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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur audiologischen Prüfung.
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Geräusche im
Fahrzeuginnenraum haben unterschiedliche Quellen. Wind- und Reifenrollgeräusche entstehen
außerhalb
des Fahrzeugs und werden in den Innenraum übertragen. Bedien- und Funktionsgeräusche werden
im Fahrzeug erzeugt. Die Betätigung
einer Taste oder eines Hebels (Bediengeräusch) löst eine Funktion aus (Funktionsgeräusch).
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Derzeit
umfasst die Akustikprüfung
einzelner Komponenten in einem Kraftfahrzeug neben einer messtechnischen
Erfassung von Terzspektren auch auditive Prüfungen, also Hörtests.
Es hat sich herausgestellt, dass diese Prüfungen bezüglich der akustischen Wertigkeit
keine reproduzierbaren Ergebnisse liefern können. Einerseits werden die
Terzpegel nicht mit wahrnehmungsbasierten Erkenntnissen ermittelt,
andererseits ist die einzelne Gutachtermeinung füur eine vergleichbare Qualitätsmessung unzureichend.
Die Ergebnisse sind nicht reproduzierbar und damit als Instrument
der Qualitätssicherung fragwürdig. Zudem
wird mit Serienstart die Prüfung wiederholt.
Für die
Qualitätssicherung
im Werk gibt die audiologische Prüfung keine verlässliche
Aussage über
das betreffende Geräusch;
es entsteht ein zusätzlicher
und aufwändiger
Prozess.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur audiologischen Prüfung zu
schaffen, das durch die Objektivierung der akustischen Wertigkeit
reproduzierbare Messgrößen liefert.
Während
mit Terzspektren eine technische Geräuschqualität sicherge stellt werden kann,
soll dann auch ohne eine Gutachterleistung die auditive Wahrnehmung
ermittelbar sein.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren zur audiologischen Prüfung mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
zur audiologischen Prüfung
von Geräuschen
von mehreren Gegenständen
einer Serie zu den Geräuschen
objektiv messbare Faktoren, wie Lautheit, Leiern oder Rauigkeit
ermittelt. Die Faktoren werden dann jeweils mit einem konstanten
Regressionskoeffizienten multipliziert und die Produkte miteinander
zu einer Vergleichszahl addiert, die die Wertigkeit des jeweiligen Geräuschs ausdrückt. Die
Regressionskoeffizienten wurden vorab anhand von einmalig durchgeführten Hörtests ermittelt.
Nach diesen einmalig durchgeführten
Hörtests
ist also keine weitere subjektive Beurteilung der Geräusche mehr
erforderlich, sondern bei allen zukünftigen Geräuschmessungen können die
einzelnen Faktoren gemessen werden und daraus die Vergleichszahl
berechnet werden. Es kann beispielsweise ein Grenzwert für die Vergleichszahl bestimmt
werden, bis zu dem ein Geräusch
als fehlerfrei und bei dessen Überschreiten
ein Geräusch als
fehlerhaft zu beurteilen ist. So kann in der Serienproduktion eine
permanente audiologische Prüfung erfolgen,
ohne dass zusätzliche
Hörtests
mehr erforderlich sind. Zusätzlich
dient die Vergleichszahl als Indikator, als wie wertig oder wie
lästig
ein Geräusch empfunden
wird.
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Wird
ein physikalischer Reiz in Form einer Schallwelle im Gehör aufgenommen,
findet oberhalb der Hörschwelle
eine Verarbeitung und schließlich ein
Wahrnehmungsprozess im Gehirn statt. Die Wahrnehmung von Schall
ist dabei prinzipiell individuell verschieden und hängt stark
von der aktuellen Situation ab. Zu den wichtigsten Einflussfaktoren
für diese
Variabilität
gehören
prägende
Erfahrungen, die jeweils spezifische Umgebung sowie die mentale Verfassung.
Ist ein dargebotenes Geräusch
bekannt oder wird vor dem Hören
eine Erwartungshaltung aufgebaut, ist in jedem Fall eine veränderte Wahrnehmung
wahrscheinlich. Die Schwierigkeit, menschliche Wahrnehmungen anhand
des akustischen Erregerschalls zu prognostizieren, ist beträchtlich.
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Erfindungsgemäß wird die
Abwesenheit von lästigen
Fehlern in Funktionsgeräuschen
als erste Grenzziehung zwischen akzeptablen und nicht akzeptablen
Geräuschen
dargestellt. Wird also die Art und Auftretungshäufigkeit dieser Lästigkeitsmuster ermittelt,
können
vorhandene Geräusche
bezüglich ihrer
Lästigkeit
eingeordnet werden. Eine Minderung von diesen Lästigkeitsmustern hat im Allgemeinen eine
Erhöhung
des Wertigkeitseindrucks zur Folge. Verwendet man den Begriff Wertigkeit
als wertfreie Dimensionsbezeichnung so verläuft eine gedachte Wertigkeitsgerade
von der Lästigkeit
bis zur Hochwertigkeit. Die Lästigkeit
ist somit der Eindruck einer minderen akustischen Wertigkeit. Werden
in einem Klang lästige
Geräuschanteile
wahrgenommen und überschreiten
sie einen Schwellwert, sind sie prinzipiell ein Ausschlusskriterium
für qualitätssichernde Maßnahmen.
