DE19924955A1 - Akustisches Meßgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein akustisches Meßgerät zur Erfassung von Geräuschen.

Description

Die Erfindung betrifft ein akustisches Meßgerät, insbesondere zur Messung des Getriebegeräusches.

Es sind schon seit langem akustische Meßgeräte bekannt, mit denen jeweils den Schall charakterisierende Größen wie Schalldruck, Schallintensität oder Lautstärke gemessen werden können. Die entsprechenden Messungen erfolgen entweder mit elektro-akustischen Schallmeßgeräten, die im wesentlichen aus einem Mikrofon, einem Verstärker, entsprechenden elektrischen Filtern und einer Anzeigevorrichtung bestehen.

Grundsätzlich besteht bei derartigen Schallmessungen das Problem, daß in der Regel das Ergebnis der objektiven Schallmessung eigentlich nicht von Interesse ist, sondern vielmehr eine dem subjektiven Hörempfinden angepaßte Bewertung des Meßergebnisses. Die Messungen werden deshalb dem Lautstärkeempfinden des Gehörs angeglichen, dem geeignete elektrische akustische Filter vorgeschaltet werden, die den Schalldruckpegel von Tönen mit sehr hohen bzw. niedrigen Frequenzen anheben, so daß für alle Frequenzen eine nahezu gleiche Lautstärke und somit ein subjektiv bewerteter Schalldruckpegel gemessen wird. Man spricht dann von Lautstärkemessungen.

Es sind auch Schallanalysatoren bekannt, die ein Schallspektrum liefern. Bei einem Schallspektrum ist der gemessene Schalldruck über einem Frequenzbereich aufgetragen. Bei den bekannten Tonfrequenzspektrometern wird das Ergebnis der Schallanalyse unmittelbar als Schallspektrum auf einem Bildschirm in einem üblicherweise logarithmischen Maßstab dargestellt. Der Schalldruckpegel, bzw. der sogenannte "Schallpegel" wird als auf die Hörschwelle bezogene Größe in Dezibel, also als logarithmisches Verhältnis, angegeben.

Ein weiteres Problem der Schallmessung besteht darin, daß die mit der Messung zu bewertende Schallquelle in der Regel in einem Umfeld mit weiteren Fremdgeräuschen aktiv ist. Der eigentlich zu messende Schall kann daher meist nicht isoliert aufgenommen werden. Insbesondere beim Zusammentreffen mehrerer Schallquellen ergibt sich zusätzlich das Problem, daß nur bestimmte Schallquellen als subjektiv störend empfunden werden.

Im Automobilbereich zeigt sich, daß im Fahrbetrieb in der Fahrgastzelle eine Vielzahl derartiger Störgeräusche gemessen werden. Dabei werden beispielsweise etwaige Getriebegeräusche als extrem störend empfunden, obgleich sie in der Lautstärke deutlich hinter dem eigentlichen Motorengeräusch zurückbleiben. In dieser Situation stellt somit weder der vom Getriebe ausgehende Schalldruck, noch das gesamte in der Fahrgastzelle feststellbare Geräusch eine geeignete Meßgröße dar, die zur Verbesserung oder Beurteilung der akustischen Qualität des Fahrzeuges herangezogen werden könnten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein akustisches Meßgerät zu schaffen, mit dessen Hilfe ein dem subjektiven Hörempfinden angepaßtes Meßergebnis gewonnen wird, das als aussagekräftige Vergleichsgröße herangezogen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein akustisches Meßgerät zur Erfassung und Bewertung von Fremdgeräuschen, insbesondere das Getrieberasseln von Kraftfahrzeugen gelöst, bei dem wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Luftschallsignals und wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Körperschallsignals mit einer Aufnahmevorrichtung verbunden sind, die ihrerseits mit wenigstens einer Auswertevorrichtung in Datenverbindung steht.

