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Aktives Sounddesign für den zum Fahrzeug passenden Klang

Im Akustikleichtbau werden nicht unerwünschte Störgeräusche im Innenraum auf effiziente Weise gedämmt. Die Maßnahmen sparen zudem Gewicht und tragen zur Gesamteffizienz des Fahrzeugs bei. Ein aktuelles Forschungsprojekt im BMW Forschungs- und Innovationszentrum beschäftigt sich mit der aktiven Gestaltung von Motorsounds im Innenraum: sogenanntes Aktives Sounddesign. Das bedeutet, dass der Motor während der Beschleunigung mit einem dynamischen Klang wahrgenommen werden kann. Denn Fahrdynamik ist auch ein auditives Phänomen. Mit Aktivem Sounddesign können Ingenieure den zum Fahrzeugcharakter optimal passenden Klang kreieren, gar Hörwünsche der Fahrer erfüllen.

Die Minimierung von Störgeräuschen erfordert meist die Verwendung schwerer, dämmender, dämpfender Materialien. Oberflächenschwingungen können auf diese Weise minimiert werden. Wenn Motorbauteile bei steigenden Effizienzanforderungen und durch neue Werkstoffe stetig leichter werden und beispielsweise ein Kurbelgehäuse aus Aluminium gefertigt wird, fehlt das eingesparte Material bei der Dämmung störender Verbrennungsgeräusche. Die Akustikingenieure wirken dem unter anderem durch eine gezielte Versteifung des Kurbelgehäuses entgegen. Die als Verrippung bezeichnete Maßnahme minimiert gezielt störende Abstrahlungen, das Kurbelgehäuse bleibt aber insgesamt sehr leicht. Außerdem wird der Motor partiell mit einer Akustikkapsel versehen. Diese Absorber- oder Dämmungsbauteile beanspruchen wenig Bauraum, sind leicht und reduzieren gleichzeitig die Abstrahlung von Schall. Das Absorbieren und Dämmen direkt am Motor hat zusätzliche Effizienzvorteile. Denn wird Störschall direkt an der Quelle abgebaut, ist keine Nachdämmung des Innenraums nötig. Material und Gewicht werden gespart, Verbrauch reduziert.

Aber: Durch Dämmung wird der Motor nicht mehr deutlich wahrgenommen - Soundverlust. Laut bayrischem Automobilhersteller zeigen Versuche, dass neben der physikalisch messbaren Längs- und Querbeschleunigung auch die gehörte Beschleunigung zum subjektiven Fahrdynamikempfinden beiträgt. Mit dem Einsatz aktiver Systeme zum Sounddesign können die Ingenieure den Klang im Innenraum aktiv gestalten, optimieren und die gehörte Dynamik beeinflussen. Um die gewünschten Klangbilder zu erzeugen, wird der natürliche Sound des Motors mit einem elektroakustischen System verfeinert. Ein digitaler Signalprozessor generiert auf Basis von ständig aktualisierten Fahrdaten interaktiv die zusätzlichen Klangkomponenten, sodass daraus ein harmonischer Gesamteindruck entsteht. Beispielsweise sei es in einem 2009 vorgestellten Mini Prototyp möglich gewesen, den Vierzylindermotor wie einen kraftvollen V8-Motor oder einen souveränen Reihensechszylinder klingen zu lassen.

Bei einem weiteren Experiment zum Potenzial des Aktiven Sounddesign nahmen BMW-Ingenieure zwei identische Fahrzeuge und stimmten eines davon mit Sounddesign-Maßnahmen ab. Ziel war, die Eigenschaften des Motors deutlicher hörbar zu machen. Die anschließenden Fahrversuche zeigten, dass Probanden, trotz messbar gleicher Längsdynamik, die Fahrleistungen des mit Aktivem Sounddesign versehenen Fahrzeugs höher einschätzten. Der subjektive Eindruck im Fahrzeug war vergleichbar mit dem Beschleunigungsempfinden in einem Auto mit höherer Motorisierung.

Dieses gesteigerte Dynamikerlebnis soll nun auch Fahrern von Dieselfahrzeugen zugutekommen. Dieselfahrzeuge werden auch von BMW als akustisch herausfordernd hinsichtlich der Störgeräusche und der hörbaren Dynamik angesehen. Der Verbrennungsvorgang ist in einem Diesel nicht so homogen wie in einem Benzinmotor. Die Zündvorgänge im Brennraum sind stärker und dadurch lauter. Dies überträgt sich auf die umliegenden Bauteile und strahlt an die Umgebung ab. Das bauartbedingte, dieseltypische Nageln entsteht. Um die akustischen Nachteile des Diesels zu kompensieren, könnte nach Angaben des Autoherstellers, die Dämmung erhöht werden. Der Einsatz von schweren Materialien am Motorgehäuse mache allerdings die Effizienzvorteile des leichten Aluminiummotorblocks zunichte. Wie man einen effizienten Dieselmotor dennoch komfortabel und sogar dynamisch klingen lässt, zeigen die Akustikingenieure durch akustischen Leichtbau in Kombination mit aktiver Klanggestaltung: Die unerwünschte akustische Eigenart des Dieselmotors wird durch akustischen Leichtbau auf ein sehr niedriges Niveau gebracht. Auf dieser Basis entsteht Freiraum für das Aktive Sounddesign, um einen sportlichen Klangauftritt zu kreieren. Die Fahrleistungen können damit auch hörbar gemacht werden.

So habe beispielsweise der klangoptimierte Versuchsträger auf Basis des BMW 635d einen eigenen, dynamischen Klangcharakter. Das dieseltypische Geräusch ist verschwunden, stattdessen hört der Fahrer einen sportlichen und souveränen Sound. Über den gesamten Drehzahlbereich entfaltet sich ein harmonisches, abwechslungsreiches und ansprechendes Klangbild, das beispielsweise das hohe Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen hörbar macht. Durch die Kombination der Maßnahmen des Akustikleichtbaus mit Aktivem Sounddesign wird ein völlig neuer Klangauftritt eines Fahrzeugs erlebbar, Dynamik- und Effizienzvorteile eines modernen Dieselmotors werden erfassbar. Bei konstanter Fahrgeschwindigkeit, wie auf langen Strecken, herrscht ein niedriger Geräuschpegel. Der Fahrer hört nur sanfte Roll- und Windgeräusche. In dynamischen Fahrabschnitten, wie bei der Beschleunigung, tritt der Motor aus dem Hintergrund hervor und meldet seine Leistung zurück.

Mehr zum Thema Sounddesign bietet übrigens MTZ 7/8 2010. Denn die Akustikentwicklung ist Titelthema der kommenden Ausgabe, die am 27. Juni 2010 erscheinen wird.
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