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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einflussnahme auf hörbare Motorgeräusche insbesondere
von Antriebsmaschinen in Kraftfahrzeugen.
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Wohlbefinden,
Emotionen und Fahrfreude beim Fahren mit einem Kraftfahrzeug werden
im erheblichen Umfang durch die Akustik im Innenraum des Kraftfahrzeugs
beeinflusst. Insbesondere die Generierung von Innenraumsignalen,
die dem Charakter des zu entwickelnden Fahrzeuges und dem Markenbild
entsprechen, sind eine große
Herausforderung an die Fahrzeughersteller. Als besonders wichtig
hat sich in diesem Zusammenhang die Erzeugung von sportlichen- Innenraumsignalen
des Kraftfahrzeugs gezeigt, die einerseits die Fahrfreude der Fahrzeuginsassen
erhöhen,
andererseits aber auch über
einen längeren
Zeitraum nicht als lästig
oder ermüdend
empfunden werden sollen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, mit dem ein als besonders sportlich empfundenes
Innenraumsignal des Kraftfahrzeugs gefunden werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird unter Anwendung der Musiktheorie und Harmonielehre auf Motorgeräusche durchgeführt. In
der Musiktheorie wird Harmonie mit Konsonanz und Dissonanz beschrieben. Während Konsonanz
im Allgemeinen als sehr angenehm empfunden wird, gilt für Dissonanz üblicherweise
das Gegenteilige.
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Bei
dem Verfahren nach der Erfindung wird nun zunächst ein Innenraumsignal des
Kraftfahrzeugs erzeugt, welches eine Vielzahl von Harmonischen bzw.
Ordnungen von Schwingungen umfasst. Unter Harmonischen ist dabei
das ganzzahlige Vielfache von bestimmten Grundfrequenzen verschiedener – insbesondere von
der Motordrehzahl beziehungsweise von Motorschwingungen beeinflusster – Schallquellen
zu verstehen. Als Schallquellen sind dabei insbesondere die Motorengeräusche verursachende
Antriebsmaschine sowie andere Bauteile oder Baueinheiten des Fahrzeugs
wie die Abgasanlage zu nennen, welche durch Schwingungen der Antriebsmaschine
angeregt werden. Von diesen verschiedenen Schallquellen werden üblicherweise
eine Vielzahl von Harmonischen mit unterschiedlichen Ordnungen gegenüber einer
Grundfrequenz erzeugt. Von dem generierten Innenraumsignal wird
eine der Antriebsmaschine zugeordnete Hauptordnung verstärkt, während die übrigen Ordnungen
des Innenraumsignals – welche
von der Antriebsmaschine oder einer der anderen Schallquellen herrühren -gedämpft werden.
Hierdurch wird ein modifiziertes Innenraumsignal erhalten, welches
im Wesentlichen der Hauptordnung der Antriebsmaschine entspricht.
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Diese
Hauptordnung ist die bei dem Antriebsmotor dominierende Motorordnung
des drehzahlabhängigen
Motorgeräusches
und hängt
im Wesentlichen von den innerhalb der Antriebsmaschine bewegten
Massen – beispielsweise
der Kurbelwelle – ab.
Insbesondere aufgrund der spezifischen Konfiguration der Kurbelwelle
ist die 2. Motorordnung üblicherweise
die Hauptordnung eines 4-Zylinder-Motors, die 3. Motorordnung die
Hauptordnung eines 6-Zylinder-Motors
und die 4. Motorordnung die Hauptordnung eines 8-Zylinder-Motors.
