DE102014007761A1

DE102014007761A1 - Method for determining the value of a vibroacoustic variable

Info

Publication number: DE102014007761A1
Application number: DE102014007761.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bienert
Original assignee: Tech Hochschule Ingolstadt; Technische Hochschule Ingolstadt
Current assignee: BIENERT, JOERG GERHARD, PROF.-DR.-ING., DE
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-03
Also published as: WO2015181260A1

Abstract

Die Erfindung zeigt ein Verfahren zur Bestimmung des Werts einer vibroakustischen Größe, wobei unter wenigstens einer vorgegebenen, die vibroakustische Größe beeinflussenden Bedingung für verschiedene Zeitpunkte die Werte einer ein akustisches Signal charakterisierenden Messgröße sensorisch erfasst werden, wobei eine statistische Verteilungsfunktion für die Werte oder für hieraus abgeleitete Folgewerte vorgegeben oder aus den Messdaten abgleitet wird, wobei anhand der Verteilungsfunktion in den erfassten Werten oder in den daraus abgeleiteten Folgewerten statistisch abweichende Werte oder statistisch abweichende Folgewerte identifiziert und entfernt werden, und wobei aus den verbliebenen Werten oder Folgewerten der Wert der vibroakustischen Größe bestimmt wird.The invention relates to a method for determining the value of a vibroacoustic variable, wherein the values of a measured variable characterizing an acoustic signal are sensory detected for at least one predetermined condition influencing the vibroacoustic variable, wherein a statistical distribution function for the values or for values derived therefrom Following value is derived or derived from the measured data using the distribution function in the detected values or in the derived derived values statistically deviating values or statistically differing subsequent values are identified and removed, and from the remaining values or following values of the value of the vibroacoustic size is determined ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Werts einer vibroakustischen Größe bei Überlagerung mit Störgeräuschen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Gebiet der akustischen Messung, wobei Schwingungen des Übertragungsmediums sensorisch erfasst und einer Analyse zugeführt werden. Häufig wird hierbei Schall im Medium Luft untersucht. Mit der Erfindung kann aber auch Schall in sonstigen gasförmigen, flüssigen oder festen Medien untersucht werden. Bei festen Medien wird häufig von Körperschall gesprochen. Ist das Ausbreitungsmedium Luft, so wird üblicherweise der Begriff Luftschall verwendet.The invention relates to a method and a device for determining the value of a vibroacoustic variable when superimposed with noise. In particular, the invention relates to the field of acoustic measurement, wherein vibrations of the transmission medium are sensed and fed to an analysis. Frequently, sound in the medium air is examined here. However, with the invention, it is also possible to investigate sound in other gaseous, liquid or solid media. In solid media is often spoken of structure-borne noise. If the propagation medium is air, usually the term airborne sound is used.

Unter einer vibroakustischen Größe werden vorliegend Größen verstanden, die zur Charakterisierung von Schall in gasförmigen Medien (vereinfacht: Luftschall) oder von Schall in festen Medien (vereinfacht: Körperschall) geeignet sind. Dabei kann es sich sowohl um Feldgrößen als auch um Energiegrößen handeln, wobei letztere in linearen Systemen aus den Feldgrößen abgeleitet werden können. Typische Feldgrößen sind beispielsweise der Schalldruck oder die Schallschnelle. Typische Energiegrößen sind die Schallenergie oder die Schallintensität. Schall lässt sich physikalisch als Schwingung eines Mediums beschreiben. Vibroakustische Größen zeigen gewöhnlich auch eine Frequenzabhängigkeit. Infolgedessen kann eine vibroakustische Größe frequenzaufgelöst oder auch über einen Teilbereich von Frequenzen aufsummiert als eine Summengröße bestimmt bzw. analysiert werden. Zur Frequenzanalyse werden in der Akustik die vibroakustischen Größen häufig für sogenannte Oktavbänder, also für Frequenzbänder, die jeweils den Bereich von einer bestimmten Frequenz bis zum Doppelten dieser Frequenz überstreichen, zusammengefasst.In the present case, a vibroacoustic quantity is understood to be quantities which are suitable for characterizing sound in gaseous media (simplified: airborne sound) or sound in solid media (simplified: structure-borne sound). These can be both field quantities and energy quantities, the latter being able to be derived from the field quantities in linear systems. Typical field sizes are, for example, the sound pressure or the sound velocity. Typical energy quantities are the sound energy or the sound intensity. Sound can be described physically as the vibration of a medium. Vibroacoustic quantities usually also show a frequency dependence. As a result, a vibroacoustic quantity may be frequency resolved or also summed over a subset of frequencies as a sum size. For frequency analysis, the vibro-acoustic quantities are often combined in the acoustics for so-called octave bands, ie for frequency bands which each cover the range from a specific frequency to twice that frequency.

