排気音と気筒数と回転数の関係
（エキゾーストノートを聴いて気筒数が分かるのか？）

目次

1. はじめに

本サイトでは以前より、エンジンの排気音を聴いただけで気筒数など分からないと主張していたのですが、読者の方より気筒数が増えれば排気音は高くなる筈だ、との鋭いご指摘を頂きました。

全くもってその通りです。

ですが、それで気筒数を推測できるかと言えば、そう簡単でもありません。

何故ならば、気筒数だけではなく、回転数が上がっても排気音は高くなるからです。

実際F1レースを見ると、とんでもなく甲高い爆音をまき散らしながら、F1カーがスタンド前を駆け抜けていきます。


これは時速300km以上で疾走する事によるドップラー効果の影響（停止時と比べると、時速300kmで近づいてくると周波数が30％以上もアップする）もあるのですが、何か特別なマフラーを使っているわけではなく、現在のF1カーが採用している6気筒エンジンでも、回転数が1万5千回転近くになると甲高い音が発生するからです。

となるとです。

エンジンの気筒数が増えると、排気音はどれくらい高くなるのでしょうか？

そして、エンジンの回転数を上げた場合と、どれくらい違いがあるのでしょうか？

それを数値やグラフで比べたくはなりませんか？

その上で、はたしてエンジンの排気音を聴くだけで、気筒数を推測する事が可能なのかどうかについて、決着を付けたいと思います。

従来この様な視点でつっこんだ記事は無かったと思いますので、もしかしたら楽しんで頂けるかもしれません。

2. エンジン内の爆発回数

さて、気筒数と排気音の関係を定量的（数値的）に、且つ定性的（官能的）に調べるにはどうすれば良いのでしょうか。

もしかしたら気筒数の異なるクルマを数台用意して、排気音をスペクトラムアナライザーを使って周波数回析するとかPCでフーリエ回析して、並行してパネラー数人による官能評価を行なうなどと思われていないでしょうか？


とんでもありません。

弱小サイトに、そんな時間もお金もありません。

ですが、排気音の周波数など、紙と鉛筆だけで簡単に計算で求められますし、周波数も音階にすれば人が識別可能かどうかも凡（おおよ）そ判断できます。

物事の本質を知ってしまえば、世の中は非常に単純なのです。

物事の本質を知らないから、難しいと思うのです。

と、偉そうな事を言ってしまいましたが、早速排気音の周波数を計算してみましょう。

理由は後程ご説明するとして、先ずは1秒間のエンジン内の爆発回数を求めてみます。

例えば4気筒エンジンが3000rpmで回転している場合、1秒間のエンジン内の爆発回数は以下の式で求められます。

1秒間の爆発回数＝	エンジン回転数÷60秒÷2回転×気筒数
＝	3000rpm÷60秒÷2回転×4気筒
＝	100回

ここで回転数を60秒で割っているのは、エンジンの回転数の単位であるrpm（rotation par minutes）とは1分間の回転数を表しているため、それを1秒間の回転数にするためです。


次にそれを2回転で割っているのは、4サイクルエンジンの場合、エンジンのクランクシャフトが2回転する間に1回しか爆発しないからです。


ちなみに、排ガス規制で今では殆ど見る事のなくたった2サイクルエンジンは、1回転で1回爆発します。

そして最後に気筒数を掛ければ、そのエンジンの1秒間当たりの爆発回数が求められるという訳です。

それを異なる気筒数と回転数で計算した結果が、以下の表になります。


これをご覧頂きます様に、例えば3気筒エンジンの場合、1秒間に200回爆発させるには8000回転まで回す必要がありますが、6気筒エンジンの場合は4000回転、12気筒エンジンの場合はたったの2000回転で200回爆発させる事ができるのが分かります。

3. 音とは何か

1秒間当たりの爆発回数が分かった所で、次は音について考えてみましょう。

音とは、言うまでもなく空気の振動です。

人の声にしろ、スピーカーにしろ、空気を振動させる事により音が発生します。

もう少し難しい単語を使うと、人の喉でもスピーカーでも、それが前後に振動して気圧の差を生じさせる事で音が出ます。

小さなスピーカーを見ても分かりませんが、ダンスホールにある様な大きなスピーカーの表面を良く見ると、前後に振動している事が分かります。


そしてその振動の周期が、音の周波数になります。


上の絵で言えば、空気が密の所がスピーカー表面が出っ張って気圧が高い箇所で、疎の所がスピーカー表面がへこんで、気圧が低い箇所です。

そして、音の周波数とは、1秒間当たりの空気（気圧）の粗密の数になります。

ですので、例えば周波数30Hzの音とは、この山から山の数が1秒間に30個ある事になります。

4. 爆発回数と排気音の周波数との関係

オッと、また話が逸れてしまいましたが、それではエンジンの爆発回数と排気音の周波数との関係について考えてみたいと思います。

当然ながらエンジンの内部で爆発が起きれば、排気管からは膨張した空気が放出され気圧が高くなります。


そして次の爆発までの間は、周囲の影響により気圧が低くなります。

という事は、先ほどの図において、空気が密の所が爆発のときで、疎の所が爆発と爆発の間と言えます。

すなわち、爆発から次の爆発までの間が、音（正確には音波）の1周期になりますので、1秒間の爆発回数が排気音の周波数になると考えられます。

ですので、仮に1秒間に200回爆発するエンジンがあるとしたら、その排気音の周波数は200Hzになるという訳です。

5. 気筒数と排気音の周波数との関係

ここまで分かれば、もう簡単でしょう。

前述の”エンジンの気筒数と各回転数における1秒間の爆発回数”の表は、項目と単位を変更する事によって、以下の様に”エンジンの気筒数と各回転数における排気音の周波数”の表に置きかえられるという訳です。


