Geräusch- und Schwingungsqualität und Entwicklung von Zielvorgaben

Subaru wollte die Quellen von vibroakustischen Emissionen ausfindig machen, die der Fahrer hört und spürt, deren Stärken und Schwächen im Hinblick auf Geräusch und Schwingungen verstehen und dadurch sicherstellen, weiterhin das zu liefern, was Kunden hinsichtlich des NVH-Verhaltens und der Eigenschaften ihrer derzeitigen und zukünftigen Fahrzeuge erwarten.

Im Application Research Center arbeiteten wir mit Subaru zusammen und führten zahlreiche gründliche Untersuchungen an eigenen Fahrzeugen und Fahrzeugen der Wettbewerber durch. Hierbei wurden objektive Daten ebenso wie subjektive Eindrücke von Geräuschen und Schwingungen erhoben. Zur Vorhersage der Geräuschbeiträge der verschiedenen Quellen und Bestimmung der dominanten Quellen und Übertragungswege, die diese Beiträge beeinflussen, wurde ein testbasiertes SPC (Source Path Contribution)-Modell erstellt. Um sicherzustellen, dass die Erwartungen der Kunden erfüllt werden, wurde ein weiteres Projekt aufgesetzt, in dessen Rahmen Zielvorgaben für die Geräuschqualität und, mithilfe des NVH-Simulators von Brüel & Kjær, eine subjektive Jurybewertung erarbeitet wurden. Wir konnten Subaru dabei helfen, eine Feinabstimmung seiner bisherigen Geräusche vorzunehmen – durch Bestimmung von Geräuschen, die Kunden in manchen Fahrzeugen angenehm fanden, in anderen jedoch nicht – und virtuelle Prototypen für die Entwicklung der Charakteristiken zukünftiger Fahrzeuge zu erstellen.

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Das Management einer Akustikmarke ermöglicht eine bessere Markendifferenzierung, höhere Markenerkennung, stärkere Kundenbindung und daher eine verbesserte Markenerfahrung. Ein Automobil-OEM beabsichtigte die Entwicklung einer Markenklangidentität für eine seiner Fahrzeugserien. Darüber hinaus musste der Fahrzeug-OEM Metriken für die Geräuschqualität des Antriebsstrangs in Korrelation zum Markenimage entwickeln. Dazu wurden während der Fahrt unter normalen Fahrbedingungen in Fahrzeugen des OEMs und von Wettbewerbern an den Sitzpositionen von Fahrer und Insassen binaurale Akustikdaten gesammelt. Wir entwickelten eine Softwareapplikation speziell für die subjektive Bewertung der aufgezeichneten Geräusche auf der Ebene sportlich-kräftig/komfortabel-dezent. Die Geräusche wurden nach Fahrzeugsegment gruppiert und mit den Metriken für die Geräuschqualität verglichen, um aufzuzeigen, welche Geräuscheigenschaften am besten mit jeder dieser Beschreibungen übereinstimmen. Der OEM konnte diese Informationen nutzen, um Zielvorgaben für ein markenadäquates Geräuschdesign zu definieren.

Ein Automobil-OEM wünschte die Untersuchung der Mechanismen, die die Wahrnehmung von Rauigkeit beeinflussen, und die Entwicklung objektiver Metriken für akustische und haptische Empfindungen. Während der subjektiven Bewertung wurden Akustik- und Schwingungsmessungen unter Betriebsbedingungen an den Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine auf der Straße durchgeführt. Zur Bestimmung der relativen Bedeutung (des Beitrags) der verschiedenen Fahrzeugschnittstellen für die Gesamtwahrnehmung der Rauigkeit wurden Metriken für Betriebsschwingformen (Operating Deflection Shapes – ODS), Wavelet-Spektrogramme, Hüllkurve, Frequenzbereich (spektrale Energiedichte), Geräuschqualität und Schwingungsqualität gemessen/berechnet. Ein vorläufiges Modell der Wahrnehmung der Rauigkeit wurde entwickelt, zusammen mit einer Roadmap-Empfehlung für eine weitere Verfeinerung durch Nutzung von Labor-Simulationswerkzeugen anstelle tatsächlicher Fahrversuche.

