Fahrzeugakustik / Automobil

Akustische Herausforderungen in der Fahrzeugentwicklung

Die akustische Auslegung moderner Fahrzeuge ist ein wesentlicher Bestandteil der NVH-Entwicklung und hat direkten Einfluss auf wahrgenommene Qualität, Fahrkomfort und gesetzliche Konformität. Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Antriebssystemen und der Reduktion klassischer Motor- und Abgasgeräusche rücken bislang maskierte Geräuschquellen stärker in den Fokus. Brems-, Motor-, Antriebsstrang-, Fahr-, Wind- sowie Summ-, Quietsch- und Klappergeräusche bestimmen heute maßgeblich das akustische Gesamtbild eines Fahrzeugs. Eine fundierte Fahrzeugakustik erfordert daher präzise Mess- und Analyseverfahren, die sowohl komponentennahe Untersuchungen als auch Tests am Gesamtfahrzeug unter realen Betriebsbedingungen abdecken. Nur durch die gezielte Erfassung, Bewertung und Optimierung aller relevanten Geräuschquellen lassen sich NVH-Ziele über den gesamten Entwicklungsprozess hinweg zuverlässig erreichen.

Bremsgeräusche

Die Messung und Analyse von Bremsgeräuschen stellt eine zentrale Herausforderung in der NVH-Entwicklung moderner Fahrzeuge dar. Insbesondere bei Straßentests müssen Bremsgeräusche unter unterschiedlichen Klimazonen und Wetterbedingungen zuverlässig und in hoher akustischer Qualität erfasst werden. Ziel ist es, störende Geräusche wie Bremsenquietschen frühzeitig zu identifizieren und zu minimieren. Wesentliche Methoden zur Bremsgeräuschmessung in der Fahrzeugentwicklung sind die Untersuchung von Bremsenquietschen am Schwungmassenprüfstand gemäß SAE J2521 sowie Fahrtests unter realen Betriebsbedingungen. Dabei kommen Mikrofone im Radhaus sowie im Fahrzeuginnenraum zum Einsatz, um sowohl außen abgestrahlte als auch innen wahrnehmbare Bremsgeräusche zu analysieren. Da diese Messsysteme während der Tests starken Witterungseinflüssen, Feuchtigkeit und Schmutz ausgesetzt sind, werden für die akustische Bremsprüfung speziell geschützte Mikrofone nach IP67-Standard verwendet. Typische Beispiele sind das Mikrofonset 146AE für die Bremsgeräuschmessung am Prüfstand sowie das 147EB für NVH-Fahrversuche.

Motorengeräusche

Motorengeräusche spielen eine zentrale Rolle in der NVH-Entwicklung und erfordern präzise Mess- und Analyseverfahren. Für reproduzierbare und aussagekräftige Messergebnisse werden Mikrofone benötigt, die sowohl Messungen an schwer zugänglichen Positionen ermöglichen als auch den rauen Umgebungsbedingungen auf dem Testgelände standhalten. Insbesondere bei Motorgeräuschmessungen im Motorraum sind hohe Anforderungen an Temperaturbeständigkeit, Schmutzresistenz und mechanische Robustheit zu erfüllen. Für diese Anwendungen kommen kompakte und widerstandsfähige Mikrofone wie das 147AX zum Einsatz, das sich aufgrund seiner geringen Baugröße flexibel auch an beengten Messpositionen montieren lässt. Als Referenzmikrofon eignet sich das Mikrofonset 146AE insbesondere für ATF-Tests (Acoustic Transfer Function) sowie für Motorgeräuschmessungen auf dem Rollenprüfstand, bei denen eine hohe Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit erforderlich sind

Geräusche des Antriebsstrangs

Mit der Elektrifizierung des Antriebsstrangs verändern sich die akustischen Eigenschaften von Fahrzeugen grundlegend. Während klassische Antriebsstranggeräusche bei Elektro- und
Hybridfahrzeugen deutlich reduziert sind, treten andere Schallquellen stärker in den Vordergrund und neue, teilweise hochfrequente Frequenzanteile werden wahrnehmbar. Dies stellt erhöhte Anforderungen an die NVH-Analyse und die Geräuschmessung des Antriebsstrangs. Die Untersuchungen erfolgen sowohl an einzelnen Antriebskomponenten auf einem NVH-Prüfstand für Antriebskomponenten als auch im Rahmen von Messungen am Gesamtfahrzeug auf einem NVH-Rollenprüfstand oder im realen Straßenbetrieb. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen werden die Geräusche häufig von komplexen, hochfrequenten tonalen Anteilen dominiert, die zuvor durch Verbrennungs- und Abgasgeräusche überdeckt waren. Die veränderte Bauform und Positionierung von Elektromotor und Getriebe im Vergleich zu konventionellen Verbrennerplattformen führt zu einer komplexeren akustischen Umgebung mit neuen dominanten Schallquellen. Für diese Anwendungen eignen sich besonders rauscharme Mikrofonsets wie das 47HC oder 40HL in Kombination mit dem 146AE.