Eine der häufigsten Analysen von akustischen Signalen ist eine Pegelbestimmung, wobei beispielsweise der Schalldruckpegel als vibroakustische Größe ein Maß für die physikalische Lautstärke darstellt. Die Pegelberechnung kann hierbei beispielsweise für die Feldgrößen Schalldruck oder Schallschnelle durchgeführt werden, wobei beim Luftschall im Wesentlichen der Schalldruckpegel L_p von Interesse ist. Dabei erfolgt die Berechnung des Schalldruckpegels nach der Gleichung:

wobei p_eff der Effektivwert der Schwingung und p₀ ein Bezugswert sind. Andere Pegel werden ähnlich als logarithmische Größen berechnet, wobei jeweils ein fester Bezugswert vorgegeben ist.One of the most common analyzes of acoustic signals is a level determination, where, for example, the sound pressure level as a vibroacoustic variable is a measure of the physical volume. In this case, the level calculation can be carried out, for example, for the field quantities sound pressure or sound velocity, wherein the sound pressure level L _{p is} of interest in the case of airborne sound. The sound pressure level is calculated according to the equation:

where p _{eff is} the rms value of the oscillation and p _{0 is} a reference value. Other levels are similarly calculated as logarithmic quantities, with a fixed reference value given in each case.

Bei einer Schallanalyse geht es häufig um eine möglichst genaue Charakterisierung des entstehenden Geräusches. Dabei können Geräusche grundsätzlich als störend, als angenehm oder auch als Indiz auf eine Gefahrensituation wahrgenommen werden. Insbesondere bei der Entwicklung und Konstruktion von Fahrzeugen des Luft-, Schienen- und Straßenverkehrs wird daher ein großes Augenmerk auf die während des Betriebs derartiger Fahrzeuge entstehende Geräuschkulisse gelegt. Die während eines normalen Betriebs entstehenden Geräusche dürfen nicht beunruhigend oder als unangenehm empfunden werden. Auch ist die Lautstärke ein verkaufsentscheidendes Komfortkriterium eines Fahrzeugs oder eines anderen Produkts. Normale Fahrzeuggeräusche sollten grundsätzlich auch als angenehm empfunden werden. Zur entsprechend konstruktiven Auslegung eines Fahrzeugs muss daher eine genaue Analyse der im Betrieb des Fahrzeugs entstehenden Geräusche, insbesondere der Innenraumgeräusche, durchgeführt werden.In a sound analysis, it is often about the most accurate characterization of the resulting noise. Noise can be perceived as disturbing, as pleasant or as an indication of a dangerous situation. In particular, in the development and construction of vehicles of the air, rail and road traffic, therefore, a great deal of attention is paid to the noise created during the operation of such vehicles. The noise generated during normal operation should not be disturbing or uncomfortable. Also, the volume is a key comfort criterion of a vehicle or other product. Normal vehicle noise should generally be perceived as pleasant. For a corresponding structural design of a vehicle, therefore, a precise analysis of the noise generated during operation of the vehicle, in particular the interior noise, must be performed.

Für stationäre Geräusche, wie sie beispielsweise bei einer Fahrt eines Fahrzeugs mit konstanter Geschwindigkeit auftreten oder von einem Motor unter gleichbleibender Last und Drehzahl erzeugt werden, müssen zur Erfassung stationäre Betriebs- und Messbedingungen vorliegen, so dass der Wert der zu analysierenden vibroakustischen Größe sehr genau bestimmt werden kann. In der Praxis ist dies jedoch üblicherweise nicht gegeben. Um dennoch genaue Werte für die statistisch schwankende vibroakustische Größe zu ermitteln, werden üblicherweise Messungen über einen längeren Zeitraum durchgeführt, um dann einen Mittelwert zu berechnen. Falls ungestörte Messungen über einen längeren Zeitraum jedoch nicht möglich sind, beispielsweise weil Störungen wiederholt auftreten, müssen alternativ kürzere Messungen mehrfach wiederholt werden, um über Mittelungen hierüber wiederum die Genauigkeit zu verbessern. Akustische Störungen wirken aber immer wie zusätzliche Geräusche, die zu einer Verfälschung der zu bestimmenden vibroakustischen Größe zu größeren Werten führen.For stationary noises, such as occur during a constant speed vehicle travel or generated by a motor under constant load and speed, stationary operating and measuring conditions must be present for detection so that the value of the vibroacoustic variable to be analyzed is determined very accurately can be. In practice, however, this is usually not the case. However, to determine accurate values for the statistically varying vibroacoustic size, measurements are usually taken over a longer period of time to then calculate an average. However, if undisturbed measurements over a longer period of time are not possible, for example because disturbances occur repeatedly, shorter measurements must alternatively be repeated several times in order to improve the accuracy by means of averaging. However, acoustic disturbances always act as additional noises which lead to a falsification of the vibroacoustic variable to be determined to larger values.