Ein nordamerikanischer Fahrzeug-OEM wünschte die Erstellung von Akzeptanz-/Belästigungs-Schwellen für die durch die Auspuffanlage nach dem Ausschalten des Motors erzeugten Geräusche. Es handelt sich hierbei um kurzzeitig auftretende Knister/Knackgeräusche. Ursache dafür ist die Reaktion des Metalls auf den Temperaturgradienten durch das Abkühlen des Auspuffs. Der Fahrzeug-OEM zeichnete alle Daten gemäß seines Testverfahrens auf und lieferte uns die Daten zur Auswertung. Eine formelle Jurybewertung wurde entwickelt und zur Feststellung der Kundenreaktion auf diese Geräusche eingesetzt. Anhand der Ergebnisse der Jurybewertung wurde eine Präferenzgleichung aufgestellt, die auf Grundlage objektiver Schlüsselattribute von Messdaten vorhersagt, wie sehr sich der Kunde von einem Geräusch belästigt fühlt. Darüber hinaus veröffentlichte der OEM ein formelles Testverfahren für seine Auspufflieferanten, denen wir helfen konnten, diese neuen Zielvorgaben zu erfüllen.

Ein Autoglaslieferant wollte die Auswirkungen von akustischem Verbundglas in Bezug auf Windgeräusche für verschiedene Fahrzeuge und Segmente verstehen. Wir sammelten verschiedene binaurale Akustikaufnahmen im Fahrzeug an den Positionen von Fahrer und Beifahrer während normaler Fahrbedingungen, mit Windschutzscheiben unterschiedlicher Glaszusammensetzung. Einige der Aufnahmen wurden verwendet, um virtuelle Klänge zu synthetisieren, die unterschiedliche Charakteristika repräsentieren. Aufgenommene und synthetisierte Signale wurden dann verwendet, um einen formellen Klangqualitätstest zu entwerfen, bei dem die Juroren gebeten wurden, ihre Präferenz anzugeben. Die Ergebnisse der subjektiven Tests wurden mit Windgeräusch-Klangqualitätsmetriken korreliert, um ein Vorhersagemodell zu entwickeln, das bei der Produktentwicklung und -bewertung verwendet werden kann.

Ein Hersteller von Premium-Haushaltskühlgeräten hatte bereits in einer Jurybewertung mit uns zusammengearbeitet, um seine Produkte im Normalbetrieb zu prüfen und im Rahmen seiner Produktentwicklung die Geräuschqualität seiner Produkte zu verbessern. Ein Folgeprojekt wurde aufgesetzt, um eine ähnliche Auswertung für Ein- und Ausschaltvorgänge mit aufzunehmen. Akustikmessungen kurzzeitiger Vorgänge in Kühlgeräten wurden aufgenommen und für die Erstellung einer Jurybewertung verwendet. Anhand der Ergebnisse der Jurybewertung wurde eine Präferenzgleichung aufgestellt, die zusammen mit dem bestehenden Modell für „Betriebsgeräusche“ eingesetzt werden konnte. Der Hersteller von Haushaltsgeräten kann Geräuschqualitäts-Modelle nun wirkungsvoller für die Vorhersage von Kundenpräferenzen anhand gemessener objektiver Daten nutzen.

> Investigation of a High Frequency Sound Quality Concern in a Refrigerator and Resulting Compressor Design Study (Tagungsbeitrag)

Alarmtöne in der Medizin müssen leicht wahrnehmbar und erkennbar sein, damit das Pflegepersonal im Falle eines ausgelösten Alarms umgehend entsprechende Maßnahmen ergreifen kann. Ein Anbieter von Medizintechnik bat uns um Unterstützung bei der Durchführung einer Untersuchung vorhandener Alarmtöne, um einen Ton für ein neues Produkt entwickeln zu können. Mithilfe eines binauralen Kopf- und Rumpfsimulators (HATS) und eines handgehaltenen Schallpegelmessgeräts nahmen unsere Ingenieure vor Ort an drei Klinikstandorten Alarmtonmessungen vor.

Diese Töne wurden zusammen ausgewertet, um ihre Zeit- und Frequenzbereichsinhalte zu verstehen und Möglichkeiten für neue Alarmtöne zu ermitteln.

Ein Hersteller medizinischer Geräte bat uns um Unterstützung, um beurteilen zu können wie sehr das Geräusch einer Dialysemaschine schlafende Patienten stört. Um nachzustellen, was der Patient während des normalen Betriebs des Geräts hören würde, wurden binaurale Akustikaufnahmen gemacht. Wir entwickelten ein Auswertungsverfahren mit Metriken für die Geräuschqualität, um bestmöglich zu verstehen, welchen Einfluss die Maschine hinsichtlich der Störung des Schlafes hätte. Diese Ergebnisse kann der Hersteller verwenden, um Zielvorgaben und Metriken für die Produktentwicklung zu erstellen.