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Das
modifizierte Innenraumsignal wird nun mit harmonischen oder disharmonischen
weiteren Schallsignalen überlagert,
deren Frequenzen in einem vorbestimmten Frequenzverhältnis zum
modifizierten Innenraumsignal gewählt werden. Dieses Frequenzverhältnis zwischen
dem modifizierten Innenraumsignal bzw. im Wesentlichen der Hauptordnung
der Antriebsmaschine entsprechenden Signal einerseits und dem harmonischen
oder disharmonischen weiteren Signal andererseits ist abhängig von
der verwendeten Antriebsmaschine, wobei sich insbesondere ein Frequenzverhältnis im
Bereich von etwa 1:1 bis 1:1,5 – und
insbesondere etwa 4:6 – als
besonders vorteilhaft gezeigt hat. Durch die Verwendung dieses optimalen
Frequenzverhältnisses
je nach verwendeter Antriebsmaschine bei dem Kraftfahrzeug ist es
weitgehend unerheblich, ob das zum modifizierten Innenraumsignal
hinzu addierte weitere Signal hierzu harmonisch oder disharmonisch
ist. Diese Tatsache widerspricht den bisher gängigen Theorien der Musik und
der Harmonielehre, wonach insbesondere eine Dissonanz zwischen unterschiedlichen
Signalen als störend
empfunden wird. Vielmehr kommt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
also darauf an, dass das Frequenzverhältnis des modifizierten Innenraumsignals
mit dem weiteren Signal – entsprechend
der jeweiligen Antriebsmaschine -abgestimmtist, während eine Harmonie
oder Disharmonie der beiden Signale weitgehend unerheblich ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Darstellungen; diese zeigen in:
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1 ein
Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf des im Wesentlichen der Hautordnung
der Antriebsmaschine entsprechenden modifizierten Innenraumsignals
sowie von weiteren Ordnungen, welche zu der Hauptordnung in einem
bestimmten Verhältnis
stehen;
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2 eine
Skala gemäß dem Bradley-Terry
Modell, mit welchem eine Mehrzahl von Probanden das addierte Innenraumsignal
auf Sportlichkeit bewertet haben;
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3 ein
schematisches Diagramm mit einem Vergleich der Bewertung nach dem
Bradley-Terry Modell und den zugehörigen Frequenzverhältnissen
zwischen dem modifizierten Innenraumsignal und dem hierzu addierten
weiteren Signal; und in
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4 eine
schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Schalldruckpegels
während
einer Beschleunigungsphase des Kraftfahrzeugs für drei unterschiedliche Soundbeispiele.
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Beim
vorliegenden Verfahren zur Einflussnahme auf hörbare Motorgeräusche insbesondere
von Antriebsmaschinen in Kraftfahrzeugen wird im hier erläuterten
Ausführungsbeispiel
ein Innenraumsignal eines Kraftwagens erzeugt, wie dieses üblicherweise
in der Fahrgastzelle des Kraftwagens vorherrscht. Ein derartiges
Innenraumsignal bzw. Innenraumgeräusch umfasst eine Vielzahl
von Harmonischen bzw. von Ordnungen von Schwingungen, welche von
unterschiedlichen, insbesondere von der Motordrehzahl beziehungsweise
von Motorschwingungen beeinflussten Schallquellen herrühren. Unter
Harmonischen bzw. unter Ordnungen von Schwingungen versteht man
dabei ganzzahlige Vielfache einer bestimmten Grundfrequenz, welche
von bestimmten, insbesondere von der Drehzahl beziehungsweise von
Motorschwingungen beeinflussten Schallquellen stammen.
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Beim
vorliegenden Verfahren wird nun die 4. Ordnung der Drehzahl bzw.
die 4. Harmonische der Drehzahl der Antriebsmaschine des Kraftwagens
als Hauptordnung des Innenraumsignals verstärkt, während die übrigen Ordnungen von Schwingungen
bzw. Harmonischen – welche
entweder von der Antriebsmaschine oder von den vorbeschriebenen
anderen Schallquellen herrühren
können – stark
gedämpft
werden. Die Verstärkung der
4. Ordnung der Schwingungen der Antriebsmaschine als Hauptordnung
und die Dämpfung
der übrigen Ordnungen
bzw. Harmonischen erfolgt dabei mit bei der Akustik üblichen
Bauteilen wie Verstärker,
Filter und Lautsprecher. Bei der hier vorliegenden Antriebsmaschine
ist die 4. Ordnung als Hauptordnung diejenige Harmonische, die bei
dem drehzahlabhängigen
Motorgeräusch
dominiert.