Messungen über lange Zeiträume oder Mehrfachwiederholungen von kürzeren Messungen sind aufwändig. Insbesondere können auch Teilmessungen Störungen unterliegen, so dass solche Teilmessungen insgesamt unbrauchbar sind und ebenfalls mehrfach wiederholt werden müssen. Ein typisches Beispiel ist die bereits erwähnte Innengeräuschmessung bei Fahrzeugen. Zur Simulation möglichst stationärer Bedingungen wird eine solche Messung üblicherweise bei konstanter Geschwindigkeit des Fahrzeugs während einer Fahrt über eine möglichst gleichmäßige Strecke bzw. Fahrbahn durchgeführt. Üblich sind hierbei Messabschnitte mit einer jeweiligen Dauer von etwa 30 Sekunden und bis zu fünf Wiederholungen, um auf genaue Werte für die zu bestimmende vibroakustische Größe zu kommen. Messungen im öffentlichen Straßen- oder Schienenverkehr sind hierzu jedoch kaum geeignet, da beständig Störungen durch Geräusche anderer Verkehrsteilnehmer oder durch Ungleichförmigkeiten der Strecke bzw. Fahrbahn auftreten. Selbst auf speziell eingerichteten Geräuschteststrecken kommen Störungen durch unerwartete Geräusche aus der Umgebung häufig vor.Measurements over long periods of time or multiple repetitions of shorter measurements are expensive. In particular, partial measurements may be subject to interference, so that such partial measurements are altogether unusable and must also be repeated several times. A typical example is the already mentioned interior noise measurement in vehicles. In order to simulate as steady-state conditions as possible, such a measurement is usually carried out at a constant speed of the vehicle while driving over a path or lane that is as uniform as possible. Conventional are measuring sections with a duration of about 30 seconds and up to five repetitions, in order to obtain accurate values for the determining vibroacoustic size to come. Measurements in public road or rail traffic are hardly suitable for this purpose, however, since disturbances constantly occur due to the noise of other road users or due to nonuniformities of the route or roadway. Even on specially designed noise test tracks, interference from unexpected ambient noise is common.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Bestimmung des Werts einer vibroakustischen Größe Störgeräusche möglichst einfach zu eliminieren, wobei insbesondere auf eine aufwändige Wiederholung der gestörten Messungen verzichtet werden kann.The invention is based on the object, as simple as possible to eliminate noise in determining the value of a vibroacoustic size, in particular, can be dispensed with a costly repetition of disturbed measurements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung des Werts einer vibroakustischen Größe gelöst, wobei unter wenigstens einer vorgegebenen, die vibroakustische Größe beeinflussenden Bedingung zu verschiedenen Zeiten Werte einer ein vibroakustisches Signal charakterisierenden Messgröße sensorisch erfasst werden, wobei eine statistische Verteilungsfunktion für die Werte oder für hieraus abgeleitete Folgewerte vorgegeben oder aus den Messdaten abgeleitet wird, wobei anhand der Verteilungsfunktion in den erfassten Werten oder in den daraus abgeleiteten Folgewerten statistisch abweichende Werte oder statistisch abweichende Folgewerte identifiziert und entfernt werden, und wobei aus den verbliebenen Werten oder Folgewerten der Wert der vibroakustischen Größe bestimmt wird.According to the invention, this object is achieved by a method for determining the value of a vibroacoustic variable, whereby at least one predetermined condition influencing the vibroacoustic variable is sensoryly detected at different times by values of a measured variable characterizing a vibroacoustic signal, wherein a statistical distribution function for the values or for Statistically deviating values or statistically differing subsequent values are identified and removed on the basis of the distribution function in the acquired values or in the derived derived values, and the value of the vibroacoustic variable is calculated from the remaining values or subsequent values is determined.