Der Vorteil dieses akustischen Meßgerätes liegt darin, daß neben dem Luftschallsignal, das üblicherweise in dem zu untersuchenden Schallraum aufgenommen wird, ein Körperschallsignal aufgezeichnet wird, das ein Maß für den objektiv an der Lärmquelle entstehenden Schall darstellt. Der Auswertevorrichtung steht somit eine subjektive und eine objektive Größe zur Verfügung, die bei entsprechender Verknüpfung und Aufbereitung zur Gewinnung eines aussagekräftigeren Meßergebnisses als bisher genutzt werden können.

Das Körperschallsignal kann in einfacher Weise durch einen herkömmlichen und äußert robusten Piezoaufnehmer erfaßt werden, der unmittelbar am Klangkörper der Lärmquelle befestigt werden sollte.

Das Luftschallsignal und Körperschallsignal und gegebenenfalls Meßsignale, wie ein Drehzahlsignal, können in einfacher Weise mittels eines speziellen zweikanaligen DAT-Recorders aufgezeichnet werden. Die in Verbindung mit dem akustischen Meßgerät eingesetzte Aufnahmevorrichtung ist somit ein herkömmliches und auch anderweitig zu verwendendes Aufzeichnungsgerät.

Um eine entsprechende Aufbereitung und Darstellung der erfaßten Signale sicherzustellen, ist die Auswertevorrichtung in vorteilhafter Weise mit einem Speicher, einem Prozessor und einer entsprechenden Anzeigevorrichtung versehen.

In vorteilhafter Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung kann als Auswertevorrichtung ein handelsüblicher PC oder auch ein Speicheroszilloskop eingesetzt werden. In beiden Fällen können die erfaßten und ausgewerteten Meßergebnisse in einer herkömmlichen Datenverarbeitungen abgelegt und weiterbearbeitet werden.

Die Aufnahme- und Auswertevorrichtungen können in abermals vorteilhafter Weiterbildung mit zusätzlichen Sensoren und Datenerfassungseinrichtung in Datenverbindung stehen. Für den Fall der Bewertung eines Getriebegeräusches kann in vorteilhafter Ausgestaltung zusätzlich die Motordrehzahl von einem Drehzahlsensor erfaßt und der Aufnahme- und Auswertevorrichtung zugeleitet werden.

In der nachgeschalteten Signalaufbereitung wird das Körperschallsignal mit dem Luftschallsignal zur Bestimmung einer dem Getriebegeräusch proportionalen Kennziffer verknüpft. Der Vorteil hierbei ist, daß eine einzige Kenngröße zur Bewertung des Getriebegeräusches gewonnen wird. Hierdurch kann die akustische Qualität verschiedener Getriebe in einfacher Weise anhand einer einzigen Zahl verglichen werden.

Sowohl aus dem Körperschallsignal als auch dem Luftschallsignal wird ein jeweils bezogener Schalldruck, also ein Pegel ermittelt, wobei beide Pegel zur Bestimmung der dem Getriebegeräusch proportionalen Kennzahl miteinander verknüpft werden. Das Luftschallsignal wird mittels eines elektrischen Filters so aufbereitet, daß nur das Luftschallsignal zur weiteren Signalverarbeitung gelangt, das in einem ausgewählten Frequenzband liegt.

Gemäß Anspruch 9 wird in der weiteren Signalverarbeitung das Luftschallsignal derart einer Plausibilitätskontrolle unterzogen, daß ein Vergleich des Luftschallsignals mit dem Körperschallsignal erfolgt ob das gemessene Geräusch und vom Getriebe und nicht von einer anderen Störquelle rührt.

Gemäß Anspruch 10 wird das im Zeitbereich erfaßte Körperschallsignal derart aufbereitet, daß zunächst eine Hüllkurve des Körperschallsignals im Zeitbereich ermittelt wird, diese dann quadriert wird und dann im Wege einer Fast-Fourier- Transformation in einen Frequenzbereich überführt wird, der in Beziehung zur gleichfalls erfaßten Motordrehzahl gesetzt und einer Ordnungsanalyse unterzogen wird. Anschließend wird zur weiteren Signalverarbeitung lediglich ein Körperschallsignal definierter Ordnung weitergeleitet und aus diesem Signal ein Schalldruckpegel im interessierenden Frequenzband ermittelt.