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Der
direkte Zusammenhang zwischen der Lästigkeit und der Lautheit eines
stationären
Geräuschs
ist in verschiedenen Studien bewiesen worden. Wenn ein Geräusch als
zu laut empfunden wird, gilt es automatisch auch als lästig. Genauso
wie der Lautstärkepegel,
angegeben in dBSPL, ist die DIN-Lautheit eine objektive Größe. Unabhängig vom Messsystem
und bei definierten Grenzen der Signaleigenschaften sind die Messwerte
reproduzierbar und somit vergleichbar.
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Auch
ein leierndes Geräusch
wird als lästig wahrgenommen.
Der Eindruck eines Leierns ist auf eine zeitliche Änderung
des Signals zurückzuführen. Bei
Verstellmotoren sind dies meist periodische Schwankungen der wahrgenommenen
Tonhöhe. Diese
Art von Schwankungen ist eine Frequenzmodulation. Wird eine hörbare Trägerfrequenz
mit einer zweiten modelliert, entsteht ein hörbar schwankender Ton. Bedeutsam
ist der Modulationsgrad. Bei einem Motorleiern ist eine periodische
Drehzahländerung,
hervorgerufen durch rotierende Schwergängigkeiten im Getriebe, Auslöser für den Eindruck
des Leierns.
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Raue
Geräusche
gelten ebenfalls als lästig. Bei
modulierten Schallen wird ab einer Modulationsfrequenz von ca. 20
Hz eine Klangfarbenänderung wahrgenommen.
Im Gegensatz zu Modulationen unterhalb dieser Flimmergrenze kann
hier die Schwankung nicht mehr "verfolgt" werden. Rau gelten
im Allgemeinen Geräusche,
die durch Modulationen bis zu 300 Hz vom reinen Ton zum komplexen
Ton verändert
werden.
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Neben
den stationären
Größen Lautheit, Rauigkeit
und Schärfe
werden auch periodische Schwankungen abhängig von Modulationsfrequenz und
-grad relativ schnell als lästig
bewertet. Aus den Auswertungen von Hörversuchen ist zu entnehmen, dass
Eindrücke
von Schlagen oder Wummern bei manchen Verstellungen eine wichtige
Rolle spielen können.
Sehr häufig
ist der Grund für
den Eindruck von Schlagen, Hämmern,
Wummern eine Amplitudenmodulation in meist tiefen Frequenzbändern.
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Jede
der vorgestellten psychoakustischen Größen ist ein abstraktes Modell
einer speziellen Wahrnehmungsdimension. Durch eine geschickte Kombination
dieser und abgeleiteter Größen entsteht erfindungsgemäß eine Metrik
für ein
komplexeres Wahrnehmungsmuster. Dieses Muster kann zum Beispiel
die Wahrnehmung Wertigkeit oder Lästigkeit sein.
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Ausgehend
von den Erkenntnissen der Psychoakustik können für eine Modellierung Vermutungen über Abhängigkeiten
angestellt werden. Einerseits wird angenommen, dass bei steigender
Lautheit die Störwirkung
der Geräusche
zunimmt. Andererseits wird angenommen, dass die Gewichtung der Modulationsfrequenz
durch die Erkenntnisse über Schwankungsstärke einen
signifikanten und direkten Bezug zur "Minderwertigkeit" der Klänge hat.
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Um
dies auch in einem objektiven Auswahlverfahren zu bestätigen wird
eine Variablenausschlussberechnung durchgeführt. Dabei wird die Regressionsmethode "schrittweise" verwendet. In diesem
Verfahren werden schrittweise Modelle gebildet, die noch nicht im
Modell enthaltende unabhängige Variablen
aufnehmen und entsprechend ihrer Aussagekräftigkeit für die abhängige Variable "Skala" ein- oder ausschließen. Das
Verfahren endet, wenn alle Variablen untersucht wurden.
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Mit
der Regression wird die Stärke
der Abhängigkeit
zwischen einer abhängigen
und einer (einfache Regression) oder mehrerer (multiple Regression)
unabhängigen
Größen untersucht.
Im hier vorliegenden Fall ist der Skalenwert der subjektiven Rangreihenfolge
die abhängige
Größe. Dabei
wird versucht den Sachverhalt "Wertigkeit" mit den gemessenen
Größen bestmöglich, d.
h. mit möglichst kleinem
quadratischem Fehler zu bestimmen. Die Bedingung für derartige
Annäherungen
ist, dass beide Größen auf
metrischem Niveau vorliegen.