Summ-, Quietsch- und Klappergeräusche

Summ-, Quietsch- und Klappergeräusche entstehen häufig durch relative Bewegungen zwischen Bauteilen und treten oft nur unter bestimmten Betriebs- oder Umweltbedingungen auf. Sie zählen zu den typischen sogenannten Squeak-and-Rattle-Phänomenen und stellen eine besondere Herausforderung in der NVH-Entwicklung dar. Fahrwerks- und Konstruktionsauslegung, Materialwahl sowie kontrollierte Toleranzketten sind entscheidend, um diese Geräusche frühzeitig zu vermeiden. Zur Lokalisierung kommen unter anderem Silent-Shaker-Tests in NVH-Testanlagen zum Einsatz, bei denen definierte Anregungsprofile verwendet und die Geräuschabstrahlung zonenweise analysiert
wird. Ergänzend erfolgen Messungen und subjektive Bewertungen an Fahrzeugprototypen auf Prüfständen und Teststrecken. Für diese Anwendungen eignen sich vielseitige Messmikrofone wie das Mikrofonset 146AE, auch für Langzeitaufnahmen unter wechselnden Umweltbedingungen.

Windgeräusche

Die Aeroakustik nimmt in der Fahrzeugkonstruktion einen hohen Stellenwert ein, da sie maßgeblich die Qualitätswahrnehmung sowie den Fahrkomfort beeinflusst. Die Windgeräuschmessung ist daher ein zentraler Bestandteil der NVH-Entwicklung. Windgeräusche entstehen durch die Interaktion komplexer Strömungsphänomene mit der Karosserieoberfläche, wobei insbesondere die globale Fahrzeugform, Anbauteile und Hohlräume als primäre Schallquellen fungieren. Während Antriebs- und Reifengeräusche durch moderne Dämmkonzepte stetig reduziert wurden, dominiert das aerodynamische Rauschen, hervorgerufen durch turbulente Grenzschichten, ab Geschwindigkeiten von ca. 100 km/h das akustische Erlebnis im Fahrzeuginnenraum. Aufgrund des stochastischen Verhaltens dieser Turbulenzen stellt die Quantifizierung in der Entwicklungsphase eine große Herausforderung dar. Zur präzisen Analyse in der Fahrzeug-Aeroakustik kommen spezialisierte Flush-mount-Mikrofone, flache Oberflächenmikrofone wie das Modell 40LS sowie extrem dünne UTP-Mikrofone wie beispielsweise das 48LX-1 zum Einsatz. Letztere ermöglichen Messungen direkt in der Grenzschicht, ohne das Strömungsprofil nennenswert zu beeinflussen.

Fahrgeräusche (Road Noise)

Fahrgeräusche stellen insbesondere bei modernen Elektrofahrzeugen einen dominanten Beitrag zum Gesamtgeräusch dar, da maskierende Motorgeräusche weitgehend entfallen. Sie entstehen aus der Wechselwirkung zwischen Reifen und Fahrbahn und werden je nach Frequenzbereich unterschiedlich in den Fahrzeuginnenraum übertragen. Während Anteile unterhalb von etwa 300 Hz überwiegend als Körperschall über Fahrwerk und Struktur eingeleitet werden, dominiert bei höheren Frequenzen der Luftschall. Zur Bewertung und Optimierung des NVH-Verhaltens werden Schalldruckpegel und spektrale Kenngrößen auf speziellen Teststrecken, Rollenprüfständen oder im realen Fahrbetrieb erfasst. Neben Innenraummessungen spielen auch Vorbeifahrtsgeräuschmessungen eine wichtige Rolle, da sie für die Einhaltung gesetzlicher Lärmgrenzwerte sowie für die Außenakustik relevant sind. Zentrale Bewertungsgrößen sind unter anderem der Artikulationsindex sowie tonale Hohlraumresonanzen des Reifens. Mithilfe akustischer Übertragungsfunktionen werden die Dämmwirkung des Radhauses und die Effizienz des Akustikpakets analysiert. Ergänzende Strukturuntersuchungen mit Impulshammer oder Shaker unterstützen die gezielte Identifikation relevanter Übertragungspfade in den Fahrzeuginnenraum.

Fahrzeugakustik im Innenraum

Mit der zunehmenden Integration hochwertiger Soundsysteme und sprachbasierter Infotainmentfunktionen gewinnt die Fahrzeugakustik weiter an Bedeutung. Eine ausgewogene Innenraumakustik ohne störenden Nachhall oder übermäßige Dämpfung in relevanten Frequenzbereichen ist entscheidend für Sprachverständlichkeit und Klangqualität. Entsprechend wird die akustische Wahrnehmung des Innenraums von Kunden häufig als zentrales Qualitätsmerkmal bei der Fahrzeugbewertung herangezogen. Die Beurteilung der Audioqualität ist jedoch anspruchsvoll, da das Schallfeld im Fahrzeuginnenraum durch eine komplexe Mischung aus absorbierenden und reflektierenden Flächen geprägt ist. Dadurch variieren die Schallbedingungen zwischen freiem Feld und diffusen Einfallsrichtungen. Für diese Messaufgaben eignen sich Multifeldmikrofone wie das 46BC, das insbesondere bei hohen Frequenzen eine sehr gute Messgenauigkeit bietet. Weiterhin ist das Druckmikrofon 46BL-1 für Messungen gemäß der AES-Empfehlungen für In-Car-Acoustics geeignet.