Das aus der Verknüpfung der beiden aus dem Körperschallsignal und Luftschallsignal ermittelten Pegel gewonnene dem Störgeräusch proportionale Meßgröße gelangt auf einer entsprechenden Anzeigevorrichtung des akustischen Meßgerätes zur Anzeige.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze des mit einem Fahrzeug verbundenen akusti­ schen Meßgerätes,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des mit dem akustischen Meßgerät durchgeführten Meßverfahrens,

Fig. 3 ein Diagramm des im Zeitbereich erfaßten Körperschallsignals,

Fig. 4 ein Diagramm der aus dem Körperschallsignal entwickelten Hüllkurve,

Fig. 5 die in den Frequenzbereich überführte Hüllkurve über der Motordrehzahl aufgetragen,

Fig. 6 das im Zeitbereich erfaßte Luftschallsignal,

Fig. 7 das gefilterte Luftschallsignal,

Fig. 8 der Schalldruckpegel des gefilterten Luftschallsignals und

Fig. 9 aus der Verknüpfung der aufbereiteten Luftschall- und Körperschallsignale gewonnene Rasselzahl über der Motordrehzahl aufgetragen.

Fig. 1 zeigt in einer Prinzipskizze ein Fahrzeug 1, an das das akustische Meßgerät angeschlossen wird.

Das akustische Meßgerät besteht dabei im wesentlichen aus einem DAT-Recorder 2, der mit einer Reihe von Sensoren 3, 5, 9 in Datenverbindung steht. Es handelt sich dabei im einzelnen um einen Piezoaufnehmer 3, der zur Aufzeichnung des Körperschalls unmittelbar am Getriebegehäuse 4 des Fahrzeugs 1 befestigt ist.

Darüber hinaus ist ein Mikrofon 5 zur Aufzeichnung eines Luftschallsignals in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die genannten Sensoren 3 und 5 können wahlweise drahtlos oder leitend mit dem DAT-Recorder 2 verbunden sein. Darüber hinaus kann der DAT-Recorder 2 mit weiteren Sensoren zur Erfassung von geräuschabhängigen Signalen verbunden sein. Insbesondere steht der DAT-Recorder 2 mit einem Drehzahlsensor 9 zur Erfassung eines der Motordrehzahl proportionalen Signals in Datenverbindung.

Es handelt sich vorliegend um einen zweikanaligen DAT-Recorder, so daß im vorliegenden Falle für das der Motordrehzahl proportionale Signal kein eigener Signalkanal zur Verfügung steht. Aus diesem Grunde wird die der Motordrehzahl proportionale Signalgröße in einem Bit des zum jeweiligen Körperschallsignal gehörenden Datenwortes abgelegt. Somit entsteht schon direkt bei der Aufzeichnung des Körperschallsignals eine Beziehung zwischen dem Körperschallsignal und der jeweiligen Motordrehzahl. Das Körperschallsignal wird in Verbindung mit der Motordrehzahl gespeichert.

Die mittels des DAT-Recorders 2 aufgezeichneten Signalverläufe werden einer Auswertevorrichtung 6 übermittelt, die im wesentlichen aus einer Prozessoreinheit mit einer Anzeigevorrichtung 7 besteht. Es kann sich bei der Auswertevorrichtung 6 um einen herkömmlichen PC oder um ein Speicheros­ zilloskop handeln. Der DAT-Recorder 2 ist an diese Geräte 6 über eine herkömmliche Datenschnittstelle 8 angeschlossen.

Der DAT-Recorder 2 zeichnet ein Körperschallsignal 10 und ein Luftschallsignal 13 auf. Diese werden in der Auswertevorrichtung 6 zur Ermittlung einer dem jeweiligen Getriebegeräusch abhängigen Rasselzahl 16 ausgewertet und miteinander gemäß den Fig. 2 bis 9 verknüpft. Nachstehend wird anhand der Fig. 2 bis 9 die erfindungsgemäße Signalverarbeitung beschrieben:

Das mittels des Piezoaufnehmers 3 unmittelbar am Getriebegehäuse 4 auf­ genommene Körperschallsignal 10 liegt zunächst auf einem Kanal des DAT-Re­ corders 2 im Zeitbereich vor. Das in Fig. 3 analog dargestellte Signal ist allerdings im DAT-Recorder in digitaler Weise abgelegt. Die einzelnen Datenwerte enthalten zusätzlich ein der Motordrehzahl proportionales Signal. In einem ersten Auswerteschritt wird zu dem im Zeitbereich vorliegenden Körperschallsignal 10 eine Körperschall-Hüllkurve 11 ermittelt.

