Interview zu Sound-Qualität und Sound-Design „Elektroautos stellen Akustiker vor neue Herausforderungen“ - Quality Engineering

Interview zu Sound-Qualität und Sound-Design

„Elektroautos stellen Akustiker vor neue Herausforderungen“

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Dr. Klaus Genuit ist Gründer und Geschäftsführer von Head Acoustics in Herzogenrath. Er ist aktives Mitglied in Arbeitsgruppen des DIN und der ISO für die Standardisierung von Messvorgaben und psychoakustischen Parametern. Daneben ist er Honorarprofessor an der RWTH Aachen Bild: Head Acoustics
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Früher wollte die Automobilindustrie störende Geräusche im Fahrzeug eliminieren. Heute geht es darum, Sound-Qualität zu entwickeln. Was das ist, welche Rolle sie bei Elektroautos spielt und warum schmatzende Holzwürmer nerven können, erklärt Dr. Klaus Genuit, Geschäftsführer von Head Acoustics, Anbieter von Akustiklösungen und Analysetechnik.

Herr Dr. Genuit, Geräusche im und außerhalb des Autos waren immer schon ein Thema. Aber inwiefern kann man von Sound-Qualität sprechen?

Dr. Klaus Genuit: In der Automobilindustrie wird die Bedeutung von Sound Quality immer wichtiger – und zwar schon beim Produktdesign. Ein auf das Fahrzeug abgestimmter Klang verbessert schließlich die Qualitätswahrnehmung des Gesamtfahrzeugs beim Kunden. Denken Sie nur einmal an das Geräusch, das eine Autotür beim Schließen erzeugt. Dies ist in der Regel das erste Geräusch, das ein potenzieller Käufer bei einem Besuch im Autohaus von einem Auto wahrnimmt. Wenn das schon billig klingt, weil es klackt oder klickt, also zu hochfrequent ist, dann assoziiert er damit sofort eine nicht ausgereifte Produktqualität. Die Werthaltigkeit eines Produkts wird mit dem Sound verknüpft.

Was spielt sich da im Kopf des Käufers ab?

Genuit: Das ist eine ganz interessante Frage, die uns auch umtreibt. Wir kooperieren mit Psychologen und Soziologen, um die Empfindungs- und Beurteilungsmentalitäten von Kunden zu erforschen. Denn man kann nicht generell sagen, das ist ein guter Produkt-Sound und das nicht. Das hängt zum einen vom Produkt ab; der Sound muss zum Produkt passen. So erwartet der Käufer von einem Oberklasse-Fahrzeug zum Beispiel heute, dass sich die Tür geräuschlos selbst ins Schloss zieht. Bei der Mercedes G-Klasse, die vor über 30 Jahren für Militäreinsätze entwickelt worden ist, hat man sich aber für ein richtiges Klack entschieden, eigentlich ein völliges No-Go für alle Autos. Und dieses Geräusch hat mittlerweile schon Kultstatus und wird bei jeder neuen Generation beibehalten.

Nehmen Menschen Geräusche unterschiedlich wahr?

Genuit: Ja, deshalb muss man unbedingt die Kundengruppe im Blick haben. Dabei gibt es sogar kulturelle Unterschiede. Asiaten haben zum Beispiel ein anderes Sound-Empfinden als Europäer oder Amerikaner. Deswegen werden zum Teil auch Autos, die in Korea gebaut werden für den Verkauf auf dem deutschen Markt noch mal soundmäßig angefasst, indem man zum Beispiel bei Motoren eine etwas modifizierte Abgasanlage oder Ansaugeinrichtung einbaut. Asiaten mögen lieber ein ruhiges dezentes Auto, tiefe Frequenzen sind unbeliebt. Hier in Europa und insbesondere in Amerika werden doch sehr stark die tiefen Frequenzen für einen kraftvollen Motor bevorzugt.

Das heißt, ein Geräusch wird nicht nur dann als unangenehm empfunden, wenn es laut ist?

Genuit: Wir befassen uns in der sogenannten Psychoakustik mit allen Phänomenen, die die Wirkung von Schall auf den Menschen beeinflussen. Die Lautstärke eines Geräuschs ist dabei ein Kriterium, diese hängt aber nicht unbedingt vom Pegel ab, sondern kann auch von der Frequenzzusammensetzung abhängen. Außerdem geht es um Muster: Ist das Geräusch mehr oder weniger konstant oder unregelmäßig? Harmonisch oder disharmonisch? Sind die Ursachen bekannt oder unbekannt? Auch der Kontext eines Geräuschs ist wichtig.

Was meinen Sie mit Kontext?

