Optimales Fahrerlebnis dank Lärmreduktion und Klangerzeugung

Autor / Redakteur: Rajus Augustine * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Motor- und Fahrgeräusche stören im Auto und sollten eliminiert werden. Aber manchmal wünscht man sich auch Klänge, wie den Sound eines Achtzylinders oder künstliche Fahrgeräusche bei E-Fahrzeugen.

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Das Aus für störende Motor- und Fahrgeräusche: Aktive Systeme zur Lärmreduktion machen's möglich.
Das Aus für störende Motor- und Fahrgeräusche: Aktive Systeme zur Lärmreduktion machen's möglich.
(Bild: HARMAN)

Es gibt angenehme und unangenehme Geräusche im Fahrzeug. Der satte Sound eines V8 oder ein dynamisch „zwitschernder“ Turbomotor gehören für Auto-Fans durchaus zu den angenehmen Klängen. Dabei sollte der Motorklang jedoch dezent und ausgewogen und nur bei Beanspruchung deutlich zu hören sein. Der Einbau von neuen leichteren Komponenten, um die CO2-Emission zu reduzieren, erhöht jedoch die wahrnehmbaren Geräusche im Fahrzeug. Diese, sowie laute Reifen- und Fahrbahngeräusche, die von der Straße herrühren, sind unangenehm und bisweilen stressfördernd und ermüdend.

Absolute Stille kann im Straßenverkehr gefährlich sein

Absolute Stille dagegen mag viele gestresste Großstädter erfreuen – im Straßenverkehr kann sie jedoch auch gefährlich werden. In den meisten Ländern ist es deshalb gesetzlich geregelt, dass Elektro- und Hybrid-Autos künstlich erzeugte Geräusche generieren müssen, um andere Verkehrsteilnehmer zu warnen. Die Frage ist nur: Wie soll das Fahren der Zukunft klingen? Wollen wir einen „Retro-Verbrenner-Sound“, der wie heutige Autos klingt, oder darf es etwas futuristischer sein?

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Ganz frei sind die Sound-Designer in der Gestaltung allerdings nicht: Unter anderem muss das Außengeräusch aus mindestens zwei sogenannten Terzbändern (was einem Drittel einer Oktave entspricht) bestehen, wobei ein Terzband unterhalb von 1600 Hz liegen muss. Dies soll gewährleisten, dass auch Menschen mit verringerter Hörfähigkeit das Geräusch wahrnehmen können. Außerdem muss ein Klang verwendet werden, der Aufmerksamkeit erzeugt. Von 2017 bis 2025 wird der Markt für die Geräuscherzeugung bei Elektro-Autos deshalb laut einer Prognose von Persistence Market Research um 26% wachsen, von 33 Mrd. auf 214 Mrd. US-$.

Geräuschreduktion und Sound-Design werden also immer wichtiger, weil Elektro-Autos zunehmend Verbreitung finden und auch der Anspruch an ein hochwertiges Klangerlebnis im Fahrzeug stets größer wird. Dies würde von unerwünschten Nebengeräuschen empfindlich gestört. Gefragt sind daher Technologien wie HARMANs HALOsonic Road Noise Cancellation (RNC), Engine Order Cancellation (EOC) oder auch Electronic Sound Synthesis (ESS), die unerwünschte Geräusche im Kabineninnenraum reduzieren und gewollte Klänge verstärken oder gar neu erzeugen – und zwar sowohl für herkömmliche Autos, als auch für Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge.

Weniger Straßengeräusche durch RNC

Rollgeräusche, die durch Reifen-Fahrbahn-Interaktion beispielsweise auf einem schlechten Straßenbelag entstehen und durch Übertragung von Vibrationen durch die Karosserie ins Innere gelangen, können ebenfalls störend für den Fahrer sein. Dies gilt besonders für Elektrofahrzeuge: Diese besitzen keinen Verbrennungsmotor, dessen Geräusch den Straßenlärm bis zu einem gewissen Grad maskiert. Straßenlärm ist ein breitbandiges Geräusch, das heißt, er hat ein breites Frequenzspektrum. Über einen intelligenten Algorithmus und mithilfe mehrerer Sensoren im Fahrzeug kann HARMANs HALOsonic Road Noise Cancellation System jedoch sehr gute Ergebnisse erzielen und Lärmspitzen im gesamten Zielfrequenzbereich deutlich reduzieren.

Diese RNC-Lösung ist eine der ersten ihrer Art, die auf dem Markt verfügbar ist, und basiert auf dem Prinzip mit "Gegenschall" den Straßenlärm zu reduzieren. Dazu ist das Fahrgestell mit Beschleunigungssensoren ausgestattet, die es dem System ermöglichen, die Korrelation der von den auf der Straße rollenden Reifen kommenden Schwingungen und der daraus resultierenden Geräusche in der Kabine zu messen. Anschließend erzeugt der Algorithmus im RNC-Controller inverse Schallwellen, die über die Lautsprecher des Audiosystems im Fahrzeug wiedergegeben werden und so das Störgeräusch weitgehend eliminieren. Hochempfindliche Fehlermikrofone im Fahrzeuginneren helfen bei der Feinabstimmung des Signals und tragen somit insgesamt dazu bei, dass die Fahrzeugkabine wesentlich ruhiger wird.

HALOsonic EOC und RNC verwenden HARMANs patentierte TrueAudio-Technologie, die sicherstellt, dass nur unerwünschte Motor- oder Straßengeräusche unterdrückt werden, während Musiksignale nicht beeinträchtigt werden.