Die Erfindung geht dabei in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass durch die zur Bestimmung der vibroakustischen Größe geschaffenen oder vorgegebenen äußeren Bedingungen die zu einer ein akustisches Signal charakterisierenden Messgröße erfassten Werte als Zufallsvariablen interpretiert werden können, die einer bestimmten statistischen Verteilung um einen Erwartungswert unterliegen. In einem zweiten Schritt geht die Erfindung dann davon aus, dass nur solche Werte der erfassten Messgröße zur Bestimmung des Werts der vibroakustischen Größe sinnhaft herangezogen werden können, die im Rahmen der gegebenen statistischen Verteilungsfunktion liegen. Solche Werte, die außerhalb der statistischen Verteilung liegen, sind dann auf Störgeräusche zurückzuführen und tragen nicht zum eigentlichen realen Wert der zu bestimmenden vibroakustischen Größe bei. In einem dritten Schritt wird durch die Erfindung schließlich geschlussfolgert, dass der zu wenigstens einer eingestellten äußeren Bedingungen gehörende Wert der vibroakustischen Größe dann korrekt aus den ermittelten Werten der Messgröße bestimmt werden kann, wenn diejenigen Werte der Messgröße entfernt werden, die von der gegebenen statistischen Verteilungsfunktion abweichen.In a first step, the invention proceeds from the consideration that the values acquired to determine the vibroacoustic quantity can be used to interpret the values acquired as a random variable characterizing a measured signal as random variables and to interpret a given statistical distribution by an expected value subject. In a second step, the invention then assumes that only those values of the detected measured variable can be meaningfully used to determine the value of the vibroacoustic variable which lies within the given statistical distribution function. Such values, which lie outside the statistical distribution, are then due to noise and do not contribute to the actual real value of the vibroacoustic quantity to be determined. In a third step, the invention finally concludes that the value of the vibroacoustic variable belonging to at least one set external conditions can then be correctly determined from the determined values of the measured variable if those values of the measured variable are removed which are of the given statistical distribution function differ.

Die Erfindung bietet den großen Vorteil, dass insbesondere aus einem einzigen Messdurchgang oder aus gegenüber dem Stand der Technik weniger Messdurchgängen der Wert der vibroakustischen Größe genau bestimmt werden kann, da Ausreißer in den Werten der Messgröße gegenüber der statistischen Verteilungsfunktion eliminiert werden und insofern nicht zu einer Verfälschung des zu bestimmenden Wertes beitragen. Insofern können vibroakustische Messungen insbesondere in der Fahrzeugtechnik auch außerhalb von speziellen Teststrecken, beispielsweise auf öffentlichen Straßen oder dergleichen, durchgeführt werden. Nicht alle äußeren Bedingungen müssen standardisiert oder stationär vorgegeben sein. Gegenüber bisher üblichen Verfahren wird hierdurch der Messaufwand deutlich vereinfacht. Insbesondere werden Geräuschmessungen auf nicht speziell gebauten Teststrecken, Messstraßen oder Testräumen durchführbar.The invention offers the great advantage that the value of the vibroacoustic variable can be determined precisely, in particular from a single measurement run or from fewer measurement runs compared with the prior art, since outliers in the values of the measured variable are eliminated compared with the statistical distribution function and thus not at all Contribute to a falsification of the value to be determined. In this respect, vibroacoustic measurements, in particular in vehicle technology, can also be carried out outside of special test tracks, for example on public roads or the like. Not all external conditions must be standardized or stationary. Compared to hitherto conventional methods, the measurement effort is thereby significantly simplified. In particular, noise measurements on non-specially constructed test tracks, measuring lines or test rooms feasible.

Für die Erfindung ist es hierbei irrelevant, ob die statistische Verteilungsfunktion, die eine unmittelbare Folge der vorgegebenen äußeren und sonstigen Bedingungen der Messdurchführung ist, für die Werte der Messgröße, für hieraus abgeleitete Folgewerte oder für die aus den Werten oder Folgewerten ermittelten Werte der vibroakustischen Größe betrachtet oder herangezogen wird. Ob die Werte der Messgröße, die Folgewerte oder die Werte der vibroakustischen Messgröße als Zufallsvariablen interpretiert werden, ist eine Folge der gegebenen konkreten Versuchsanordnung und ergibt sich des Weiteren auch aus der Wahl der jeweils zu bestimmenden vibroakustischen Größe selbst. Die gewählte statistische Verteilungsfunktion resultiert insbesondere auch aus dem mathematischen Zusammenhang zwischen der zu bestimmenden vibroakustischen Größe und der sensorisch erfassten Messgröße.In this case, it is irrelevant to the invention whether the statistical distribution function, which is a direct consequence of the prescribed external and other conditions of the measurement, is for the values of the measured variable, for subsequent values derived therefrom or for the values of the vibroacoustic variable determined from the values or subsequent values considered or used. Whether the values of the measured variable, the following values or the values of the vibroacoustic measured variable are interpreted as random variables is a consequence of the given concrete experimental arrangement and furthermore results from the choice of the respective vibroacoustic variable to be determined. The selected statistical distribution function also results in particular from the mathematical relationship between the vibroacoustic variable to be determined and the sensory measured variable.

