90 grad v2 beide pleuel gehen auf den gleichen hubzapfen

Motorrad-Sounds ROOOAAHHHRRR

Michael Orth, Norbert Sorg

17.01.2008

Säuseln, surren, singen. Knurren, grummeln, brüllen. Grollen, brabbeln, brummen. Bollern, donnern, hämmern. Schreien, kreischen, sägen. Röhren, fauchen, zwitschern. Wer würde denn schon behaupten, dass sein Motorrad Geräusche macht?

Klar macht ein Motorrad Geräusche. Aber wer würde sagen, dass ein Sinfonieorchester Geräusche macht? Es geht um Musik, um Klang, Rhythmus, Sound. Und darum, dass sich dem keiner entziehen kann.

Auspuffanlagen sind mit Abstand das am meisten verkaufte Zubehör. Harley-Davidson hat sich schon vor Jahren beim Patentamt in den USA den Sound seiner Maschinen schützen lassen. Und Atsushi Ishiyama, der Designer der Yamaha MT-01, verglich den Ton des V2 mit dem gewaltigen Druck japanischer Kodo-Trommeln.

Die Antwort auf die Frage, warum der Klang so verdammt wichtig genommen wird, ist letztlich banal. Weil wir alle Ohren am Kopf haben. Heißt: Klang spricht einen unserer Sinne an, ist deshalb sinnlich. Darüber ließen sich nun wissenschaftliche Abhandlungen verfassen oder kitschige Ergüsse ablaichen. Bitte nicht.

Wo es doch eine viel entscheidendere Frage gibt: Warum eigentlich klingt der eine Motor so und der andere anders? Und warum klingt jeder Motor irgendwie so, wie er sich auch fährt?

Weil die Ursache fürs Fahren und fürs Klingen dieselbe ist. Es knallt. Und wie. Ja, wie eigentlich? Im Viertakt. Während der Motor alle seine Arbeitsschritte – Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen – einmal verrichtet, dreht sich die Kurbelwelle zweimal. Macht zwei Kreisbewegungen, zweimal 360 Grad. Bei einem Einzylinder knallt es also alle 720 Grad ein einziges Mal (Kasten). Bei einem Zweizylinder kommt während dieser beiden Kurbelwellenumdrehungen ein zweiter Knall hinzu. Fragt sich nur, wann. Genau dieses Wann ist es nämlich, das den Rhythmus bestimmt. Dasselbe gilt für Drei- und Vierzylinder. Ist es folglich die Kombination aus viertaktigem Arbeitsprinzip und Zylinderzahl, die die Grundlage für den Klang der Maschine bildet? Ja, aber nicht allein. Was hinzukommt, ist die Anordnung der Zylinder: nebeneinander stehend, als V oder einander gegenüberliegend als Boxer, und, damit zusammenhängend, die Form der Kurbelwelle. Diese konstruktiven Merkmale bestimmen im Wesentlichen, wann es in welchem Zylinder knallt, sie bestimmen die Zündfolge.

Spiel mit Sound

Die Abstände, die Intervalle zwischen den Explosionen in den einzelnen Brennräumen zueinander, legen fest, welche Musik ein Motor überhaupt spielen kann, sie zwingen der Maschine eine Partitur auf, einen Rhythmus, und die Maschine kann gar nicht anders, als sich an diese Notenfolge zu halten. Variabel ist, in Abhängigkeit von der Drehzahl, die Geschwindigkeit, mit der konzertiert wird, und das Timbre, die Klangfarbe. Allerdings spielt es dabei auch eine wichtige Rolle, wie viel Hubraum sich auf wie viele Zylinder verteilt. Eine Tuba, nur so zum Beispiel, klingt nun mal anders als vier Trompeten. Und eine Ducati Monster anders als eine BMW F 800, auch dann, wenn die beiden Zweizylinder einen fast gleich großen Hubraum aufweisen.

Dafür gibt es einen sehr einfachen konstruktiven Grund: Die BMW ist, so wie die alten Engländer es waren, ein Paralleltwin oder auch Gleichläufer. Das bedeutet: Wie Zwillinge stehen die Zylinder nebeneinander, und wie Zwillinge bewegen sich die Kolben in den Zylindern synchron auf und ab. Wenn der eine oben ist, ist es der andere ebenfalls. Aber das, was in den Zylindern passiert, ist mitnichten dasselbe. Während der eine Zylinder verdichtet (Takt zwei), hustet der andere seine Gase aus (Takt vier), und während der eine arbeitet (Takt drei), saugt der andere gerade frisches Gemisch an. Der erste Zylinder ist dem zweiten also eine Kurbelwellenumdrehung voraus. Der Einfachheit halber angenommen, zündet der erste Zylinder bei einer Kurbelwellenposition von null Grad. Im zweiten knallt’s bei 360 Grad. Und so weiter. Heraus kommt eine Zündfolge von 0, 360, 720, 1080, 1440 Grad. Und ein regelmäßiges, sogar gleichförmiges Geräusch.