EOC: Geräuschreduktion für Motoren

Verbrennungsmotoren und Komponenten der Abgasanlage generieren im Betrieb Geräusche, die unter anderem über die Karosserie ins Fahrzeuginnere übertragen und im Fahrgastraum als durchaus signifikantes, störendes Dröhnen wahrgenommen werden können. Traditionelle NVH-Maßnahmen zur Dämpfung dieser Geräusche umfassen beispielsweise das Anbringen von geräuschdämmendem Material. Dies hat allerdings zur Folge, dass sich das Gewicht des Fahrzeugs erhöht, was zu einem höheren Benzinverbrauch, höheren CO2-Emissionen und einer schlechteren Performance des Autos führt. Weiterhin werden durch die Verwendung von Leichtbauwerkstoffen und Zylinderabschaltung zwar der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen gesenkt, jedoch erhöht sich hierdurch wiederum der Geräuschpegel im Innenraum.

Mithilfe von Lösungen wie HARMANs HALOsonic Engine Order Cancellation (EOC) können Autohersteller die unerwünschten niederfrequenten Motorengeräusche im Fahrzeuginnenraum effektiv verringern, ohne das Gewicht des Fahrzeugs durch zusätzliche geräuschdämmende Materialien zu erhöhen und somit letztlich einen Beitrag zur CO2-Emissionsreduktion erreichen. Der EOC Controller verwendet dabei das Motordrehzahlsignal als Referenz, um eine Schallwelle zu erzeugen, die der vom Motor erzeugten Geräuschwelle entgegenwirkt und als phasengedrehtes Signal bestimmte Frequenzen des Störgeräusches neutralisiert.

Zusätzlich geben in der Kabinendecke montierte Fehlermikrofone Rückmeldung über die Amplitude und Phase, um die Effekte der Geräuschunterdrückung zu verbessern. Durch diese Technologie müssen OEMs weniger herkömmliches Dämmmaterial einsetzen – bei gleichzeitigem Erreichen eines geringeren Geräuschpegels im Innenraum. Dies macht wiederum das Fahrerlebnis deutlich angenehmer: Einerseits durch weniger Lärm, andererseits durch ein unverfälschtes Klangerlebnis, etwa wenn der Fahrer Musik des Sound-Systems genießt.

ESS: Aktiv erzeugter Klang, dort wo er gebraucht wird

Nicht alle Geräusche im und um das Fahrzeug sind störend und ungewollt. Es gibt auch im Hinblick auf die Sicherheit und die Emotion beim Fahren durchaus gewünschte Klänge. Electronic Sound Synthesis (ESS) von HARMAN wurde genau dafür entwickelt: Es erzeugt den gewollten, autospezifischen Fahrzeugklang und zwar sowohl innerhalb als auch außerhalb des Fahrzeugs. Entsprechend umfasst die ESS-Lösung zwei Technologien: iESS (internal Electronic Sound Synthesis) und eESS (external Electronic Sound Synthesis).

Vollelektrische und Hybridfahrzeuge fahren sehr leise. Was für den Fahrer durchaus angenehm sein mag kann für Fußgänger jedoch, wie bereits erläutert, unter Umständen gefährlich sein. eESS erzeugt deshalb ein Geräusch, das von Lautsprechern an der Vorder- und Rückseite des Fahrzeugs wiedergegeben wird. Es gibt anderen Verkehrsteilnehmern akustische Informationen darüber, aus welcher Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich das Fahrzeug nähert. Den Automobilherstellern gibt eESS auch die Möglichkeit, über den individuellen Sound ihrer Elektrofahrzeuge eine Differenzierung zu erreichen und ihren Markenkern zu gestalten. So können durch die softwarebasierte Technologie vom Klangbild eines Verbrennungsmotors, über den sportlichen Sound eines V6 oder V8 Motors bis hin zum futuristischen Sound – beispielsweise ähnlich dem eines Podrenners aus Star Wars – unterschiedlichste Klänge nachgebildet werden.

iESS dagegen generiert einen Sound, der gezielt in den Fahrzeuginnenraum abgegeben wird: Ein satter Motorensound ist häufig ein integraler Aspekt des Fahrerlebnisses und spielt auch im Hinblick auf die DNS des Fahrzeugs eine wichtige Rolle. iESS funktioniert durch Klangkonturierung innerhalb der Kabine, wobei über das Fahrzeug-Lautsprechersystem geschwindigkeits- und drehmomentabhängige Geräusche erzeugt werden.

Maßnahmen wie Motor-Downsizing durch kleinere Hubräume, Verwendung von Turboladern oder Zylinderabschaltung helfen zwar bei der Reduktion von CO2-Emissionen, verändern aber auch die Akustik des Motors. Mit HARMANs iESS-Lösung können Autohersteller dieser Veränderung entgegenwirken, ohne Einbußen bei der Einsparung von CO2 in Kauf nehmen zu müssen. Der Fahrer wiederum bekommt durch den generierten Sound ein verbessertes akustisches Feedback zu seinem Auto und der momentanen Geschwindigkeit, und alle Fahrzeuginsassen können weiterhin einen angenehmen satten Motorsound für ein optimales Fahrgefühl genießen.

Störgeräuschfreies Fahrerlebnis und die Stimme des Fahrzeugs

Mit seinen verschiedenen HALOsonic-Technologien sorgt HARMAN nicht nur für ein störgeräuschfreies Fahrerlebnis, sondern gibt in Zeiten der zunehmenden Elektrifizierung des Automobils dem Fahrzeug auch eine Stimme – sowohl inner- als auch außerhalb der Kabine.

* Rajus Augustine ist Director Business Development bei HARMAN International.

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