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NVH User Group Meeting 2006

Kerpen 02.11.2006

20 Jahre HEAD acoustics – Immer noch nicht leiser?

Dr.-Ing. Klaus GenuitHEAD acoustics GmbH

[email protected]

HEAD acoustics NVH User Group Meeting 2006

Die Entwicklung der SQ und ein Ausblick in die Zukunft –

Aufgrund der Adaptivität des Gehörs eine unendliche Geschichte.


20 Jahre HEAD acoustics GmbH1986 Gründung der HEAD acoustics GmbH1987 KMS, Kunstkopf-Mess-System, und HPS: Kopfhörerwiedergabesystem für die

originalgetreue Wiedergabe von Kunstkopfaufnahmen1989 BAS: Binaurales Analysesystem unter DOS für die gehörgerechte

Geräuschanalyse1990 HMS II erhält mehrere Auszeichnungen für gutes Produktdesign1994 MAS: Mehrkanal-Analysesystem als Erweiterung zum BAS1995 SQlab I: Erstes mobiles Sound Quality Labor für Mehrkanal-Messungen und

Analysen vor Ort1997 HMS III und HPS IV: Vollständig digitales Kunstkopf-Messsystem und Kopfhörer-

wiedergabesystem; SQlab II1997 SoundCar: Wiedergabesystem in Fahrzeugumgebung (Sound und

Vibrationswiedergabe)1997 H3S (ADS): Interaktive Simulation des Fahrzeuginnengeräuschs sowie

Vibrationen an Sitz und Lenkrad1998 ArtemiS:Multikanal-Analysesystem unter Windows NT für die Geräusch- und

Schwingungsanalyse2001 HMS unterstützt als erstes Kunstkopf-Messsystem USB2003 SQuare, SQlab III, SQuadriga2004 PRONS, Online Analysis2005 Pass-by System SENSE, PEQ V, ArtemiS in der 7. Generation2006 BTPS 3.0, OctoBox+, Brake Observer, SoundPower, …2007 …


<20 Jahre Artificial HEAD Technologie

1976Grundlegende Experimente

zur kopfbezogenenAufnahmetechnik mit einerspeziellen Anordnung vondefiniert positionierbaren

und entzerrtenSondenmikrofonen

Seit 1989Kunstkopf-Meßsystem HMS

II mit mathematischbeschreibbarer,

vereinfachter Geometrie undrepräsentativer

Richtcharakteristik

1982Erstes kalibrierfähiges

Kunstkopf-Meßsystem mitoriginalgetreuer Kopf- und

Ohrmuschelnachbildung undÜbertragungseigenschaften,die dem menschlichen Gehör

vergleichbar sind


Vielfältige Einsatzgebiete der Kunstkopf-Technologie

ATZ/MTZ-Fachkonferenz„Akustik 2006“


Fahrsimulatoren

SoundCar 1997

Photo provided by DaimlerChrysler 1999

Mobile H3S 2004


Akustik-Ingenieure – Gestern wie Heute

Die Entwicklung der Sound Quality

Aufgrund der Adaptivität des Gehörseine unendliche Geschichte


Von der Notwendigkeit der SQ

"Des Menschen Geist wohnt in den Ohren:Wenn er etwas Gutes höret,so erfüllet er den Leib mit Wohlgefallen;höret er aber das Gegenteil, so brauset er auf.„Xerxes I.


Die Verbreitung der SQ

• In den 80-er Jahren erste Untersuchungen zur Geräuschqualität• Heute anerkanntes Forschungsfeld: z.B. über 70 Vorträge zum

Thema Sound Quality auf Inter-Noise 2006

“Sound Quality Evaluations of Small Fans in Audio Visual Equipment”

“Sound Quality Evaluation of Exhaust Note of Motorcycles”

“Acoustic Comfort in Dining Spaces”

“Just Noticeable Difference of Sound Quality Parameters of RefrigeratorNoise in living environment”

“Construction of Sound Quality Index for the Vehicle HVAC SystemUsing Regression Model and Neural Network Mode”

“Sound Quality Evaluation for a Passenger Car Based onCustomer Preference Index”


Sound Quality

• Die Kaufentscheidung und die Zufriedenheit vonKunden ist im hohen Maße von subjektiven - auchakustischen - Eindrücken abhängig

• Die steigenden Ansprüche der Kunden im BereichNVH können dabei oft nicht durch eine einfachePegelsenkung erfüllt werden


Wie "spricht" ein Geräusch zu uns?

