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02.07.2019 | Fahrzeugakustik + NVH | Interview | Onlineartikel

"Wir können die Fahrzeuge jetzt virtuell auralisieren"

Autor:
Michael Reichenbach

Mit Virtual Prototyping können Autos angehört werden, die noch gar nicht existieren. Klaus Genuit von Head acoustics erklärt im Interview, dass Standards zur Geräuschlandschaft wichtiger sind als Kunstkopf-Patente. 

ATZ/Springer Professional: Herr Professor Genuit, Ihr Unternehmen Head acoustics beschäftigt sich seit 33 Jahren mit NVH-Fragestellungen rund um das Automobil. Sind Sie auch in ähnlich gelagerten Themenfeldern wie Spracherkennung, Telefonieren, Freisprechen und E-Call unterwegs?

Genuit: Ja, wir sind so gut wie die einzigen, die das E-Call-System richtig messen können. Fast alle Automobilhersteller machen hier bei uns ihre Tests und Zulassungen. Wir fokussieren uns auf das Automotive-Gebiet. Die Bahntechnik mit störenden Geräuschen in einer S-Bahn beim Türöffnen oder Anfahren ist außen vor. Dies liegt auch daran, dass diese Branche noch sehr konventionell unterwegs ist, also dB(A), dB(A), dB(A) ihre Maxime ist. Vielleicht wegen dB für Deutsche Bahn; sie hängen sehr an diesem veralteten Messwert, gehen eher den klassischen und konservativen Weg. 

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Das Thema Vibrationen darf man beim NVH nicht außer Acht gelassen. Wird es durch den notwendigen Leichtbau wieder wichtiger? In welchen Beispielen?

Es ist klar, der Leichtbau erschwert uns Akustikern ihre Arbeit. Viel Masse ist immer am einfachsten für uns. Bei Leichtbaukomponenten muss ich sehr viel intelligenter bauen, ich muss berücksichtigen, wie ich die Systeme wie Motor, Karosserie und andere Module aneinander kopple. Dafür haben wir schon 1992 die Transferpfadanalyse im Zeitbereich entwickelt, kurz TPA genannt, um genau gucken und insbesondere hören zu können: Wie muss ich die Übertragungswege auslegen, damit ein Geräusch oder eine Schwingung so wenig wie möglich in die Karosserie eingeleitet wird. Sowohl den Pfad des Luftschalls – direkt an das Ohr – als auch den des Körperschalls muss man genau betrachten, um sie vorhersagen zu können. Wir können das schon über einen sehr breiten Frequenzbereich, auch beim Körperschall bis weit über 4 kHz, sodass wir ebenso Dieselmotoren mit ihrem Tickern und Rasseln sehr genau analysieren können und auch das Pfeifen und Heulen bei elektrischen Antrieben. Denn es ist am einfachsten, am Übertragungsweg etwas zu verändern als an der Quelle selbst.

Das ist einfacher? Es gibt doch die Akustikerregel, zunächst Primärmaßnahmen an der Quelle durchzuführen und erst dann, wenn dies nicht erfolgreich ist, Sekundärmaßnahmen durch Schalldämmung einzuleiten.

Ja schon, aber meistens wird das von unseren Automobilkunden vorgegeben. Der Dieselmotor ist fertig, wir NVH-Spezialisten dürfen nichts mehr an ihm ändern, denn er ist optimiert nach Verbrauch, Abgas und Leistung. Somit können wir nur noch etwas an der Stellschraube Kopplungselemente drehen. Es ist ganz interessant, dass im Automobilbereich die Ankopplung des Antriebsstrangs bislang sehr wenig unter NVH-Gesichtspunkten optimiert wurde. Da werden die Motoren verbessert, das Fahrzeug optimiert. Dann wird der Motor in das Fahrzeug über irgendwelche Tragarme in die Karosserie eingebaut. Diese Tragarme (und Motorlager) werden meistens unter produktionstechnischen Gesichtspunkten optimiert. Hier passieren dann die größten Sünden. Wir können manchmal bis zu 20 dB herausholen, wenn dieser Knotenpunkt richtig mit seinen Impedanzen und Rückwirkungen verstanden wird. Besonders bei hohen Frequenzen ab 500 oder 1000 Hz beginnen die Komponenten, sich gegenseitig zu beeinflussen, es kommt zu Resonanzen statt zu Abkopplungen.

Das heißt, Sie wünschen sich, früher in den Entwicklungsprozess eingebunden zu werden?