Der zu bestimmende Wert der vibroakustischen Größe ist mit der gewählten wenigstens einen vorgegebenen äußeren Bedingung verknüpft. Mit anderen Worten wird wenigstens eine Bedingung vorgegeben, die die vibroakustische Größe unmittelbar beeinflusst, und für die insbesondere ein charakteristischer Wert erfasst werden soll. Eine solche vorgegebene Bedingung kann im Falle der Geräuschmessung in Fahrzeugen beispielsweise die Drehzahl des Antriebsmotors, der jeweils eingelegte Gang, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine äußere Windgeschwindigkeit (z. B. in einem Windkanal), ein vorgegebener Straßenbelag, ein eingeschaltetes Gebläse oder dergleichen sein.The value of the vibroacoustic variable to be determined is linked to the selected at least one predetermined external condition. In other words, at least one condition is predefined which directly influences the vibroacoustic quantity and for which in particular a characteristic value is to be detected. In the case of noise measurement in vehicles, such a predetermined condition may, for example, be the rotational speed of the drive motor, the gear engaged in each case, the speed of the vehicle, an external wind speed (eg in a wind tunnel), a predetermined road surface, an activated fan or the like ,

In einer bevorzugten Variante wird die wenigstens eine, die vibroakustische Größe beeinflussende Bedingung während der Erfassung der Werte stationär vorgegeben. Grundsätzlich kann es jedoch auch möglich sein, bei jeweiliger Kenntnis einer Veränderung der vorgegebenen Bedingung auch einen konkreten zeitlichen Verlauf hierfür während der Werteerfassung vorzugeben. Hier haben die Verteilungen der Werte der Messgröße einen zeitlichen Trend, der das Instationäre abbildet. Abweichungen von diesem Trend können wiederum als Indikatoren für Störgeräusche angesehen werden, was zu einer Elimination der von Störgeräuschen verursachten Messwerte genutzt werden kann.In a preferred variant, the at least one condition influencing the vibroacoustic quantity becomes during the detection of the values stationary specified. In principle, however, it may also be possible, given a respective knowledge of a change in the given condition, to specify a specific time course therefor during the value acquisition. Here, the distributions of the values of the measurand have a temporal trend that depicts the instationary. Deviations from this trend, in turn, can be seen as indicators of noise, which can be used to eliminate the noise generated by measurements.

In der Akustik werden Messgrößen häufig für spezifische Frequenzbänder zusammengefasst bestimmt. Mit anderen Worten wird ein Summenwert oder Mittelwert der vibroakustischen Größe für ein bestimmtes Frequenzband ermittelt. Bevorzugt werden in der Akustik solche Summen- oder Mittelwerte für Oktavbänder ermittelt, die sich von einer bestimmten Frequenz bis zu dem Doppelten dieser Frequenz erstrecken. Diese Zusammenfassung liefert für eine Geräuschanalyse eine einfache Aussage hinsichtlich der Empfindung des analysierten Geräusches.In acoustics, measured quantities are often combined for specific frequency bands. In other words, a sum value or mean value of the vibroacoustic quantity is determined for a specific frequency band. In acoustics, such sum or average values are preferably determined for octave bands which extend from a specific frequency up to twice this frequency. This summary provides for a noise analysis a simple statement regarding the sensation of the analyzed noise.

Wie bereits erwähnt, wird es durch die Erfindung ermöglicht, den Wert der vibroakustischen Größe mit hoher Genauigkeit in einem einzigen Messdurchgang zu bestimmen. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, das vorliegend angegebene Verfahren zu einer weiteren Verbesserung der Messgenauigkeit mehrfach durchzuführen, wenngleich dies im Vergleich zu bisherigen Methoden nicht zwingend erforderlich ist. Der eigentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, mit einem einzigen vergleichsweisen kurzen Messdurchgang ohne Wiederholungen einen genauen Wert der vibroakustischen Größe zu bestimmen.As already mentioned, the invention makes it possible to determine the value of the vibroacoustic quantity with high accuracy in a single measurement run. Of course, however, it is also possible to repeatedly perform the method given herein to further improve the measurement accuracy, although this is not mandatory compared to previous methods. The actual advantage of the invention is to determine an exact value of the vibroacoustic quantity with a single comparatively short measuring pass without repetitions.

