Lärmreduzierung war gestern - Produkt Sound Design ist die Herausforderung von morgen

Von Udo Wagner/Microtech Gefell/MTG

Microtech Gefell: Die Elektromobilität verändert die Welt der Akustiktechnik. Die Entwicklung einer neuen Fahrzeuggeneration geht einher mit immensen Fortschritten in der Prüfstandstechnik und Messwelt.

Nach langer Zeit der Forschung leben wir nun im Jahrhundert der Elektromobilität. Die Geräuschemissionen sind so niedrig, wie es zu Zeiten der Verbrennungsmotoren, sowohl Gas- als auch Dieselmotoren, nie möglich war.

Aber sehr niedrige Geräuschemissionen sind gefährlich, besonders für Fußgänger. Der Gesetzgeber fordert in den meisten Ländern ein Mindestgeräusch im Geschwindigkeitsbereich bis 20km/h und im Rückwärtsgang (Europäische Richtlinie Nr. 540/2014). Diese Systeme werden „Acoustic Vehicle Alerting Systems“ genannt und sind seit Juli 2019 in Elektro-, Hybrid- und Brennstoffzellenautos Pflicht.

Hochwertiger Sound - ein Schlüsselfaktor für die Entwicklung der Elektromobilität

Der Kreativität der Sound-Ingenieure sind keine Grenzen gesetzt. Prof. Stefan Sentpali äußerte dazu: "Die Menschen haben eine bestimmte Erwartungshaltung, wie ein Gegenstand klingt. ... Der Sound muss hochwertig sein, darf nicht knarren oder knirschen ... Die Leute wissen, wie Fahrzeuge in Science-Fiction-Filmen klingen. Sie werden sich auch bei Elektrofahrzeugen daran orientieren. Sie klingen bis zu zwei Oktaven höher, hochfrequent wie ein leises, angenehmes Pfeifen ..." [(DPA), „Zwischen ´Star Trek´und Stille: Sounddesign bei E-Autos“/OTZ 15.12.2020].

MTG liefert passendes Equipment für Sound-Ingenieure, welche helfen unter Nutzung verschiedener Prüfstand- und Messsysteme Geräusche der Elektrofahrzeuge zu kreieren.

Pass-by Prüfsysteme und E-Mobility

Die Pass-By-Messung nach DIN ISO 362-1:2017-10 ist eignet sich sowohl als Standardverfahren für alle zugelassenen Fahrzeuge, als auch für das Design von Elektrofahrzeuggeräuschen.

So gibt es sowohl outdoor Pass-by - Prüfstände in wetterfesten Außeninstallationen mit zwei obligatorischen Messmikrofonen, als auch indoor Pass-by - Prüfstände mit bis zu 64 Mikrofonkanälen in großen Innenanlagen mit akustischen Elementen und einer Messgrenze von 40Hz bis 20kHz und mehr zur Simulation der realen Vorbeifahrt mit einem Fahrzeug.

Die Anforderung an die untere Grenzfrequenz stammt von Verbrennungsmotoren, ist aber auch für Sound-Design in der E-Mobility-Welt anwendbar.

Im Gegensatz zum menschlichen Ohr ist ein Messmikrofon ein Sensor mit einem sehr linearen Frequenzgang. Erst durch Filterung, z.B. konventionelle A-Bewertung, oder psychoakustische Auswertung in Softwaresystemen kommen die analysierten Signale unserem menschlichen Empfinden sehr nahe.

Schon beim Mikrofon macht sich die veränderte E-Mobilty Welt bemerkbar.

Während herkömmliche Verbrennungsmotoren ihre spektralen Geräuschanteile im Frequenzbereich unterhalb von 3 kHz aufweisen, sind elektrische Antriebssysteme im 6 kHz-, 8 kHz- oder 10 kHz-Bereich hörbar. Bis 3 kHz haben fast alle hochwertigen Mikrofone, die Schalldruckempfänger sind, einen sehr linearen Amplitudengang. Oberhalb von 3 kHz ist es sehr wichtig, den richtigen Frequenzgang-Typ für ein Mikrofon zu wählen - Freifeld- oder Zufallsfeldtyp.