> Product sound quality and sleep disturbance (Tagungsbeitrag)

Ein Medizintechnikunternehmen, das Forschung und Entwicklung für größere Geschäftskunden bietet, beauftragte uns mit der Messung der Geräuschqualität und Definition eines Testverfahrens für die Geräuschqualität eines Heimdialyse-Systems. In einem Halbfreifeld-Raum wurden Akustikmessungen unter Betriebsbedingungen vorgenommen. Mithilfe binauraler Messungen erfolgte die Analyse von Zeitbereich, Schmalbandspektren und Metriken für die Geräuschqualität. Anhand von Schlüsselattributen der Geräusche der diskutierten Auswertungstechniken und einer formellen Jurybewertung wurde eine Präferenzgleichung aufgestellt. Dank dieser Tests konnte der Kunde von der subjektiven Erfassung der Kundenpräferenzen auf den Einsatz objektiver Metriken umstellen und dadurch die Wahrnehmung der Qualität seines Dialysesystems durch den Kunden verbessern. Darüber hinaus geben die Ergebnisse dem Kunden objektive Daten als Treiber für seine zukünftige Entwicklungsarbeit an die Hand.

Ein Hersteller von Gabelstaplern bat uns um Unterstützung seiner Ingenieure als technische Berater im Rahmen eines Projekts zur Klangqualität. Zur mathematischen Modellierung von Klängen für eine formelle Jurybewertung wurden Akustikmessungen durchgeführt.

Anhand der Ergebnisse der Jurybewertung erstellten wir mit den Schlüsselmetriken der gemessenen Klänge eine Präferenzgleichung, von der vorläufige Zielvorgaben für die Klangqualität zur Verwendung in der Produktentwicklung abgeleitet wurden. Der Hersteller konnte die abgeleiteten Zielvorgaben als Treiber für die Entwicklung von Fahrzeugkomponenten nutzen, um das erwünschte Gesamtprofil für seine Fahrzeuge hinsichtlich der Klangqualität zu erreichen. Im Rahmen des Projekts erhielten die Ingenieure des Herstellers technische Schulung und Anleitung hinsichtlich der Prozesse und Methoden für die Entwicklung einer formellen Jurybewertung der Klangqualität.

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Ein Hersteller kleiner Motoren für den Einbau in Maschinen für die Rasenpflege wünschte die Erstellung von Zielvorgaben hinsichtlich der Klangqualität für seine Produktentwicklung und eine Verstärkung seiner Marketingaktivitäten zum Aufbau eines neuen, best-in-class Akustikprofils seiner Produkte. In den USA, Europa und Australien wurden Jurybewertungen und SPC (Source Path Contribution)-Analysen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse wurden die Haupteigenschaften des Mäherklangs identifiziert und dann bestimmt, welche Komponenten den größten Beitrag zur Schaffung dieser Eigenschaften leisten. Eine Auswertung der Ergebnisse in verschiedenen Märkten weltweit zeigte eine grundsätzliche Übereinstimmung der bevorzugen Klangqualität. Diese Untersuchung trug jedoch dazu bei, basierend auf realen Kundenerwartungen feine Unterschiede zwischen den Märkten herauszuarbeiten. Die Ergebnisse der Jurybewertung wurden zusammen mit den SPC-Ergebnissen zur Unterstützung des Herstellers beim Erstellen von Zielvorgaben für die zukünftige Produktentwicklung verwendet und lieferten eine stichhaltige Begründung für die Vertriebs- und Marketingausrichtung des Unternehmens.

Ein Automobil-OEM wollte objektive Metriken für die wahrgenommene Qualität des Klangs beim Schließen von Fahrzeugtüren bestimmen. Beim Schließen der Türen mehrerer Fahrzeuge wurden binaurale Akustikdaten aufgenommen. Eine formelle Jurybewertung wurde ausgearbeitet und durchgeführt und anhand der Ergebnisse eine funktionale Beziehung zwischen wahrgenommener Klangqualität und objektiven Signalparametern entwickelt. Dies ermöglichte dem Fahrzeug-OEM die Erstellung objektiver Zielvorgaben für die Klangqualität zur Verwendung in der Fahrzeugentwicklung.