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Durch
die Verstärkung
der 4. Ordnung der Drehzahl der Antriebsmaschine sowie der Dämpfung der übrigen Ordnungen
bzw. Harmonischen des Innenraumsignals wird ein modifiziertes Innenraumsignal 1 erhalten,
welches im Diagramm gemäß 1 durch
die unterste Gerade dargestellt ist. Das modifizierte Innenraumsignal 1 wurde
dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus einem Innenraumsignal des Kraftfahrzeugs bei einer Beschleunigungsfahrt
des Kraftfahrzeugs im zweiten Gang extrahiert.
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Wie
aus der nachfolgenden Tabelle erkennbar, wurde dieses modifizierte
Innenraumsignal 1 mit einem hierzu harmonischen oder disharmonischen
weiteren Schallsignal überlagert
beziehungsweise addiert, um die in der Tabelle dargestellten Ergebnissignale 2 bis 8 zu
erhalten. So ist beispielsweise gemäß Ergebnissignal 2 das
modifizierte Innenraumsignal 1 – welches im Wesentlichen aus
der 4. Ordnung der Schwingungen der Antriebsmaschine als Hauptordnung
besteht – mit
einer hierzu 4,5. Ordnung eines in diesem Fall disharmonischen weiteren
Signals addiert worden. Demgemäß liegt
hier zwischen dem modifizierten Innenraumsignal – also im Wesentlichen der
4. Ordnung der Schwingungen der Antriebsmaschine als Hauptordnung – und dem weiteren
Signal eine Dissonanz mit der Rate 8:9 vor. Beim Ergebnissignal 4 ist
beispielsweise die 4. Ordnung der Schwingungen der Antriebsmaschine
als Hauptordnung mit einem Signal der 8. Ordnung addiert worden, wodurch
sich zwischen der 4. Ordnung der Schwingungen der Antriebsmaschine
und der 8. Ordnung des weiteren Signals ein konsonantes Frequenzverhältnis von
1:2 ergibt. Als zu dem modifizierten Innenraumsignal 1 addiertes
harmonisches weiteres Signal wurde im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Sinussignal verwendet. Die Ergebnissignale 7 und 8 enthalten
eine zusätzliche
Ordnung basierend auf der äquivalenten
Frequenzbandbreite ERB. Die zusätzliche
Ordnung bei Ergebnissignal 7 liegt dabei 0,5 ERB oberhalb
der Hauptordnung. Das Ergebnissignal 8 hat eine zusätzliche
tonale Komponente bei 1,5 ERB oberhalb der Hauptordnung.
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Die
weiteren Schallsignale zur Überlagerung
des modifizierten Innenraumsignals 1 sind dabei mit einer
derartigen Amplitude erzeugt worden, dass deren Schalldruckpegel
etwa 8 dBA unterhalb dem Schalldruckpegel der 4. Ordnung der Schwingungen
der Antriebsmaschine als Hauptordnung liegt. Daher bleibt der Gesamtpegel
für alle
Ergebnissignale 1 bis 8 nahezu konstant.
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In
der nachfolgenden Tabelle ist das im Wesentlichen der Hautordnung
der Antriebsmaschine entsprechende modifizierte Innenraumsignal 1 sowie
alle erzeugten Ergebnissignale 2 bis 8 des modifizierten
Innenraumsignals 1 überlagert
mit verschiedenen harmonischen oder disharmonischen weiteren Schallsignalen
unterschiedlicher Ordnung – welche
in einem bestimmten Verhältnis
zur Hauptordnung stehen – sowie
die Verhältnisse
der tonalen Anteile hierzu dargestellt.
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Der
zeitliche Verlauf der Frequenz des modifizierten Innenraumsignals 1 sowie
der Ergebnissignale 2 und 5 bis 8 ist
in dem Diagramm gemäß 1 dargestellt.