Auch der Einfluss des Schaumstoff-Windschutzes zur Verringerung akustischer Störungen durch Windturbulenzen um das Mikrofongehäuse herum ist wichtig, denn je nach Schaumstoffdichte werden hochfrequente Spektralanteile mehr oder weniger stark gedämpft. Entspricht der Windschutz nicht der Herstellerspezifikation, fallen die Mikrofone an der unteren Grenze aus dem Schallpegelmesser- bzw. Mikrofontoleranzfeld heraus.

Das Mikrofon als Schalldruckempfänger ohne Richtungsempfindlichkeit für Schallwellen sollte eine exakte Kugelcharakteristik haben. Dies ist allerdings im Frequenzbereich oberhalb von ca. 5 kHz nicht ganz richtig, da die Wellenlänge die gleiche Dimension hat wie das Mikrofon selbst.

Diese Tatsache führt zu einem Unterschied in den Schallpegelmessergebnissen, z.B. bei einer Pass-by - Messung, wenn Mikrofone eines speziellen Typs, wie z.B. Freifeldmikrofone mit einem exakt linearen Amplitudengang auf der Achse, vertikal oder horizontal in Bezug auf ihre eigene Achse installiert werden.

Mit anderen Worten, die wichtige Frage ist, ob die Membran zum Himmel oder zum fahrenden Fahrzeug schaut. Diese Tatsache ist in der ISO 362 bis zu ihrer aktuellen Version von 2017 nicht genau beschrieben.

MTG macht sich den gleichen Effekt zunutze, indem Mikrofone für Pass-by in vertikaler Position und gleichzeitig Mikrofone mit zufälligem (diffusem) Feld verwendet werden. Diese Art von Mikrofonen soll sicherstellen, dass ein Mikrofon in einer halligen Umgebung einen linearen Frequenzgang erhält, da es in einem solchen Schallfeld weniger Reflexions- und Druckaufbaueffekte gibt. Außerdem weist ein solcher Mikrofontyp im Freifeld einen exakt linearen Frequenzgang der Klasse 1 im 90-Grad-Achsversatz auf. Es ist somit ein ideales Instrument für Pass-by - Messungen, da, zum einen ein vertikales Mikrofon optimal gegen Regen, Feuchtigkeit und Wind geschützt und zum anderen die Richtcharakteristik exakt kreisförmig um seine Achse ist. Dies bewirkt, dass die Position des vorbeifahrenden Autos aufgrund des Richtcharakteristik-Effekts und der Winkellage nicht zu einem falschen Messwert des Schallpegels führt.

Das neueste MTG Produkt, das WME 980 CN (Community Noise), berücksichtigt genau diese akustischen und praktischen Zusammenhänge und ist somit ein perfektes Werkzeug für normgerechte Messungen sowie modernes Sounddesign.

Neu – Schallleistungshemisphäre SLH 112 für normgerechte Schallleistungsmessungen

Was zu einem perfekten akustischen Ergebnis führen soll, braucht noch weitere Entwicklungswerkzeuge im Hintergrund. Die Schallleistung ist hierbei die messtechnische Grundlage sowohl für die Lärmminderungsuntersuchung, als auch für das Sounddesign von Objekten.

In Klassischer Weise wird die Schallabstrahlung durch eine Hüllfläche gemessen. Dazu werden die Normen DIN EN ISO 3744 für ungerichtete breitbandige Quellen und DIN EN ISO 3745 für den gleichen und zusätzlich den "Universalfall" verwendet, was bedeutet, dass auch mehr oder weniger gerichtete Schallquellen behandelt werden können.

MTG hat dafür als komplett neues Produkt - eine Schallleistungshemisphäre (SLH) entwickelt.

SIS 190 double - ein weiteres professionelles Werkzeug für den Sounddesigner

Neben der halbkugelförmigen Mikrofonanordnung sind auch Schallintensitätssonden/SIS von messtechnischer Bedeutung.

SIS sind Zwei -Mikrofon-Anordnungen mit exakt gewählten Phasengängen für Schallleistungsmessungen zur Ortung der Schallemission von Teilkomponenten und entsprechen der Norm DIN EN IEC 61043. Die SIS 190 double, als ein weiteres professionelles Werkzeug für den Sounddesigner , ist in der Lage den kompletten Schallfrequenzbereich von 40Hz bis 12kHz abzudecken.