Diese Hüllkurve 11 wird im weiteren quadriert und dann einer Fast-Fourier- Transformation unterzogen, um im weiteren die Körperschall-Hüllkurve 11 im Frequenzbereich vorliegen zu haben. Diese im Frequenzbereich vorliegende Körperschall-Hüllkurve 11 wird im weiteren einer Ordnungsanalyse unterzogen, wobei zur weiteren Signalverarbeitung lediglich eine Körperschall-Hüllkurve 11 nur einer definierten Ordnung ausgewählt und in Beziehung zu der gleichfalls erfaßten Motordrehzahl gesetzt wird. Diese Körperschall-Hüllkurve 11 wird nun in eine bezogene Größe, nämlich einen Schalldruckpegel umgewandelt, wobei in bekannter Weise das logarithmische Verhältnis zu einem der Hörschwelle entsprechenden Schalldruck gebildet wird.

Anschließend steht der Körperschallpegel 12 als Signal über der Motordrehzahl zur weiteren Signalverarbeitung an.

Das mittels des im Fahrgastraum angeordneten Mikrofons 5 aufgezeichnete Luftschallsignal 13 wird derart gefiltert, daß nur der im Bereich des Getriebegeräusches liegende Frequenzbereich ausgewählt wird. Diese Filterung des Luftschallsignals 13 kann entweder mittels eines mathematischen oder eines dem Mikrofon 5 vorgeschalteten akustischen Filters erfolgen. In jedem Fall steht nach der Filterung ein auf ein bestimmtes Frequenzband beschränktes gefiltertes Luftschallsignal 14 über der Zeit zur Verfügung. Im weiteren wird auch dieses Luftschallsignal 14 einer Fast-Fourier-Transformation unterzogen und im übrigen in Beziehung zur Motordrehzahl gesetzt. Das nunmehr im Frequenzbereich vorliegende gefilterte Luftschallsignal wird dann auch in eine bezogene Größe, den Luftschallpegel 15 umgerechnet, der gleichfalls über die Motordrehzahl aufgetragen ist. In einem letzten Auswerteschritt wird der Luftschallpegel 15 mit dem Körperschallpegel 12 mathematisch verknüpft. Diese Verknüpfung erfolgt durch Multiplikation der beiden Signale 12 und 15. Die durch diese Verknüpfung für jede Motordrehzahl gewonnene Größe wird als Rasselzahl 16 bezeichnet. Die Rasselzahl 16 wird schließlich auf der Anzeige 7 in einem Diagramm über der Motordrehzahl ausgegeben. Dieses Diagramm stellt ein wertvolles Bewertungskriterium für das jeweilige Getriebe dar, das insbesondere hervorragende Vergleichsmöglichkeiten zur Bewertung verschiedener Getriebe bietet.

Die Qualität des Meßergebnisses kann zusätzlich noch dadurch erhöht werden, daß das Luftschallsignal 13 einer Plausibilitätskontrolle unterzogen wird. Dabei werden etwaige Peaks des Luftschallsignals 13 dahingehend geprüft, ob sie auch ihre Ursache in der zu prüfenden Lärmquelle haben. Vorliegend erfolgt deshalb ein Abgleich mit dem Körperschallsignal 10.