Genuit: Ein interessantes Designthema ist das Klicken des Blinkers. Der macht irgendwie „Klick-Klack“. Manche Blinker sind nervig, manche klingen angenehm. Aber auch wenn man ein angenehmes Blinkergeräusch entwickelt hat, ist es wichtig zu wissen: Es ist ein Blinker. Würde zum Beispiel der Scheibenwischer genau so klicken wie der Blinker, würde der Kunde dies sofort reklamieren. Eigentlich müsste ein Blinker heute ja gar nicht mehr klacken: Früher war das ein Relais, heute wird der Sound elektronisch erzeugt. Aber man weiß, der Kunde erwartet ein gewisses akustisches Feedback, dass der Blinker funktioniert beziehungsweise sich auch wieder ausgeschaltet hat.

Wie hat sich das Thema Sound-Qualität im Laufe der vergangenen Jahre verändert?

Genuit: Als wir in den 1980er Jahren bei Head Acoustics anfingen, war Sound Quality vor allem Troubleshooting. Die Hauptaufgabe eines Akustikingenieurs war es, unangenehme Geräusche zu vermeiden oder zu reduzieren. Man musste damals überhaupt erst mal identifizieren, wo die Quellen von unangenehmen Geräuschen sind, warum ein Geräusch unangenehm ist, wie es übertragen wird und wie man es verändern kann. Seit gut zehn Jahren wird eine aktive Geräuschgestaltung immer wichtiger. Man will heute auch neue Geräusche designen und entwickeln. Das wird gerade ein großes Thema für Elektrofahrzeuge, ist aber auch schon bei Autos mit Verbrennungsmotoren gang und gäbe – etwa durch Active Noise Compensation, also Antischall, um tiefere Frequenzen zu reduzieren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, mit Lautsprechern oder auch mit Schwingungsanregern gezielt einzelne Frequenzen hinzuzufügen, damit das Auto zum Beispiel kraftvoller oder sportlicher klingt. Inzwischen kann der Autofahrer bei vielen Fahrzeugen selbst den Sound verändern, indem er vom Sport- in den Komfortmodus wechselt. Dabei werden also nicht nur das Fahrverhalten und die Dynamik verändert, sondern auch die akustischen Einspielungen.

An welchen Komponenten im Auto sind Akustiker heute beteiligt?

Genuit: Das Feld ist schier unendlich, angefangen bei Reifen-Fahrbahn-Geräuschen und Windgeräuschen über Geräusche von Zusatzaggregaten für Lüftung, Klimatisierung, Servopumpen, Bremskraftverstärker und Geräuschen von Schaltern wie Türheber, Sitzverstellung oder Schiebedach bis hin zum Tank-Schwapp-Geräusch, das der Tank beim Bremsen im Innenraum verursacht, wenn er nicht voll.

Ich bin drei Jahre lang ein Elektroauto gefahren und habe Geräusche im Innenraum wie Lüftung oder Geklapper deutlich lauter wahrgenommen, weil das Auto an sich leise war und die Geräusche nicht von Motorengeräuschen überlagert wurden. Ist dies ein großes Thema für die Automobilindustrie?

Genuit: Die Elektromobilität stellt die Akustiker in der Tat vor neue Herausforderungen. Sie haben einige störende Geräusche beschrieben. Doch auch Windgeräusche und Reifen-Abrollgeräusche werden im Elektroauto viel deutlicher wahrgenommen – vor allem bei Autos im unteren Preissegment, die nicht besonders gut gedämmt sind.

Hatte man diese Probleme schon von Beginn an auf dem Radar?

Genuit: Nicht wirklich. Der Hauptfokus bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen liegt bislang auf anderen Bereichen wie etwa Konstruktion, Reichweite der Batterie, Sicherheit und so weiter. Gemeinhin wird gerne gesagt, dass Elektroautos leise sind. Aber das ist falsch, auch die machen Geräusche – und das, was man hört, ist häufig sehr unangenehm und vor allem ganz anders. Elektroautos haben mehr hohe Frequenzen, sie haben Modulationen, pfeifen, zischen und zirpen. Ganz hochfrequente Töne entstehen zum Beispiel bei der Rekuperation durch den Stromwandler. Dieses Geräusch ist zwar sehr leise, wird aber deutlich vom Gehör wahrgenommen und häufig als unangenehm beurteilt.

Ist das ein Thema der Dämmung oder welche Lösungen gibt es dafür?

Genuit: Dämmung und Masse sind immer gut für die Akustik. Aber wenn ich da mehr Masse und Dämmmaterial hineinbringe, um akustisch zu optimieren, wirkt sich das immer ungünstig auf den Verbrauch beziehungsweise auf die Reichweite beim batteriebetriebenen Fahrzeug aus. Man versucht somit, mit möglichst wenig Dämmmaterial ein gutes Auto hinzubekommen. Das heißt, nicht die gesamte Karosserie wird vollgepflastert, sondern man schaut gezielt, welche Karosserieteile welche Frequenzen abstrahlen. Und nur die werden mit Absorberplatten zum Beispiel behandelt.

Gibt es noch andere Maßnahmen, die man ergreifen kann?