Die statistische Verteilungsfunktion wird von den jeweils vorgegebenen oder herrschenden äußeren Bedingungen abhängig sein. In einer bevorzugten, weil üblicherweise gegebenen Ausführungsvariante wird die statistische Verteilungsfunktion eine Normalverteilung der jeweils erfassten oder abgeleiteten Zufallsvariablen sein. Die statistische Verteilungsfunktion kann fest vorgegeben und beispielsweise aus Erfahrungswerten für verschiedene äußere Bedingungen jeweils bekannt sein. Die Verteilungsfunktion kann auch aus den Messdaten selbst, also aus den zu unterschiedlichen Zeiten erfassten Werten oder hieraus abgeleiteten Folgewerten, erkannt, abgeleitet oder abgeschätzt werden. Neben der Gauß- bzw. Normalverteilung kann es beispielsweise auch eine Poisson-Verteilung, eine Binomial-Verteilung, eine Exponential-Verteilung oder ein Chi²-Verteilung sein. In einer zweckmäßigen Variante werden die Messdaten zum Erreichen einer Verteilungsfunktion transformiert. Dadurch kann gegebenenfalls eine bessere Annäherung an eine der genannten Verteilungen erreicht werden. Eine hierzu geeignete Transformation ist beispielsweise die Johnson-Transformation. Die statistische Verteilung kann im Einzelfall der Versuchs- bzw. Messdurchführung aber auch mittels Stichproben ermittelt oder abgeschätzt werden.The statistical distribution function will depend on the prevailing or prevailing external conditions. In a preferred embodiment, which is usually given, the statistical distribution function will be a normal distribution of the respectively detected or derived random variables. The statistical distribution function can be predefined and known, for example, from empirical values for different external conditions. The distribution function can also be recognized, derived or estimated from the measured data itself, that is to say from the values recorded at different times or from subsequently derived subsequent values. In addition to the Gaussian or normal distribution, it can also be, for example, a Poisson distribution, a binomial distribution, an exponential distribution or a Chi ² distribution. In an expedient variant, the measurement data is transformed to achieve a distribution function. As a result, if appropriate, a better approximation to one of the named distributions can be achieved. A transformation suitable for this purpose is, for example, the Johnson transformation. The statistical distribution can be determined or estimated in the individual case of the test or measuring procedure but also by means of random samples.

Als durch Störgeräusche bedingt können Werte der sensorisch erfassten Messgröße beispielsweise identifiziert werden, wenn ein Grenzwert in der Abweichung gegenüber der vorgegebenen statistischen Verteilungsfunktion überschritten ist. Andererseits können bekannte statistische Methoden bevorzugt zur Eliminierung der statistisch abweichenden Werte oder Folgewerte eingesetzt werden. Beispielhaft seien hierbei ein Ausreißertestverfahren nach Grubbs oder Walsh, ein Chi²-Testverfahren, ein Kolmogoroff-Smirnoff-Testverfahren, ein Residuen-Analyseverfahren oder ein Cook-Distanz-Analyseverfahren genannt. Derartige Analyseverfahren sind grundsätzlich bekannt, so dass deren konkrete Ausführungen nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind.As caused by noise, values of the sensory measured variable can be identified, for example, if a limit in the deviation from the predetermined statistical distribution function is exceeded. On the other hand, known statistical methods can preferably be used to eliminate the statistically differing values or subsequent values. Examples include an outlier test method according to Grubbs or Walsh, a Chi ² test method, a Kolmogoroff-Smirnoff test method, a residual analysis method or a Cook distance analysis method. Such analysis methods are known in principle, so that their specific embodiments are not the subject of the present invention.

In einer weiter bevorzugten Variante der Erfindung wird zur Geräuschanalyse ein Signalpegel als vibroakustische Größe analysiert. Insbesondere wird hierbei der Schallpegel ermittelt. Bevorzugt wird als Messgröße eine Feldgröße, insbesondere ein Druck oder eine Schnelle erfasst. Besonders bevorzugt wird aus der erfassten Feldgröße der Schallpegel als logarithmische Größe bestimmt. Besonders bevorzugt wird der Schalldruckpegel bestimmt, der der physikalischen Lautstärke entspricht.In a further preferred variant of the invention, a signal level is analyzed as a vibroacoustic variable for noise analysis. In particular, the sound level is determined here. Preferably, a field variable, in particular a pressure or a fast is detected as the measured variable. Particularly preferably, the sound level is determined as a logarithmic quantity from the detected field size. Particularly preferably, the sound pressure level is determined, which corresponds to the physical volume.

Die eingangs genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls durch eine Vorrichtung zur Bestimmung des Werts einer vibroakustischen Größe gelöst, die eine sensorische Messeinrichtung und eine mit der Messeinrichtung verbundene Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichtet und ausgebildet ist. Die für das Verfahren und dessen Weiterbildungen genannten Vorteile können hierbei sinngemäß auf die Vorrichtung übertragen werden.The object mentioned in the introduction is also achieved by a device for determining the value of a vibroacoustic variable, which comprises a sensory measuring device and a control unit connected to the measuring device, wherein the control unit is set up and configured to carry out the method described above. The advantages mentioned for the method and its developments can hereby be transferred analogously to the device.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Showing:

1 einen beispielhaften Schalldruckverlauf über der Zeit bei einer ungestörten Messung, 1 an exemplary sound pressure gradient over time during an undisturbed measurement,

2 den aus dem Schalldruckverlauf gemäß 1 ermittelten Pegelverlauf über der Zeit bei ungestörter Messung, 2 from the sound pressure curve according to 1 determined level profile over time with undisturbed measurement,

