Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Problematik geringer Geräuschemissionen von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen. Diese Problematik entsteht durch die nicht ausreichende akustische Warnfunktion für andere Straßenverkehrsteilnehmer (z. B. Fußgänger und Radfahrer), durch die schlechte Rückmeldung der Fahrzeugführungsgrößen (z. B. Drehzahl und Last) an den Fahrer und durch eine fehlende Identifikation des elektrisch fahrenden Kraftfahrzeugs mit der Fahrzeugmarke bzw. mit dem Image des Fahrzeugherstellers. Daher ist es das Ziel, ein künstliches Fahrzeuggeräusch zu implementieren, das die oben genannten Defizite ausgleicht.
Die Außengeräuschmessungen haben gezeigt, dass die Lautstärkepegel eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor auch von einem Fahrzeug im elektrischen Fahrbetrieb mit einer künstlichen Geräuscherzeugung auf Basis von Luft- oder Körperschall erreicht und übertroffen werden können. Im weiteren Verlauf wurde eine Probandenbefragung durchgeführt. Hierfür sind 62 Personen innerhalb des Entwicklungszentrums Weissach befragt worden. Innerhalb des erstellten Probandenfragebogens wurde das subjektive Urteil über den Klangcharakter eines Sounds, der am besten gefiel, als Kernfrage ermittelt. Die aus Innengeräuschmessungen abgeleiteten Analysen zeigten, dass es Korrelationen der Ergebnisse der Probandenbefragung mit dem physikalischen Klangbild und einigen psychoakustischen Werten der Fragebogen-Sounds gibt: Der am häufigsten genannte Fahrzeug-Sound zeigt bei zwei psychoakustischen Kennwerten die größten Amplituden. Es konnte ein Beitrag zum besseren Verständnis der Mensch-Maschine-Schnittstelle geleistet werden.
Inhaltsverzeichnis
Aufgabenstellung
Abstract
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Schallwahrnehmung
3 Forschungsstand
3.1 Forschungsfragen
4 Active Sound Design
4.1 Definition
4.2 Ausgangssound
4.3 Zielsound
4.4 Möglichkeiten der Sounderzeugung im Fahrzeug
4.4.1 ASD-System 1
4.4.2 ASD-System 2
4.4.3 ASD-System 3
5 Messungen
5.1 Außengeräuschmessung der Vorbeifahrt nach NHTSA/Volpe Center
5.2 Außengeräuschmessung der Vorbeifahrt nach ECE R51
5.3 Außengeräuschmessung mit ASD-System 1
6 Probandenbefragung
6.1 Fragenblock I „Allgemein“
6.2 Fragenblock II „Elektromobilität“
6.3 Fragenblock III „Nach dem Testhören“
7 Auswertung der Probandenbefragung
7.1 Physikalische Auswertung der Fragebogen-Sounds
7.2 Psychoakustische Auswertung der Fragebogen-Sounds
7.2.1 Lautheit
7.2.2 Rauigkeit
7.2.3 Schärfe und Tonalität
8 Schlussfolgerung
9 Ausblick
Glossar
Verzeichnis der Formelgrößen
A Anhang
A.1 Grundlegende Formeln
A.1.1 Wellengleichung für eindimensionale Schallfelder
A.1.2 Fourier-Transformation
A.2 Fragebogen
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit verfolgt das Ziel, ein emotionales, markentypisches Fahrzeug-Geräuschprofil für elektrisch angetriebene Fahrzeuge zu entwickeln, das sowohl die Fußgängerwarnung sicherstellt als auch die Markenidentität transportiert. Hierzu werden verschiedene technische Konzepte zur Sounderzeugung implementiert und in Probandenstudien hinsichtlich ihrer psychoakustischen Wirkung und Kundenakzeptanz validiert.
- Entwicklung eines emotionalen Zielsounds für Porsche-Elektrofahrzeuge
- Vergleich und Bewertung von Active Sound Design Systemen (Körperschall vs. Luftschall)
- Durchführung und statistische Auswertung von Probandenbefragungen
- Analyse der Korrelation zwischen psychoakustischen Kennwerten und subjektivem Klangempfinden
Auszug aus dem Buch
4.4.1 ASD-System 1
Das Active Sound Design System 1 ist vollsynthetisch und basiert auf Zeitsignalen. Die Hardware besteht in der Serienkonfiguration aus Körperschallerreger, Steuergerät und Programmieradapter. Bis auf letzteres wird jedes Bauteil für die Benutzung fest im Fahrzeug verbaut. Zusätzlich wird eine Fahrzeug-CAN-An- bzw. Ausbindung für das Steuergerät benötigt. Der Körperschallaktuator basiert auf dem Funktionsprinzip eins Lautsprechers: Er wandelt elektrische Signale mit Hilfe einer Schwingspule in mechanische Schwingungen um, wofür keine Membran vorzusehen ist, sondern eine rohbaufeste Verbindung an einer akustisch geeigneten Position im Fahrzeug. Für das Demonstratorfahrzeug wurde mittels einer rohbaufesten Konsole die Stirnwand angeregt (siehe Abbildung 7).