Dabei ist erkennbar, dass die Ergebnissignale 5 und 6,
bei denen zusätzlich
zu der verstärkten
4. Ordnung der Schwingungen der Antriebsmaschine ein harmonisches
weiteres Signal der 6. Ordnung bzw. ein disharmonisches Signal der
5, 6. Ordnung überlagert
worden ist, in der Geräuschdarstellung
sehr ähnlich
sind, obwohl sie nach der Musiktheorie unterschiedlich eingeordnet
werden.
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Das
modifizierte Innenraumsignal 1 sowie die erzeugten Ergebnissignale 2 bis 8 sind
als normale Fahrzeuginnengeräusche
hinsichtlich der Sportlichkeit des Kraftfahrzeugs von Testpersonen
bewertet worden. Das Ergebnis dieser Untersuchung ist anhand des
Bradley-Terry Modells
ausgewertet worden, wobei das Ergebnis in 2 dargestellt
ist. Die verschiedenen Balken geben dabei das Empfinden der Probanden
hinsichtlich der Signale 1 bis 8 wieder. Hierbei
ist erkennbar, dass die Ergebnissignale 5 und 6 von
Testpersonen nahezu gleichermaßen
als diejenigen identifiziert worden, welche den sportlichsten Klang
des Kraftfahrzeugs wiedergeben.
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Mit
anderen Worten hat die Harmonie zwischen dem modifizierten Innenraumsignal 1 und
dem hinzu addierten konsonanten oder dissonanten weiteren Signal
nur einen äußerst geringen
Einfluss auf die Ergebnissignale 2 bis 8, um von
den Testpersonen als sportlich empfunden zu werden. Vielmehr hat
sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
herausgestellt, dass zeitlich veränderliche Motorordnungen anders
wahrgenommen werden, als Klangzusammensetzungen mit einem zumindest
annähernd
konstanten Frequenzverhältnis
(FV). Demgemäß hat es
sich bei der vorliegenden Antriebsmaschine als insbesondere vorteilhaft
gezeigt, wenn das modifizierte Innenraumsignal 1 und das
weitere Schallsignal in ihren Ordnungen so aufeinander abgestimmt
sind, dass sich ein Frequenzverhältnis
von etwa 1:1,5 und insbesondere von 4:6 ergibt. Die Frequenzverhältnisse
zwischen dem modifizierten Testsignal 1 bzw. insbesondere
der 4. Ordnung der Schwingungen der Antriebsmaschine als Hauptordnung
und der Ordnung des hinzu addierten weiteren Signals ist dabei in 3 dargestellt.
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Schließlich zeigt 4 den
zeitlichen Verlauf des Schalldruckpegels L des Innenraumsignals
des Kraftfahrzeugs für
drei unterschiedliche Soundbeispiele bei einer Beschleunigungsfahrt
des Kraftwagens. Dabei hat sich insbesondere eine Beschleunigungsphase
als von den Probanten besonders sportlich beurteilt gezeigt, bei
der das Innenraumsignal des Kraftfahrzeugs einen Schalldruckpegel
L aufweist, der bei niedrigen Drehzahlen der Antriebsmaschine hoch,
bei mittleren Drehzahlen demgegenüber niedrig und bei hohen Drehzahlen
demgegenüber
wiederum hoch ausgebildet ist, wie dies der Verlauf der Kurve 10 zeigt.
Insbesondere hat es sich auch als vorteilhaft gezeigt, wenn das
Innenraumsignal des Kraftfahrzeugs einen Schalldruckpegel L aufweist,
der zu Beginn einer Beschleunigungsfahrt des Kraftfahrzeugs hoch
ausgebildet wird.
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- 1
- modifiziertes
Innenraumsignal
- 2
- Ergebnissignal
- 3
- Ergebnissignal
- 4
- Ergebnissignal
- 5
- Ergebnissignal
- 6
- Ergebnissignal
- 7
- Ergebnissignal
- 8
- Ergebnissignal
- 9
- Ergebnissignal
- 10
- Kurve
- f
- Frequenz
- FV
- Frequenzverhältnis
- L
- Schalldruckpegel
