NVH User Group Meeting 2006
Kerpen 02.11.2006
20 Jahre HEAD acoustics – Immer noch nicht leiser?
Dr.-Ing. Klaus GenuitHEAD acoustics GmbH
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.
HEAD acoustics NVH User Group Meeting 2006
HEAD acoustics NVH User Group Meeting 2006
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 …
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<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
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Vielfältige Einsatzgebiete der Kunstkopf-Technologie
ATZ/MTZ-Fachkonferenz„Akustik 2006“
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Fahrsimulatoren
SoundCar 1997
Photo provided by DaimlerChrysler 1999
Mobile H3S 2004
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Akustik-Ingenieure – Gestern wie Heute
Die Entwicklung der Sound Quality
Aufgrund der Adaptivität des Gehörseine unendliche Geschichte
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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.
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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”
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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
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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
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• 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
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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.
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“good"
„annoying"
Sound Quality ≠ “Leise“Geschirrspüler
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Geschirrspülmaschine vs. „Springbrunnen“
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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
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AntriebsschlupfregelungKopfbügelaufnahme auf dem Fahrersitz
gut
schlecht
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linkes Ohr rechtes Ohrgut Variante
schlecht Variante
AntriebsschlupfregelungFFT vs. time
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Adaptivität des Gehörs
AntriebsschlupfregelungRelative Approach
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„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
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Schrittweise steigende Tonhöhe
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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
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• 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
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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
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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
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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
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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
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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
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Virtueller Austausch eines Motors
• Auralisation von virtuellen, nicht-existierenden Motorensowie anderer relevante Geräuschquellen in einemFahrzeug
• Prototypen werden zunehmend obsolet
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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
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• 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
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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
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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
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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 NVH User Group Meeting 2006
HEAD acoustics stellt sich vor…