Eine von einem Magneten umgebe ne Schwingspule erzeugt im Aktuator bei anliegendem Strom ein magnetisches Feld. Durch die Interaktion des Festmagneten mit dem Magnetfeld resul tiert die Lorentzkraft. Der Magnet oszil liert zentriert in der Schwingspule. Die resultierende Lorentzkraft verläuft or thogonal zu der Stromflussrichtung so wie zu den Feldlinien des Festmagneten. Bei Umkehrung der Stromflussrichtung bleibt die Kraftwirkung richtungstreu. Dadurch können auch bei anliegender Wechselspannung oszillierende mechani sche Schwingungen erzeugt werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Herausforderungen der Elektromobilität hinsichtlich der akustischen Wahrnehmbarkeit und die Notwendigkeit von Sound-Design zur Warnung von Fußgängern und Imagebildung.
2 Theoretische Grundlagen: Erläutert die physikalischen Grundlagen der Schallwahrnehmung, den Schalldruckpegel und die Bedeutung der Psychoakustik für das menschliche Gehör.
3 Forschungsstand: Gibt einen Überblick über aktuelle Studien zur Hörbarkeit leiser Fahrzeuge und definiert die zentralen Forschungsfragen der Arbeit.
4 Active Sound Design: Stellt Definitionen, Zielvorgaben und drei technische Systeme zur künstlichen Sounderzeugung in Elektrofahrzeugen im Detail vor.
5 Messungen: Dokumentiert die experimentelle Durchführung von Außen- und Innengeräuschmessungen nach verschiedenen internationalen Normen.
6 Probandenbefragung: Beschreibt das methodische Vorgehen der subjektiven Bewertung von Sounds durch Firmenmitarbeiter in drei verschiedenen Frageblöcken.
7 Auswertung der Probandenbefragung: Verknüpft die physikalischen und psychoakustischen Messdaten mit den Ergebnissen der Probandenbefragung zur Identifikation eines idealen Klangbilds.
8 Schlussfolgerung: Fasst die Ergebnisse zusammen und bewertet die verschiedenen ASD-Systeme im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit und Erfüllung der Kriterien.
9 Ausblick: Identifiziert weiteren Forschungsbedarf, insbesondere zur Objektivierung von Klangbewertung und der Rolle des Corporate Sounds.
Schlüsselwörter
Active Sound Design, Elektromobilität, Fahrzeugakustik, Psychoakustik, Lautheit, Rauigkeit, Körperschall, Luftschall, Probandenbefragung, Markentypus, Signalverarbeitung, Fahrzeugwahrnehmung, Fahrzeugsicherheit, Schalldruckpegel, Sound-Bedatung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit untersucht, wie für elektrisch betriebene Fahrzeuge ein künstliches, markentypisches und emotionales Sound-Design entwickelt werden kann, das sowohl die Sicherheit durch akustische Warnsignale erhöht als auch das Markenimage stärkt.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen die akustische Wahrnehmung durch den Menschen, die technische Implementierung von Sound-Systemen in Elektrofahrzeuge sowie die subjektive Bewertung dieser Sounds durch Probanden.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das primäre Ziel ist es, ein Fahrzeug-Geräuschprofil zu erzeugen, welches die Defizite leiser Elektrofahrzeuge ausgleicht, dabei lastdynamisch und emotional klingt und mittels eines Bewertungssystems validiert wird.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein hybrider Ansatz aus physikalischer Akustikmessung (Schalldruck, Spektren) und psychoakustischer Analyse (Lautheit, Rauigkeit) kombiniert mit einer empirischen Probandenbefragung eingesetzt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der Definition von Zielsounds, der Auswahl und technischen Funktionsweise von drei verschiedenen Active-Sound-Design-Systemen sowie der systematischen Messung und Befragung zur Klangevaluation.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Active Sound Design, Psychoakustik (Lautheit/Rauigkeit), Fahrzeugsicherheit, Korrelation von physikalischen Daten mit dem subjektiven Empfinden und die Implementierung über CAN-Bus-Steuergeräte.
Warum wird das System 1 für Frontmotoren empfohlen?
Für Fahrzeuge mit Frontmotor bietet die Anregung der Stirnwand durch Körperschallaktuatoren ein besonders gutes frontales Abstrahlverhalten in den Fahrgastraum, was für eine homogene Schallerzeugung vorteilhaft ist.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen Lautheit und der Probandenbefragung?
Die Ergebnisse zeigen eine klare Korrelation: Diejenigen Sounds, die von der Mehrheit der Probanden als „am besten klingend“ bewertet wurden, wiesen in den psychoakustischen Analysen (Lautheit und Rauigkeit) die höchsten Amplitudenwerte auf.
Welche Rolle spielt die Motorordnung bei der Sound-Bedatung?
Die Motorordnung dient dazu, ein breitbandiges, maschinenähnliches Klangbild zu erzeugen. Durch die gezielte Betonung verschiedener Motorordnungen kann der Sound subjektiv "sportlicher" oder "kraftvoller" gestaltet werden.
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- Dipl.-Ing. Nils Donath (Author), 2011, Markentypisches Sound-Design für den elektrischen Fahrbetrieb, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/266712