3 die statistische Pegelverteilung bei einer ungestörten Messung, 3 the statistical level distribution for an undisturbed measurement,

4 einen beispielhaften Schalldruckverlauf über der Zeit bei einer gestörten Messung, 4 an exemplary sound pressure gradient over time in a disturbed measurement,

5 den aus dem Schalldruckverlauf gemäß 4 ermittelten Pegelverlauf über der Zeit bei gestörter Messung, 5 from the sound pressure curve according to 4 Determined level profile over time with disturbed measurement,

6 die statistische Pegelverteilung bei einer gestörten Messung, und 6 the statistical level distribution in a disturbed measurement, and

7 schematisch eine Vorrichtung zur Messung einer vibroakustischen Größe. 7 schematically a device for measuring a vibroacoustic size.

Während der Messung einer die vibroakustische Größe charakterisierenden Messgröße eines akustischen Signals unterliegt der Momentanwert der Messgröße kleineren statistischen Schwankungen, die durch eine Mittelung über die Zeit ausgeglichen werden können. Die statistische Verteilung der Messgröße über der Zeit ist dabei der Ansatz des vorliegend angegebenen Verfahrens zu einer Störungselimination.During the measurement of an acoustic signal which characterizes the vibroacoustic quantity, the instantaneous value of the measured variable is subject to smaller statistical fluctuations which can be compensated by averaging over time. The statistical distribution of the measured variable over time is the approach of the presently indicated method to a fault elimination.

1 zeigt beispielhaft ein aufgezeichnetes Schallsignal als Funktion der Zeit, wobei die Messung idealisiert störungsfrei vorgenommen ist. Zumindest eine äußere Bedingung, beispielsweise die Drehzahl eines Antriebsmotors oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei gleichbleibendem Fahrbelag, ist stationär vorgegeben. Trotz Idealbedingungen unterliegen die Werte der Messgröße, vorliegend der Schalldruck, statistischen Schwankungen. 1 shows by way of example a recorded sound signal as a function of time, wherein the measurement is made idealized trouble-free. At least one external condition, such as the speed of a drive motor or the speed of the vehicle with a constant driving surface, is fixed. Despite ideal conditions, the values of the measurand, in this case the sound pressure, are subject to statistical fluctuations.

Berechnet man aus dem Verlauf des Schalldrucks entsprechend 1 den Verlauf des Schalldruckpegels, so ergibt sich ein Verlauf entsprechend 2. Auch der Verlauf des Schalldruckpegels unterliegt entsprechend statistischen Schwankungen.If one calculates accordingly from the course of the sound pressure 1 the course of the sound pressure level, the result is a course accordingly 2 , The course of the sound pressure level is also subject to statistical fluctuations.

Vorliegend weisen die statistischen Schwankungen des Schalldruckpegels eine charakteristische Verteilung auf, die hier nicht näher festgelegt werden muss, aber z. B. eine Normalverteilung sein kann. Werden die Werte des Schalldruckpegels entsprechend 2 als Summenhäufigkeit aufgetragen, so ergibt sich der Verlauf (eingetragene Punkte) entsprechend 3. Der Ordinatenwert gibt hierbei die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass die aufgetragene Zufallsvariable einen Wert kleiner oder gleich des zugehörigen Abszissen-Wertes einnimmt. Mit anderen Worten stellt 3 eine Integration über die vorgegebene statistische Verteilungsdichtefunktion dar. Zur Erleichterung ist die Ordinate in 3 symmetrisch beidseits des Mittelwerts logarithmisch skaliert. Eine Normalverteilung ergibt sich dementsprechend in der Auftragung gemäß 3 als eine Gerade, die vorliegend ebenfalls eingetragen ist.In the present case, the statistical fluctuations of the sound pressure level have a characteristic distribution, which need not be specified here, but z. B. may be a normal distribution. Are the values of the sound pressure level corresponding 2 Plotted as cumulative frequency, the course (registered points) results accordingly 3 , The ordinate value here indicates the probability that the applied random variable assumes a value smaller than or equal to the associated abscissa value. In other words 3 an integration over the given statistical distribution density function. For convenience, the ordinate is in 3 symmetrically scaled logarithmically on both sides of the mean. A normal distribution results accordingly in the plot according to 3 as a straight line, which is also entered here.

Man erkennt, dass im Falle einer idealisierten störungsfreien Messung unter Vorgabe von wenigstens einer stationären äußeren Bedingung die Zufallsvariable des Schalldruckpegels vorliegend einer Normalverteilung folgt. Die eingezeichnete Gerade einer Normalverteilung ergibt eine ziemlich genaue Approximation für die real ermittelten Messwerte.It can be seen that in the case of an idealized interference-free measurement, given the specification of at least one stationary external condition, the random variable of the sound pressure level in the present case follows a normal distribution. The drawn line of a normal distribution gives a fairly accurate approximation for the real measured values.