Das ist von der Ducati nun wirklich nicht zu behaupten. Eben weil sie kein Gleichläufer ist. Ihre beiden Pleuel sitzen auf einem gemeinsamen Hubzapfen, und die Kolben würden sich – wie beim gleichlaufenden F-800-Motor – synchron auf und ab bewegen, wenn da nicht der Zylinderwinkel von 90 Grad wäre. Deswegen zündet es im zweiten Zylinder auch nicht bei 360, sondern bei 360 minus 90, also bei 270 Grad Kurbelwellenwinkel. Und deswegen muss sich die Kurbelwelle bis zum nächsten Knall im ersten Zylinder nicht nur 360 Grad weiterdrehen, sondern um 360 plus 90 = 450 Grad. Daraus resultiert eine Zündfolge von 0, 270, 720, 990, 1440, 1710 Grad. Genau das steckt hinter dem unregelmäßigen Gerumpel, das, aneinandergereiht, gleichwohl den charakteristischen Rhythmus einer Ducati ergibt, die Partitur für den Sound. Die genau so, qua Kurbelwelle, auch für Einzylinder, Dreizylinder und Vierzylinder festgelegt ist.

Der Sound erschöpft sich dennoch nicht in dieser Partitur. Die lebt nur, wenn sie interpretiert wird. Jeder hat schon gehört, dass eine Suzuki GSX-R 1000 anders klingt als eine Kawasaki ZX-10R. Stimmt. Es stimmt aber ebenso, dass ein GSX-R-1000-Motor von dem einer ZX-10R klanglich so gut wie nicht zu unterscheiden wäre, wenn beide ohne Ansaugtrakt und Auspuffanlage auf dem Prüfstand liefen. Selbst wenn die Werkstoffe der Gehäuse und Zylinder völlig unterschiedlich wären – da, nur mal angenommen, Grauguss, dort Aluminium –, hätte das kaum Auswirkungen auf den Sound, spielt doch der Körperschall, das Tönen, das Schwingen des Materials, in diesem Fall keine Rolle. Es wird bei weitem übertönt vom Verbrennungsgeräusch. Auch die Brennräume sind in ihrer Geometrie so gut wie identisch, nicht nur hinsichtlich des Volumens.

Klangfarbe ist nicht zufällig

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Der Einzylinder bollert einsam und meist hubraumstark.

Der Sound erschöpft sich dennoch nicht in dieser Partitur. Die lebt nur, wenn sie interpretiert wird. Jeder hat schon gehört, dass eine Suzuki GSX-R 1000 anders klingt als eine Kawasaki ZX-10R. Stimmt. Es stimmt aber ebenso, dass ein GSX-R-1000-Motor von dem einer ZX-10R klanglich so gut wie nicht zu unterscheiden wäre, wenn beide ohne Ansaugtrakt und Auspuffanlage auf dem Prüfstand liefen. Selbst wenn die Werkstoffe der Gehäuse und Zylinder völlig unterschiedlich wären – da, nur mal angenommen, Grauguss, dort Aluminium –, hätte das kaum Auswirkungen auf den Sound, spielt doch der Körperschall, das Tönen, das Schwingen des Materials, in diesem Fall keine Rolle. Es wird bei weitem übertönt vom Verbrennungsgeräusch. Auch die Brennräume sind in ihrer Geometrie so gut wie identisch, nicht nur hinsichtlich des Volumens.

Dass die Maschinen trotzdem so Unterschiedliches von sich geben, hat mit Bauprinzip und Größe nichts zu tun. Das ist die Folge unterschiedlicher Interpretationen ein und derselben Komposition. Interpretationen, die nicht frei erfolgen, sondern im Spannungsfeld stehen aus gesetzlichen Vorschriften (Abgas und Geräusch) einerseits und Leistungsentfaltung sowie Spitzenleistung andererseits. Hinzu kommen die Wünsche der Kunden, die erwarten, dass eine ZX-10R nicht wie eine R1 klingt.

Damit es so weit nicht kommt, spalten Sound-Designer – und es ist davon auszugehen, dass mittlerweile alle Hersteller solche Akustikspezialisten beschäftigen – die Klänge auf. Jeder Klang nämlich setzt sich zusammen aus verschiedenen Tönen und damit Frequenzen, vergleichbar den Spektralfarben des Lichts, die sich bei jedem Regenbogen beobachten lassen. Anhand einer solchen Analyse stellen die Ingenieure fest, welche Frequenzen den Sound dominieren und ob sie das überhaupt sollen. Über die Auspuffanlage lässt sich da einiges regeln. Mithilfe von Reflexionsdämpfung etwa können bestimmte Frequenzen, die oft als unangenehm empfunden werden, gemildert werden. Dabei machen es sich die Akustiker zunutze, dass Schall sich als Welle ausbreitet, die man im Auspuff mehrfach hin- und herschickt. Dadurch kann man erreichen, dass sich die Schallwellen gegenseitig beeinflussen und besonders störende Frequenzen so weit unterdrückt werden, dass sie nicht mehr zu hören sind. Das Ganze ist leichter vorstellbar, wenn man sich vor Augen führt, wie in einem Schwimmbecken Wellen aufeinander zu laufen, die einen von links, die anderen von rechts. Und wenn Wellen durch das Tal der jeweils anderen laufen, beruhigt sich die Oberfläche. Wellen, die sich neutralisieren, sind nicht mehr zu vernehmen. So lässt sich in dem Rahmen, den die Einzelhubräume vorgeben, auf die gewünschte Klangfarbe, das favorisierte Timbre hinarbeiten.