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Die
lineare Regressionsanalyse stellt eine lineare Abhängigkeit
zwischen Variablen in einer Gerade dar. Ein Zusammenhang mit mehreren
Variablen wird als "multiple
Regression" bezeichnet.
Vor der Schätzung
der Regressionfunktion wird für
jede unabhängige
Variable ein Diagramm angelegt, in dem die y-Achse mit dem Skalenwert
und die x-Achse mit der zu prüfenden
Größe gebildet
wird. Dann werden die Messdaten in Form von Punkten für jedes
Geräusch
eingetragen. Für
die Schätzung
wird nun eine Gerade so hineingelegt, dass alle Punkte ideal angenähert werden.
Dies ist natürlich
schwer möglich.
Es soll also eine Funktion berechnet werden, die eine Gerade mit
minimalen Fehlern zu den Stichproben aufweist. Die Grundfunktion
der linearen Regression lautet: Y = b0 + b1X1 +
b2X2 + bkXk
- b0
- Konstante zur Anpassung
der Gerade an den Schnittpunkt mit der Y-Achse
- b
- Regressionskoeffizient
- X
- unabhängige Variable
- k
- Anzahl der unabhängigen Variablen
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Die
unabhängigen
Variablen wurden bereits weiter oben vorgestellt, es handelt sich
hierbei um die Lautheit, Leiern, Rauigkeit und Schärfe, Schlagen oder
Wummern, etc., die alle objektiv direkt oder indirekt messbar sind.
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So
kann sich beispielsweise bei dem Geräusch eines Stellantriebs im
Innenraum eines Kraftfahrzeugs die Lautheit und das Leiern als besonders störend bei
einem Geräusch
herausstellen. Alle anderen Faktoren wie beispielsweise Rauigkeit
und Schärfe
weisen keine nennenswerte Korrelation zur Minderwertigkeit auf.
Das Modell der Minderwertigkeit –W kann dann beispielsweise
lauten: –W
= 0,65·Lautheit
+ 0,24·Leiern – 1,85
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Anhand
dieser Formel kann zukünftig
jeder weitere Stellantrieb beurteilt werden, ohne dass subjektive
Hörprüfungen erforderlich
sind.
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Die
Erfindung wird nun anhand der audiologischen Prüfung eines elektrisch verstellbaren
Fahrzeugsitzes näher
erläutert:
Die Erzeugung der entstehenden Geräusche ist ein komplexer Vorgang,
der durch Wechselwirkungen zwischen Motor, Getriebe, Last und Versorgungsspannung
beeinflusst wird. Eine Klassifikation der Sitzverstellgeräusche ist zweckmäßig. Es
muss das reale System hinreichend analysiert werden, damit das Verfahren
entsprechend ausgelegt werden kann.
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In
einem Hörversuch
wird nun der subjektive sowie individuelle Qualitätseindruck
der Geräusche erfasst.
Dazu gibt es verschiedene Methoden. Wird diese Befragung mit einer
statistisch validen Mehrheit und mit genau definierten Umgebungsparametern
durchgeführt,
können
die Ergebnisse dieses Hörversuchs
von dem nominalen Skalenniveau auf das metrische Skalenniveau gehoben
werden. Das metrische Skalenniveau macht es erst möglich, ein Verfahren
für die
subjektive Wertigkeit in direkter Abhängigkeit zu anderen metrischen
Größen zu finden.
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Um
verallgemeinerungsfähige
Ergebnisse aus einem Hörversuch
zu erhalten, wird eine statistisch ausreichend große Anzahl
Probanden nach ihrem Höreindruck
befragt bezüglich
der Faktoren Lautheit, Leiern, Rauigkeit und Schärfe und Wummern. Die Fragebögen werden
dann bezüglich
ihrer Verwertbarkeit geprüft
und fließen
anschließend
in einem Mittelwert zusammen. Dies stellt einen ersten Zugewinn
an Objektivität
dar und ist Grundlage für die
Bildung einer Rangreihenfolge, die entsprechend dem abgefragten
Kriterium von einer minimalen bis maximalen Ausprägung reicht.
Dies ist der wichtigste Schritt im Objektivierungsverfahren.
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Anschließend werden
nun für
die Faktoren Lautheit, Leiern, Rauigkeit und Schärfe und Wummern die Regressionskoeffizienten
ermittelt. Diese Regressionskoeffizienten sagen aus, in welchem Maße die einzelnen
Faktoren zu einem minderwertigen Höreindruck beitragen. Aus der
Summe der Produkte der einzelnen gemessenen Faktoren mit ihrem jeweiligen
Regressionskoeffizienten lässt
sich eine objektive Zahl ermitteln, die der Minderwertigkeit des Geräuschs entspricht.
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Nach
der einmaligen subjektiven Hörprüfung und
der Ermittlung der Regressionskoeffizienten daraus liegt also eine
objektive Formel zur Beurteilung des Geräuschs vor, sodass bei anderen
Fahrzeugsitzen keine subjektive Hörprüfung zur audiologischen Beurteilung
mehr erforderlich ist.