Autoforum

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

Navzdory zažitým představám to není zážeh či vznícení paliva, co dává motorům jejich zvukový projev. Také proto je pokaždé jiný, někdy i výrazně.

Nebude novinkou, když řekneme, že každý motor zní jinak - plochý šestiválec má zvukový projev úplně jiný než řadový čtyřválec nebo V8. A dokonce ani jedna V8 nemusí znít jako jiná. To, co se v motoru děje, je ale všude stejné - spaluje se směs paliva se vzduchem a výfukovými ventily se vypouští pryč. Přesto jsou zvuky různých motorů dost odlišné a každý máme svého favorita, někdo bublající V8, jiný zase ječící V12.

Fyzika základní školy nám říká, že zvuk je podélné vlnění a je charakterizován frekvencí a amplitudou. Při jeho šíření médiem dochází k periodickým změnám jeho hustoty, což vede k fluktuacím tlaku. V případě lidského ucha jsou to změny tlaku vzduchu, které naše ucho vnímá. Dokážeme rozlišit jednotlivé frekvence a jejich amplitudy, ovšem tím to jen začíná.

Různé frekvence slyšíme různě dobře, velice důležité jsou také jejich kombinace a přítomnost tzv. harmonických složek. Jednoduše řečeno, z fyzikálního hlediska je zvuk relativně jednoduchá záležitost, ale jakmile se do toho začne plést lidské vnímání, je z toho jeden velký guláš, na který jsou samotní fyzikové krátcí a musí si k tomu pozvat psychology. Proto je zvukový projev aut tolik důležitý a výrobci jeho ladění věnují obrovské úsilí.

Společně s aerodynamikou a odvalováním pneumatik je dominantním zdrojem zvuku v autě motor. To je, budeme-li se bavit o vozech se spalovacími motory, soubor mnoha pohyblivých součástí a každá z nich produkuje svou vlastní „árii”. Ty jsou pak různě zeslabovány či zesilovány, ať už chtěně či nechtěně, až nakonec všechny dospějí různými cestami k uším posádky. Ta ho může vnímat buď jako zvuk, to v lepším případě, nebo jako hluk, tedy obtěžující zvuk. Tuhle složitost, na kterou se ještě letmo podíváme, ale pro začátek omezme na jeden tón daný konstrukcí motoru.

Pro někoho bude možná překvapivé zjištění, že navzdory obecné představě to nejsou pracovní fáze jednotlivých válců, tedy vzněty či zážehy, co při běžícím motoru slyšíme, ale tlakové vlny vznikající při otevření výfukových kanálů. Jak ukazují papírové modely, v motoru dokonce ani nemusí ke spalování docházet. Stačí trocha stlačeného vzduchu motor z papíru začne v základu znít, jak jsme zvyklí za našich aut.

Dominantní frekvenci motoru definuje konfigurace motoru, tedy počet válců ve spojení s pořadím zážehů. Ta je dána počtem otáček za vteřinu a počtem válců. Při 3 000 ot./min to je 50 (3 000/60). Dostáváme se tedy k frekvenci 50 Hz - 50 otáček klikové hřídele za vteřinu. Tu vynásobíme počtem válců, které mají během jedné otáčky klikové hřídele zážeh, což je ve čtyřtaktním motoru polovina celkového počtu válců. U čtyřválců 2, u šestiválců 3, u dvanáctiválců 6. V případě V6 tedy máme 50 x 3 = 150 Hz.

Na tuto základní frekvenci se nabalují tzv. harmonické a subharmonické tóny, jejichž frekvence jsou celistvým násobkem, resp. podílem základní frekvence. Je-li tedy dominantní frekvence u šestiválce při 3 000 ot./min 150 Hz, v jeho spektru najdeme frekvenční řadu 50, 100, 150, 300, 600... Hz. U dvanáctiválce je to 300 Hz a spektrum bude opět obsahovat složky na 50, 100, 150, 300 atd. Hz. A totéž platí pro tříválec. Máme před sebou řadu harmonických frekvencí, při jejichž poslechu sice vlivem lišících se amplitud jednotlivých tónů budeme vnímat jinou barvu zvuku, ale dojem z něj bude podobný. Výše zmíněné platí i u jiných kombinací - třeba motory R5 a V10 budou znít v jistém ohledu podobně.