• Geräusche beinhalten InformationenQualität, Funktionalität, Gefahr, Umgebung, ...

• Geräusche implizieren ein bestimmtes ImageLuxuriös, sportlich, einfach, …

• Geräusche können identifizierenAnalog zum optischen EindruckCorporate Sound, Produktsound


• Der Akustik-Ingenieur hat die Aufgabe, einenangemessenen, zum Produkt passenden Sound zuerzeugen

• Entspricht ein Geräusch nicht den Erwartungen desBenutzers, können Kunden das Produkt sogar generellablehnen oder assoziieren intuitiv mit dem Geräuscheine Fehlfunktion

Sound Quality


Subjektive GeräuschbewertungSubjektiver

Geräuscheindruck

S

PersönlicheErwartung

E

Geräuschkomfort

K

S - E = K

S > E => guter Komfort - Kunde ist sehr zufrieden

S = E => Erwartung erfüllt - Kunde ist zufrieden

S < E => schlechter Komfort- Kunde ist unzufrieden

- =>

Daraus folgt:

Die subjektive Beurteilung eines Geräusches hängt von derUmgebung und von der Erwartungshaltung der Betroffenen ab.


“good"

„annoying"

Sound Quality ≠ “Leise“Geschirrspüler


Geschirrspülmaschine vs. „Springbrunnen“


Mustererkennung

Das menschliche Gehör reagiert sehr sensitiv aufGeräuschmuster (zeitlich, spektral)

WSEIO KNÖNEN SIE DEIESN STAZ LSEEN,OWHOBL DIE BCUTHSAEBN NCHIT IN DER

RITHCIEGN RIEHNEFOGLE SHETEN?

Spektrum verdeutlicht nichtgehörten Effekte

Ein dem Gehörangepasster Algorithmus zeigt

die hörbaren Effekte


AntriebsschlupfregelungKopfbügelaufnahme auf dem Fahrersitz

gut

schlecht


linkes Ohr rechtes Ohrgut Variante

schlecht Variante

AntriebsschlupfregelungFFT vs. time


Adaptivität des Gehörs

AntriebsschlupfregelungRelative Approach


„Die Quadratur des Kreises“

• Die Optimierung einer Geräuschquelle in einem Systemerlaubt dem Hörer die Identifikation einer anderenGeräuschquelle

OptimierungMotorengeräusch

BeanstandungMotorengeräusch

Identifikation undBeanstandung

Reifen-/Rollgeräusch

OptimierungRollgeräusch

Identifikation undBeanstandungWindgeräusch

OptimierungWindgeräusch

Identifikation undBeanstandung

GeräuscheNebenaggregate

OptimierungGeräusche

Nebenaggregate

Sound Design – eine unendliche Geschichte


Schrittweise steigende Tonhöhe


Die unendliche Entwicklung

• Zunächst wurde der Powertrain akustisch optimiert• Dann das Reifen-Rollgeräusch• Danach das Windgeräusch• Es folgten die zahlreichen Zusatzaggregate• Jetzt hört man wieder das Powertrain-Geräusch

Ein Hinterachsheulen von maximal 60 dB(A) führte vor 20Jahren zu keiner Beanstandung mehrheute muss es bei 50 dB(A) liegen

• Fahrzeuge sind heutzutage so leise geworden, dassman alles hören kann


• Menschliche Gehör operiert im Langzeitgedächtnis nichtmit absoluten Werten, sondern speichert nur„Geräuschmuster“ ab

• In A/B-Vergleichen kann das Kurzzeitgedächtnisgeringfügige Deltas zwischen den dargebotenen Stimulierkennen

• In der Realität beurteilt der Hörer Geräuschqualitätallerdings nicht im absoluten Sinn, ohne „Anker“

Die Adaptivität des menschlichen Gehörs


Die Adaptivität des menschlichen Gehörs

Der Erfolg des Sound Designs von heuteist die Herausforderung von morgen!