Immer schön kultiviert

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Sie klingen alle anders - und so muss es auch sein.

Das hat freilich auch der Fahrer ein Stück weit in der Hand. Und zwar in der Gashand. Kein Geheimnis, dass jeder Motor lauter wird, wenn man das Gas aufreißt. Beim Dahinrollen mit fast geschlossenen Klappen zieht der Motor kaum Gemisch durch. Anders bei offenen Drosselklappen, wo der Durchsatz auf 90 bis 95 Prozent des Motorvolumens steigt. Wesentlich mehr Gemisch wird angesaugt, und wesentlich mehr Gemisch explodiert. Das ist wie mit Krachern. Man stelle sich einen Raum vor, in den man einen kleinen Kracher wirft, der dort hochgeht – bumm. Dann stelle man sich denselben Raum vor, in dem man ein Riesenpaket Böller platziert, die alle zur selben Zeit zünden – BUMM.

Gas auf heißt: Drehzahl hoch. Und das lässt den Sound ebenfalls nicht unberührt. Weil es pro Minute nicht nur mehr Umdrehungen gibt, sondern proportional dazu auch die Zahl der Explosionen zunimmt. Höher drehen heißt deshalb auch höher klingen. Eine Verdoppelung der Drehzahl erhöht außerdem den Schalldruckpegel um drei Dezibel.

Das hört sich vergleichsweise läppisch an, täuscht aber. Würde der Gesetzgeber, wie das in der Vergangenheit ja schon öfter passiert ist, neue Grenzwerte festlegen und fordern, dass Motorräder um eben diese drei Dezibel weniger zu schallen hätten, müsste den Ingenieuren definitiv schon mehr einfallen, als die Drehzahl zu halbieren. Damit es weiter schreien, kreischen, brüllen, brummen, zwitschern darf.

7 Fakten über Schall

Schall ist eine periodische Druckschwankung in der Luft, die sich in Wellen ausbreitet.

In Luft ist Schall 343 Meter pro Sekunde oder 1243,8 km/h schnell.

Der Schalldruck verhält sich zur Entfernung von der Schallquelle umgekehrt proportional – bei doppelter Entfernung wird er viermal schwächer.

Schalldruck ist eine physikalische Größe, gemessen in Dezibel, dB. Anders als konstante Maßeinheiten wie Meter oder Kilogramm verweist dB auf ein Größenverhältnis, verändert sich also mit dem Ausgangswert und den Bewertungskurven, auf die es sich bezieht. Die Bewertungskurve A bei dB (A) bezieht sich auf die Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs.

Eine Erhöhung des Schalldruckpegels um 10 dB (A) wird als Verdoppelung der vorher-gehenden Lautstärke empfunden. Eine leise Unterhaltung mit 40 dB (A) ist folglich nicht viermal, sonder achtmal lauter als normales Atmen mit 10 dB (A).

10 dB (A) beträgt auch der Störpegel. Heißt: Man hört nur das um zehn dB (A) lautere Geräusch. Alle anderen werden von diesem gleichsam verschluckt, überdeckt.

Die Maßeinheit Phon ist eine psychoakustische Größe, die außer dem Schalldruck auch die Frequenz der Töne, deren Eigenschaften, berücksichtigt. Phon beinhaltet also auch, wie wir ein Geräusch empfinden.

So funktioniert der 4-Takt-Motor

Wenn im Einlasstakt der Kolben abwärts saust (1), entsteht Unterdruck, und das Gemisch, das durchs nur Tausendstelsekunden offene Ventil strömt, er-reicht zwischen Sitz und Ventilteller bei 12000 Umdrehungen Schallgeschwindigkeit – das typische Fauchen von Supersportlern. Beim Verdichten – Ventile geschlossen, der Kolben drückt das Frischgas nach oben – wird’s ein bisschen ruhiger (2). Die Ruhe vorm großen Knall, dem großen Sturm, dem Arbeitstakt (3). Dann zündet’s, explodiert’s, und im Zylinder tost das reine Inferno. Was davon übrig bleibt, heiße Abgase und ein immer noch beein-druckender Lärm, darf dann Richtung Auspuff und auf die Straße (4).