Genuit: Ja, wir haben uns sehr stark mit der sogenannten Transferpfadanalyse beschäftigt. Dabei wird analysiert, wie ein Geräusch überhaupt im Fahrzeuginnenraum ans Ohr des Fahrers gelangt. Das ist einmal direkt der Luftstrahl, der durch die ganze Karosserie schallt, aber ganz wichtig ist auch der Körperschall. Der Motor ist ja irgendwie befestigt. Er überträgt Schwingungen in die Karosserie, die Karosserie schwingt und die einzelnen Blechteile oder auch Glasteile strahlen das dann wie ein Lautsprecher wieder ab. Wenn man das genau versteht, wie kommen denn die Schwingungen in das Auto, kann man ganz gezielt an diesen Ankoppelungspunkten ansetzen und diese so definieren, dass der Kunde mit der gegebenen Impedanz der Karosserie keine unangenehmen Töne mehr wahrnimmt. Die Transferpfadanalyse ist heute der anspruchsvollste und intelligenteste Weg, ohne Masse-Erhöhung oder Dämmmaterial zu versuchen, dass gar nicht erst die Geräusche in das Auto überhaupt eindringen können.

Welche Rolle spielt hier die Messtechnik?

Genuit: Eine sehr große. Wir haben bei Head Acoustics daher Produkte für die Psychoakustik entwickelt. Das fängt an mit einem Kunstkopf-Messsystem für die dreidimensionale Ortung von Schallquellen und die Beeinflussung des akustischen Signals durch das menschliche Hörsystem. Damit kann man exakt Situationen reproduzieren und sofort in einer Simulation Veränderungen durchführen, um festzustellen, was man an einem Geräusch verändern muss. Dafür haben wir Hardware und Software im Programm. Zudem verfügen wir über Messräume, um Fahrzeuge hinsichtlich Sound-Qualität zu untersuchen, gerade mittels der Transferpfadanalyse. Daneben entwickeln wir Geräuschqualitätsmetriken, anhand derer man bei einer Formel vorhersagen kann, wie die Geräuschqualität für ein bestimmtes Produkt sein wird. Damit spart man zum Teil große Hörversuche mit Probanden.

Das heißt, Hörversuche mit Menschen gibt es nach wie vor. Was kann denn das menschliche Ohr besser als eine Vielzahl von Sensoren?

Genuit: Das menschliche Gehör ist nach wie vor unschlagbar, weil wir räumlich und vor allem weil wir selektiv hören können: Sie können während der Fahrt im Auto bei 120 km/h trotz aller möglichen Geräusche feststellen, dass irgendwo etwas quietscht, klappert oder pfeift – obwohl dieses Geräusch deutlich leiser ist als das gesamte Auto. Außerdem ist unser Gehör adaptiv. Das heißt, in einem leisen Auto wird das Gehör immer empfindlicher. Somit identifiziert es in einem leisen Auto mehr Geräuschprobleme als in einem lauten Auto. Und das kann unsere Messtechnik so ohne weiteres nicht 1:1 nachbilden. Unabhängig vom Pegel kann dies auch ein unerwarteter oder nicht einzuordnender Ton sein. Ich bin vor Kurzem im Urlaub, den ich an einem absolut ruhigen Ort verbracht habe, nachts wach geworden, weil in der Holzkommode ein Holzwurm schmatzte.

Wird sich die Messtechnik in den nächsten Jahren weiterentwickeln, um diese Defizite gegenüber dem menschlichen Gehör abzubauen?

Genuit: Die Messtechnik wird sich meiner Ansicht nach nicht mehr sehr verändern, die Entwicklungen konzentrieren sich mehr auf den Software-Bereich. Es werden neue Algorithmen entwickelt. So sind wir gerade dabei, einen neuen Standard für die Tonalität zu entwickeln. Außerdem arbeiten wir daran, Kunstkopfaufnahmen sofort durch Software in die einzelnen Geräuschkomponenten zerlegen zu können, um ermitteln zu können, woher im Innenraum Geräusche kommen. ■


Die Autorin

Sabine Koll

Redaktion

Quality Engineering


Acoustex – neue Messe für Noise-Control und Sound-Design

Mit der Acoustex geht am 10. und 11. Oktober 2018 in Dortmund die erste Fachmesse für Noise-Control und Sound-Design an den Start. Hinter dem Messekonzept steht ein Trend: Heute werden mehr denn je akustisch wirksame Gebäude und Räume, vibrationsarme sowie angenehm klingende Produkte, aber auch geräuscharme Verkehrsmittel und -wege verlangt. Auf der Messe werden genau diese Themen im Mittelpunkt stehen. „Die Fachmesse schließt eine Lücke in der Messelandschaft. Hersteller akustisch wirksamer Produkte und Lösungen treffen auf Fachleute unterschiedlicher Branchen mit passenden Projekten“, sagt Sabine Loos, Hauptgeschäftsführerin der Westfalenhallen Dortmund GmbH. Mehr als 60 Stunden Fachprogramm mit Vorträgen und Podiumsdiskussionen sorgen für ein hochwertiges Angebot. Die Themenwelten der Acoustex sind Architecture, Industry und Traffic. Head Acoustics ist einer der Aussteller



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