• Die zunehmende Sensibilität der Kunden für dieGeräusche der Produkte erfordert die permanenteVerbesserung der Product Sound Quality

Ausblick

Vom Troubleshooting zurgezielten Geräuschgestaltung


Sound Engineering der Zukunft

• Vom Troubleshooting zum Sound Design – von der reaktiven zuraktiven Herangehensweise

• Simulationswerkzeuge, Fahrsimulatoren, neue Verfahren zurZielgeräuschdefinition ermöglichen neue Formen des SoundEngineering

FahrdynamikPedal-

stellungen,Gang

Geschwindigkeit,Drehzahl, Last

Input-Datenreal und/oder

simuliert

Datenbasis

Einsatz div. Filterzur Modifikation

Fahrsimulator

Evaluation

Reale Messungen

Simulationen


Binaurale Transfer Pfad Analyse undSynthese

• Mit Hilfe der BTPA Bestimmung der Quellsignale und derÜbertragungsfunktionen im Fahrzeug

• Die BTPS erlaubt mittels spezieller Synthese-Modelle die BTPA-Daten zukombinieren und das Schalldrucksignal am Fahrerohr als Summe allerEinzelpfade oder von ausgewählten Pfaden zu bestimmen

++

XX

YY

ZZ

bodybody

XX

YY

ZZZZ

XX

YY

ZZ

engine mount left

engine mount right

transmission mounttransmission mount

mountmount

mountmount

mountmount

mountmount

mountmount

mountmount

mountmount

mountmount

mountmount

++++

Structure-borne noise (acceleration signals)Structure-borne noise (acceleration signals)

bodybody

bodybody

bodybody

bodybody

bodybody

bodybody

bodybody

bodybody

++

coherenceconsiderations

K4K4

K2K2

K2K2

K2K2

K2K2

K2K2

K2K2

K2K2

K2K2

K2K2

K2K2airborneairborne

airborneairborne

airborneairborne

airborneairborne

airborneairborne

airborneairborne

airborneairborne

airborneairborne

airborneairborne

Airborne noise (microphone signals)Airborne noise (microphone signals)

correction factors far/near fieldcorrection factors far/near field

engine bottom

engine rear

engine front

engine right

engine left

m

1

n

1

exhaust system

intake system

•

•

•

•

•

•

binaural signal

airborneairborne

airborneairborne


Binaurale Transfer Pfad Analyse undSynthese

• DetailliertesVerständnis von denEntstehungs- undÜbertragung-smechanismen imFahrzeug

• Identifikation kritischerQuellen und/ oderPfade

• Ermöglichtzielgerichtetes TS

• Abschätzung desakustischen Potentialsbei Hardware-Modifikationen

RelativesOrdnungsspektrum

(Einzelpfade)

RelativesOrdnungsspektrum

(Einzelpfade)Ordnungsspektrumdes SummensignalsOrdnungsspektrumdes Summensignals


Austausch eines Motorlagers –Messung und Berechnung

OriginalesLager

AusgetauschtesLager

Synthesis left Synthesis left

Synthesis right Synthesis right

AH left AH Left

AH right AH right

Originales Lager AusgetauschtesLager

Vergleich

Messungund

Synthese


Virtueller Austausch eines Motors

• Auralisation von virtuellen, nicht-existierenden Motorensowie anderer relevante Geräuschquellen in einemFahrzeug

