніки і т.д.), а також домішування до чистого звуку мотора резонансу впуску, випуску, шелесту клапанів, дзижчання ременів, низького гулу коробки та редуктора— все це надає індивідуальності та неповторності звучання кожній окремо взятій машині. Так що мотори справді можуть поводитися так само, як люди і тварини – вони можуть співати, кричати, шепотіти, гарчати, гавкати, завивати і утробно ревти.
І насамкінець, перерахуємо деякі речі, які благотворно впливають на звук вашого авто