上の表をご覧頂きます様に、仮に3000回転で比較すると、3気筒エンジンにおける排気音は75Hzで、8気筒エンジンは200Hzになりますので、周波数で2.7倍も異なります。

またご存じかもしれませんが、周波数が2倍になると、音階で1オクターブ異なります。

ちなみに1オクターブとは、ドレミのドからシまでの音階になります。


ですので、周波数で2.7倍異なるという事は、1.4（＝Log2 2.7）オクターブ異なりますので、恐らくどんなに音痴な方でも聞き分ける事ができるでしょう。

だったら、排気音を聴けば気筒数が分かるのでしょうか？

という訳で、次に進みます。

6. 考察

下のチャートは、音の周波数を1オクターブ間隔の対数グラフにして、尚且つ音の周波数の目安を書き込んだものです。


そして右下の縦棒は、3気筒から12気筒エンジンまでの、低回転から高回転まで回した場合における排気音の周波数帯域を表しています。

先ほどはいきなり3気筒と8気筒を比較してみましたが、ここではこの縦棒を見ながらもう少しじっくり見ていきたいと思います。

先ず1000回転時の3気筒と4気筒を比較すると、その周波数の差は1.3倍（=33/25）で、音階の差は0.4（=Log2 1.3）オクターブですので、ドレミのドとファの差でしかありません。

ピアノのドとファを聴けば違いが分かるでしょうが、相手は色々な雑音が混ざった排気音ですので、仮に2台のクルマを同じエンジン回転数にして聴き比べても、恐らく違いは分からないでしょう。

次に4気筒と6気筒を比べてみます。

この場合の周波数の差は1.5倍（=33/25）となり、音階の差は0.6（=Log2 1.5）オクターブになり、ドレミのドとソの差があります。

ですが、これも仮に２台並べて比べても、判別はかなり難しいと思われます。

となれば、4気筒と８気筒はどうでしょうか？

この場合の周波数の差は2倍（=50/25）で、音階の差は1オクターブですので、2台のクルマを並べて比較すれば違いが分かるかもしれません。

ですが、2台のクルマが離れていたり、回転数が異なっていれば、当然ながら識別するのは困難です。

という訳で、気筒数の差が4気筒程度であれば、同じ回転数の排気音を2台並べて比較すれば、どちらの気筒数が多いか（もしかしたら）分かるかもしれません。

ただし、比較するクルマが離れていたり、アクセルをブンブン吹かしながらの比較でしたら、どちらが気筒数が多いかは誰にも分からないでしょう。

7. 排気音でドレミを奏でる方法

さてここまで分かってくると、だったら排気音でドレミの音階を奏でる事ができるのではないかと思われませんでしょうか？

という訳で、早速作ってみました。

下の表は、4気筒と6気筒エンジンでドレミを奏でるのに必要な回転数とそのときの排気音の周波数を示しています。


ですので、仮に4気筒エンジンでド／レ／ミを奏でるのでしたら、エンジンの回転数を1000回転／1122回転／1260回転にすれば可能になります。

また音階は４気筒より半オクターブほど高くなりますが、6気筒エンジンでも回転数を1000回転／1122回転／1260回転にすればドレミを演奏できます。

ですが実際にやってみると、（クルマが止まった状態でも）エンジンの回転数を足で一定に保つのはかなり難しいですし、ましてや100回転程度の違いで維持するのは相当の練習が必要かもしれません。

注：ピアノの調律においては、220Hzをラにするそうですが、ここでは単純に回転数1000rpmの音をドとしています事、ご容赦願います。

8. まとめ

少々横道に逸れましたが、一気にまとめです。

①エンジンの気筒数が増える、もしくはエンジンの回転数が上がれば、排気音は高くなる。

②同じ回転数の4気筒と6気筒エンジンの排気音の差は、半オクターブ程度であり、2台並べて聴き比べても識別は難しいと思われる。

③また4気筒と8気筒エンジンの排気音の差は1オクターブあるので、2台並べて比べれば識別可能かもしれないが、2台が離れていたり、少しでも回転数が異なれば、識別不能である。

④概して言えば、エンジンの排気音を聴いて気筒数を当てる事はほぼ不可能と言える。


⑤ただし8気筒以上のエンジンを高回転（6000回転以上に）させれば、6気筒以下のエンジンでは再現できない400Hz以上の甲高い音（上図の赤丸部分）が出るので、多気筒エンジンかどうかの判別は可能である。

ちなみに、冒頭にご紹介した気筒数が多くなれば排気音が高くなるとのご指摘を頂いた方は、何とイタリア製のV8エンジン搭載車に乗られているとの事ですので、この辺を落とし所として大きな間違いではない様に思います。

そして最後に一言。

⑥今どきデジタル処理を使えば、排気音や犬の鳴き声で音楽を演奏する事は簡単にできるが、色々なクルマの生の排気音を集めて音楽を奏でれば、もしかしたらヒットするかもしれない。

と思い、前述のドレミと回転数の表を3オクターブ近くまで作っておきました。

本書がお役に立てば幸いです。