Da arbeiten wir gerade dran, dass man diese Dinge stärker in die frühen Stufen des Prozesses vorzieht. Wir erforschen neue Simulationsmodelle, die die bisherigen TPA-Modelle erweitern. Mit der TPA konnten wir bisher sagen: Genau das ist der Übertragungsweg. Mit den neuen Modellen wollen wir vorhersagen können, bevor ein Motor gebaut wird: Wie wird der in einem Pkw klingen? Der nächste Schritt geht noch weiter: Die gesamten Transferpfade müssen nicht mehr gemessen, sie können nun vorher berechnet werden. Die Computersimulation oder das Virtual Prototyping werden immer wichtiger, um schon in einem frühen Stadium nicht nur Daten zu haben, sondern sie auch konkret anhören zu können. Wir können die Fahrzeuge jetzt virtuell auralisieren wie eine Kunstkopfaufnahme. Und mit einem Soundsimulator wird das Auto virtuell und interaktiv fahren gelassen.

Welche neuen Patente gibt es im Markt für Kunstkopf-Messsysteme, seit Head acoustics 1986 gegründet wurde?

Beim Kunstkopf gibt es keine weiteren Patente mehr, die damaligen sind inzwischen abgelaufen. Das Wesentliche des Patents war ja, dass der Kunstkopf zum einen freifeldentzerrt ist. Es war ein einfacher Denkfehler, denn der Schall durchlief zweimal den Ohrkanal, wodurch die Messungen zunächst sehr komisch klangen. Zum anderen ist er kalibrierfähig und hat eine mathematisch beschreibbare Geometrie. Dazu vereinfachten wir die Form des Kopfes und der menschlichen Ohrmuschel, die ja schlecht zu standardisieren waren. Gerade wird es im Thema Psychoakustik spannender, wenngleich wir dort keine Patente mehr machen, weil sie letztendlich bei der Normung stören.

Können Sie diese Psychoakustik-Standards bitte näher erläutern?

Wir sind sehr intensiv unterwegs, mehrere neue Standards zu geschaffen: für die Lautheit, Rauigkeit, Schärfe und für die Tonalität. Aktuell tun wir dies für die Rauigkeit. Wir waren 2014 und dann 2018 maßgeblich daran beteiligt, den sogenannten Soundscape-Standard erstmalig zu einer internationalen Norm, der ISO 12913, in zwei ersten Paketen zu führen. Das dritte folgt 2020. Die Grundlagen dazu haben wir mit erarbeitet. Dort wird festgelegt: Wie muss ich eine Geräuschlandschaft messen? Nämlich mit dem Kunstkopf. Wie analysiere ich diese Geräusche? Indem ich einerseits die Psychoakustik nutze, und andererseits durch geeignete Interviews. Also befrage ich die Leute, unsere Probanden, die das Geräusch gehört haben. Sie sind die eigentlichen Experten, denn sie können Ihnen am besten sagen, was an einem Geräusch störend ist.

Gab es zu den Grundlagen der Geräuschlandschaft beim VDA oder VDI nicht einen Arbeitskreis?

Nein, leider nicht. Es würde aber Zeit, so etwas ins Leben zu rufen. Der Soundscape-Ansatz kam eigentlich aus dem Umweltbereich, weil dort die größte Diskrepanz war zwischen dem Thema "Die Leute fühlen sich durch Lärm belästigt" und der Meinung des Gutachters, der sagte: "Nein, es sind doch nur 45 dB(A)". Wir mussten das anders angehen. Den jetzigen Standard ISO 12913 können Sie auf alles anwenden: auf Bürogeräusche, Fahrzeuglärm oder Waschmaschine und Eisenbahn. Er zeigt, wie man methodisch vorzugehen hat, wenn es darum geht, eine Belastung durch Geräusche gut zu bestimmen.

Wie eng sind bei Ihnen Entwicklungsabteilung und Forschung verzahnt?

Wir haben bei Head acoustics eine relativ große Forschungsabteilung, die sich mit all diesen NVH-Fragen intensiv beschäftigen kann und wofür drei Professoren zur Verfügung stehen. Ich lehre an der RWTH Aachen das Fachgebiet Sound Engineering. Herr Professor Roland Sottek macht die Psychoacoustics in der Division Angewandte Akustik an der Chalmers University in Göteborg (Schweden). Und Herr Professor André Fiebig ist zurzeit Gastprofessor für Psychoakustik am Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik der TU Berlin. Man sieht, wir sind sehr wissenschaftlich unterwegs.

Forschung ist doch eigentlich Sache einer Universität?

Es gibt bis heute in Aachen an der RWTH keinen Ausbildungsgang zum Akustikingenieur, die Akustik ist – wie zu Zeiten meines Studiums in den 1970ern schon – bei der Elektrotechnik untergebracht, normalerweise gehört sie zur Physik. Ich selbst habe Nachrichtentechnik bei Herrn Professor Hans Dieter Lüke studiert, dort waren die Psychoakustiker angegliedert, die die Signalverarbeitung des Gehörs untersuchen. Es ging schon damals darum, wie verarbeitet unser Gehirn die Signale von linkem und rechtem Ohr, wie funktioniert das selektive Hören und das binaurale sprich beidohrige Hören.

Herr Professor Genuit, vielen Dank für das aufschlussreiche Gespräch.

Mehr vom Interview können Sie in der ATZ 7-8/2019 lesen.

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