• Prototypen werden zunehmend obsolet


MehrkanaligeMehrkanaligeMehrkanaligeMehrkanaligeEingangsmessungEingangsmessungEingangsmessungEingangsmessung

vomvomvomvomMotorenprMotorenprMotorenprMotorenprüüüüfstandfstandfstandfstand

SimulierteSimulierteSimulierteSimulierteVibrationsdatenVibrationsdatenVibrationsdatenVibrationsdaten

(Anregung)(Anregung)(Anregung)(Anregung)

SimulierteSimulierteSimulierteSimulierteEingangsdatenEingangsdatenEingangsdatenEingangsdaten

Simulierte LuftschallSimulierte LuftschallSimulierte LuftschallSimulierte Luftschall----abstrahlungabstrahlungabstrahlungabstrahlung

KombinationKombinationKombinationKombinationSynthese des GerSynthese des GerSynthese des GerSynthese des Gerääääuschesuschesuschesusches

und/oder Vibrationenund/oder Vibrationenund/oder Vibrationenund/oder Vibrationen

Virtueller Austausch eines kompletten Motors –Eingangsdaten von Simulationen

BTPSBTPSBTPSBTPS ---- ModelModelModelModel


• Verknüpfung von BTPS mit Simulationssystemen für interaktives SoundDesign

• Modifikation von Transferpfaden und Quellsignalen während des„Fahrens“

• Kombination von simulierten Daten ( z.B. simuliertes Motorengeräusch)mit gemessenen Tranferpfaden

Virtuelle Realität –Interaktives Erleben von Modifikationen


Neue Verfahren zur Bestimmung vonZielgeräuschen

• Bewertungen im Labor führen häufig aufgrund der artifiziellen Testsituation,des veränderten Kontextes, des Fehlens (paralleler) visueller, haptischerReize zu mangelhaften Ergebnissen

LaborhörtestAssoziative Leistung

des Evaluators

“Feld“- Hörtest

(häufig unberücksichtigt)

• Realitätsnahe Geräuschbewertungen während realer Fahrten

Mobile Simulatorenerlauben das Er-“fahren“

und Bewerten desFahrzeuggeräusches

in realer Fahrt


Neue Verfahren zur Bestimmung vonZielgeräuschen

• Der potentielle Kunde als neuer Experte kann “Ingenieursleistungen“ imVorfeld evaluieren

• Mit Hilfe innovativer Verfahren, wie EVE (Explorative Vehicle Evaluation),können zuverlässig Zielgeräusche für spezifische Fahrzeugumgebungenbestimmt werden

• Entwickelte Zielgeräusche weisen, aufgrund der hohen Sensitivität desVerfahrens und der Mitarbeit von Kunden, eine hohe Akzeptanz bei derZielgruppe auf

Versuchsfahrt

Evaluation

AkustischeAnalysen

Qualitative Analyse

Modifikation desFahrzeugsounds

Verifikation desneuen

Fahrzeugsounds

Versuchsfahrt


Ausblick – Virtuelle Realität

GeräuschGeräusch--SyntheseSynthese

Binaurale TransferpfadSynthese (BTPS) zurBerechnung des Fahrzeug-innengeräusches bezüglichLuft- und Körperschall

Möglichkeit individuelleinzelne Pfade oderspezifische Pfadgruppen zuauralisieren undhinsichtlich SQ-Beitrag zuuntersuchen

Simulation undSimulation undBerechnungBerechnung

Daten aus Messungen- Motorenprüfstand- Rollenprüfstand- Straßenmessungen

Hinzufügen oderErsetzen der Datendurch Berechnungenund Simulationen-CFD, FEM, BEM,SEA

Prototypen werdenzunehmend überflüssig

Evaluation inEvaluation inrealistischenrealistischenSituationenSituationen

Interaktive Auralisationund Evaluation instationären und/odermobilen Fahr-simulatoren.(S&V)

Berücksichtung weitererGeräuschquellen wieWind-, Rollgeräusch, etc.

Innovative Testverfahrenfür Zielgeräusch-detektion und SoundDesign


HEAD acoustics stellt sich vor…

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