Le bruit de la bête!

par marcelo92 Lun 11 Aoû - 11:02

Le point d'orgue d'une restauration est le moment où on entend pour la première fois le bruit de la bête:

son premier cri!

Qui n'a pas rêvé du son de telle ou telle moto, entendu en passant, quel amateur d'anglaise n'a pas songé adopter le dernier pot [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] à la mode qui le ferait reconnaître des autres motards et de la maréchaussée?
Mais, voilà, quel pot choisir, pour qui veut un son grave de Panther, ou celui qui préfère le reniflement dément d'une Norton? Pourquoi ces différences, comment ça marche?

Un pot d'échappement, c'est un bête tuyau qui sert à évacuer les gaz brûlés, le long duquel courent des ondes sonores dues à l'expansion brutale des gaz.
C'est ce que dirait un plombier.
Ces ondes sonores sont utilisées pour améliorer l'extraction des gaz brûlés (phase d'échappement), et pour empêcher les gaz frais de s'échapper (phase de balayage).

Les ondes sonores, positives au départ, lorsqu'elles rencontrent une extrémité ouverte du tuyau, sont réfléchies dans l'autre sens sous forme négative (onde tractrice). Quand elles rencontrent une extrémité fermée ou partiellement fermée (un contre cône), elles sont réfléchies, en partie ou en totalité, sous forme d'ondes positive (onde compressive).
Ces ondes ne se contentent pas d'un aller et retour simple dans le tuyau. C'est là que ça se corse! Elles continuent à aller et venir en s'affaiblissant progressivement et s'entrechoquent en générant d'autres ondes, elles s'additionnent ou se soustraient au gré des changements de genre aux deux extrémités du tuyau. Côté soupape d'échappement, l'extrémité est ouverte si la soupape est ouverte, et fermée si la soupape est fermée, ce qui est déterminant pour ce qui nous intéresse. Les ondes se combinent donc entre elles.

Considérons un échappement comme un instrument de musique: l'instrument qui se rapproche le plus est une trompette où la soupape d'échappement joue le rôle des lèvres du musicien.

Les ondes se combinent dans le tuyau pour former des oscillations plus ou moins stables qui le font vibrer (voir figure de gauche). Dans un régime d'oscillation stable, la vibration résulte de la collaboration entre la fréquence fondamentale et un ensemble de partiels supérieurs dont les fréquences sont les multiples entiers exacts de la fondamentale, que les fréquences naturelles de la colonne d'air soient ou non en relation harmonique. Pour pouvoir former un régime d'oscillation, il suffit que les fréquences naturelles soient dans une relation suffisamment harmonique. Plus les deux ou trois modes inférieurs sont accordés entre eux, plus la réponse de l'instrument est facile et plus le son est centré.

Quand le musicien joue la note Sol4, les maximums d'impédance de l'instrument qui collaborent pour former le régime d'oscillation sont les sommets numéro trois, six et dans une certaine mesure neuf. Pour la note Sol4, nous observons que le pic d'impédance qui contrôle le jeu pianissimo est beaucoup plus grand qu'il en était pour la note Ut4, ce qui rend la note jouée piano plus stable. En jouant un peu plus fort, le très haut sommet appartenant à la deuxième harmonique dans le régime ajoute considérablement à la force et à la stabilité de l'oscillation. Pour ces raisons Sol4 est une des notes les plus faciles à jouer sur l'instrument.

Période et fréquence d'un tuyau:

La période, ou le cycle, d'une onde sonore, correspond au temps mis pour réaliser le parcours en onde de compression puis en onde de dépression. C'est à dire deux fois la longueur d'un tuyau bouché.
Pour un tuyau ouvert, le problème est différent:
L'onde, à l'aller, va tout de suite se trouver en face d'un trou en arrivant à l'extrémité opposée du tuyau. Elle se réfléchira donc avec changement de signe et reviendra vers l'origine. Mais comme il existe encore un trou (la bouche), elle va encore se réfléchir avec changement de signe.
Le cycle est donc complet après quatre trajets seulement.
On comprend ainsi pourquoi un tuyau ouvert doit être deux fois plus long qu'un tuyau bouché pour donner une note de même hauteur.
Or, tout l'intérêt d'un mégaphone de moto, est de produire une onde négative qui revienne à l'échappement quand la soupape est ouverte, pour aider à évacuer les gaz brûlés. Si la soupape est ouverte, cette extrémité du tuyau est donc une extrémité ouverte.
Autrement dit, un échappement bien conçu, avec un bon rendement, a besoin d'être deux fois plus long qu'un échappement qui marche mal, à tonalité égale!!! Étonnant, n'est ce pas?

Les résonateurs:

Lorsque l'on associe un résonateur au système, les deux parties réagissent l'une sur l'autre. Le fonctionnement de l'ensemble se complique. Deux modes de fonctionnement se superposent et interfèrent:
Le résonateur réagit maintenant sur le son du tuyau en lui imposant sa fréquence.
C'est le rôle de la partie "silencieux" de nos échappements, partie qui s'inspire intuitivement des instruments de musique.
Le dessin des tuyaux d'orgue ci-contre, donne une idée claire de ce qui a inspiré les ingénieurs anglais!

Bertrand.

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