Proč čtyřválec, pětiválec a desetiválec zní jinak, má své důvody. A stejně tak má svůj důvod, proč je mezi zvuky R5 a V10 spojitost

V případě osmiválců situaci komplikuje tvar jejich klikového hřídele, na němž zase závisí časování pracovních fází jednotlivých válců. Můžete mít dva vidlicové osmiválce o totožném objemu, vrtání, zdvihu i úhlu sevření řad válců a oba budou znít úplně jinak. To proto, že jeden bude mít plochou a druhý křížovou klikovou hřídel. To je důvod, proč např. Ferrari California nebo 458 bude na volnoběh znít hladce a rovnoměrně, zatímco třeba Corvette bude bublat a její chod bude člověku připadat nerovnoměrný.

Osmiválec ve Ferrari má plochou klikovou hřídel, což znamená, že se při zážehu řady válců střídají - levá, pravá, levá, pravá atd. Pulsy tak do výfukového potrubí proudí rovnoměrně. Naopak motory s křížovou klikovou hřídelí, což je drtivá většina amerických V8 a i spousta evropských, nestřídají řady válců pravidelně, ale jsou dvě chvíle, kdy jdou za sebou dva zážehy (a tedy i dva pulsy výfukových plynů) na jedné řadě válců. Skvěle to ilustruje video, kterým jsme se kdysi zabývali.

Proto je zvuk těchto motorů na poslech hrubší. Je ale také tišší ve vyšších otáčkách, nebo aspoň může být, protože plochá kliková hřídel v osmiválci znamená mnohem větší vibrace. Proto bývají takovéto motory ve vyšších otáčkách hlasitější. Také je faktorem, že V8 s plochou klikovou hřídelí se umí díky nižší hmotnosti klikové hřídele - nepotřebuje tak velká protizávaží - vytáčet rychleji a do výrazně vyšších otáček.

Dva jinak prakticky shodné osmiválce mohou mít jiný zvukový projev kvůli odlišné klikové hřídeli

Až doposud jsme se věnovali jen samotným motorům, teď na ně pověsíme výfuk. Ovšem tím také končí alespoň částečná jednoduchost, protože konstrukce výfuků je velice složitá záležitost jak z hlediska samotné práce motoru, tak z hlediska zvuku, který se dostane do kabiny a vně auta. Některá auta neslyšíte téměř vůbec, i když mají pod kapotou přes šest litrů objemu a dvanáct válců. Jiná zase o sobě dávají vědět na kilometry, i když mají válce třeba jen čtyři. Vývoj výfukových systémů je ohromná věda právě kvůli tomu, že je potřeba sladit požadovaný zpětný tlak s požadovaným zvukem.

Výfukem to ale jen začíná, přidává se sání, turba či kompresory a jiné části, z nichž každá má svou nosnou frekvenci. Vzniklý mix se pak různými cestami dostává jak do kabiny, tak vně vozu. V dřívějších dobách musel nejdříve vzniknout prototyp vozu, na něm pak byly zkoušeny různé konfigurace tlumičů a tlumicích hmot a jen čas a dostupné finance omezovaly dobu, která byla potřeba k ukončení vývoje. Stejně jako v aerodynamice, i zde se stále více prosazuje počítačové modelování. Je vytvořen matematický model auta obsahující popis vyzařovacích spekter zdrojů a přenosových charakteristik jednotlivých cest, jejichž úpravami lze vývoj značně urychlit. Zkoumá se, jaké složky budou kam a v jaké míře pronikat přes konstrukce a co se kam dostane vzduchem. Zvláště první skupina je sledována velice pečlivě, protože není nic horšího, než kus plechu někde na podlaze či ve střeše, který si přes mechanickou vazbu hraje na reproduktor.

Automobilky mají na tuhle problematiku týmy odborníků a věnují jí velkou pozornost, protože nikdo nechce, aby jeho auto znělo špatně. U některých aut se tlumí vše, jinde se naopak některé části spektra zesilují. Jak se to v konkrétních případech povede, je otázkou a do odpovědi na ní nakonec promluví i osobní preference každého uživatele. A samozřejmě, dnes do hry vstupují i více či méně sofistikované elektronické systémy, které zvuky aut upravují, které do reproduktorů klidně pouštějí něco úplně jiného, než vydává motor. Ale to už je na trochu jiné povídání...

Co nakonec „vyleze z výfuku” je dáno nejen typem motoru, ale i mnoha dalšími faktory, které v několika odstavcích nelze do detailu obsáhnout

Marek Bednář