4 und 5 zeigen nun vergleichbare Messungen bei Vorliegen von äußeren Störungen. Im Zeitsignal des Schalldrucks entsprechend 4 und im zeitlichen Verlauf des hieraus ermittelten Schalldruckpegels entsprechend 5 ist das Vorliegen von Störungen noch nicht sehr deutlich. Die Betrachtung der Verteilungsfunktion entsprechend 6 zeigt jedoch eine erkennbar signifikante Abweichung zur Verteilung entsprechend 3. Über einen Statistiktest, beispielsweise über einen Ausreißertest nach Grubbs, lassen sich die abweichenden, d. h. gestörten Werte des Schalldruckpegels separieren, und es kann durch Mittelung über den Messverlauf aus den verbliebenen Messwerten bzw. vorliegend aus den verbliebenen, unmittelbar den Schalldruckpegel repräsentierenden Folgewerten eine störungsfreie Messung ermittelt und ein Wert für die vibroakustische Größe bestimmt werden, die vorliegend der Schalldruckpegel, also die physikalische Lautstärke ist. 4 and 5 now show comparable measurements in the presence of external disturbances. In the time signal of the sound pressure accordingly 4 and in the time course of the sound pressure level determined therefrom accordingly 5 the presence of disturbances is not yet very clear. Consideration of the distribution function accordingly 6 however, shows a noticeably significant deviation from the distribution accordingly 3 , By means of a statistical test, for example by means of an outlier test according to Grubbs, the deviating, ie disturbed, values of the sound pressure level can be separated, and an interference-free measurement can be made by averaging over the course of the measurement from the remaining measured values or in the present case from the remaining following values directly representing the sound pressure level determined and a value for the vibroacoustic size are determined, which in this case is the sound pressure level, ie the physical volume.

In 7 ist beispielhaft und sehr vereinfacht eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung des Werts einer vibroakustischen Größe dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Messeinrichtung 2 zur Erfassung einer charakteristischen Größe eines Schallsignals und eine Steuereinheit 3, die ausgehend von der erfassten Größe den Wert der vibroakustischen Größe gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren ermittelt, wobei Störgeräusche eliminiert werden. Die Messeinrichtung 2 ist beispielhaft als ein Mikrophon ausgebildet, mit dessen Hilfe der Schalldruck des aufgenommenen Geräusches erfasst wird. Die Steuereinheit 3 ermittelt hieraus insbesondere den Schalldruckpegel als ungestörte Signallautstärke.In 7 is exemplary and very simplified a device 1 to determine the value of a vibroacoustic quantity. The device 1 includes a measuring device 2 for detecting a characteristic quantity of a sound signal and a control unit 3 which determines, based on the detected quantity, the value of the vibroacoustic quantity in accordance with the method described above, whereby noise is eliminated. The measuring device 2 is exemplified as a microphone, by means of which the sound pressure of the recorded noise is detected. The control unit 3 determines from this in particular the sound pressure level as undisturbed signal volume.

Claims

Method for determining the value of a vibroacoustic variable, wherein at least one predetermined condition influencing the vibroacoustic variable is sensed at different times by values of a measured variable characterizing a vibroacoustic signal, a statistical distribution function being specified for the values or derived therefrom Deriving statistically differing values or statistically differing subsequent values from the distribution function in the acquired values or in the derived derived values, and the value of the vibroacoustic variable is determined from the remaining values or subsequent values.

The method according to claim 1, wherein the at least one condition influencing the vibroacoustic quantity is preset during the detection of the values.

The method of claim 1 or 2, wherein the values of the measured variable in each case for a frequency band, in particular in octave bands, are summarized, and the value of the vibro-acoustic quantity is determined in each case for a frequency band.

The method of any one of the preceding claims, wherein the value of the vibroacoustic quantity is determined from a single measurement pass.

Method according to one of the preceding claims, wherein the measurement data are transformed to achieve a distribution function.

Method according to one of the preceding claims, wherein a normal distribution is specified as a statistical distribution function.

Method according to one of the preceding claims, wherein an outlier test method, a Chi ² test method, a Kolmogoroff-Smirnoff test method, a residual analysis method or a Cook distance analysis method is used for the elimination of the statistically deviating values or following values.

Method according to one of the preceding claims, wherein a signal level, in particular a sound level, is analyzed as the vibroacoustic quantity.

Method according to one of the preceding claims, wherein a field variable, in particular a pressure or a fast, is detected as the measured variable.

Contraption ( 1 ) for determining the value of a vibroacoustic quantity, comprising a sensory measuring device ( 2 ) and a control unit connected to the measuring device ( 3 ), which is set up and designed to carry out the method with the features according to one of the preceding claims.