Das soeben beschriebene akustische Meßgerät stellt somit ein wertvolles Entwicklungswerkzeug für Getriebe dar. Es versteht sich von selbst, daß mit diesem hier beispielhaft dargestellten akustischen Meßgerät in gleicher Wiese beliebige Fremdstörquellen in einem Umfeld mit weiteren Schallstörquellen erfaßt und bewertet werden können. In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen akustischen Meßgerät können in empirischen Versuchen einzelne Parameter variiert und deren Erfolg sofort anhand einer Anzeige erkannt und bewertet werden. Darüber hinaus ist eine bisher nicht erreichte Vergleichbarkeit der Meßergebnisse gegeben.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein akustisches Meßgerät. Bei der Bewertung von Lärmquellen stellt sich das Problem einer geeigneten Darstellung der subjektiv empfundenen Störung zu finden. Darüber hinaus leiden die Messungen unter der Überlagerung der Meßsignale durch Fremdsignale. Bei dem erfindungsgemäßen akustischen Meßgerät wird ein mittels eines Mikrofons erfaßtes, dem subjektiven Höreindruck entsprechendes Luftschallsignal mit einem mittels eines Piezoaufnehmers erfaßten, der objektiven Lärmentwicklung entsprechenden Körperschallsignals zu einer gemeinsamen Größe, einer Rasselzahl verknüpft. Hierdurch ist eine leicht verständliche Bewertung von Lärmquellen mittels einer einzigen vergleichbaren Größe erreicht. Weiterhin betrifft die Erfindung die Entwicklung und Bewertung von Fahrzeuggetrieben.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rück­ bezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unter­ ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel(e) der Beschrei­ bung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abände­ rungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfah­ rensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschritt­ folgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (12)

1. Akustisches Meßgerät zur Erfassung und Bewertung von Fremdgeräuschen, insbesondere des Getrieberasselns von Kraftfahrzeugen, bei dem wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Luftschallsignals und wenigstens ein weiterer Sensor zur Erfassung eines Körperschallsignals mit einer Aufnahmevorrichtung verbunden sind, die mit wenigstens einer Auswertevorrichtung in Datenverbindung steht.

2. Akustisches Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Körperschallsignals ein Piezoaufnehmer zur unmittelbaren Verbindung mit einem Klangkörper, insbesondere dem Getriebe, vorgesehen ist, der unmittelbar am Klangkörper eine Lärmquelle, insbesondere am Getriebegehäuse, befestigt ist.

3. Akustisches Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Aufnahmevorrichtung um einen DAT-Recorder handelt.

4. Akustisches Meßgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung, einen Speicher, einen Prozessor und eine Anzeigevorrichtung aufweist.

5. Akustisches Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Auswertevorrichtung um einen Personal-Computer und/oder um ein Speicheroszilloskop handelt.

6. Akustisches Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung zusätzlich mit einem Motordrehzahlsensor in Datenverbindung steht.

7. Akustisches Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Körperschallsensor erfaßte Körperschallsignal mit dem Luftschallsignal zur Bestimmung einer dem Getriebegeräusch proportionalen Kennziffer, einer Rasselzahl, mathematisch verknüpft wird.

8. Akustisches Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Körperschallsignal und dem Luftschallsignal ein Körperschallpegel und ein Luftschallpegel ermittelt wird und durch Multiplikation dieser beiden Größen die Rasselzahl bestimmt wird.

9. Akustisches Meßgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalverarbeitung des Luftschallsignals ein Vergleichselement derart vorgesehen ist, daß ein Abgleich des erfaßten Luftschallsignals mit dem Körperschallsignal erfolgt.

10. Akustisches Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Körperschallsignal im Zeitbereich aufgezeichnet wird, daraus eine Körperschall-Hüllkurve ermittelt wird, die quadriert und mittels einer Fast- Fourier-Transformation in einen Frequenzbereich überführt und zu einer gleichfalls erfaßten Motordrehzahl in Beziehung gesetzt wird und anschließend eine Ordnungsanalyse der nunmehr im Frequenzbereich vorliegenden Körperschall-Hüllkurve erfolgt, wobei dann nur die Körperschall-Hüllkurve einer ausgewählten Ordnung zur Bestimmung eines dem Körperschallsignal entsprechenden Körperschallpegels verwendet wird.

11. Akustisches Meßgerät nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Luftschallsignal einen elektrischen und/oder akustischen Filter zur Selektierung eines bestimmten Frequenzbandes durchläuft und dieses gefilterte Luftschallsignal zur gleichzeitig erfaßten Motordrehzahl aufgetragen wird und hieraus schließlich ein Luftschallpegel über der Motordrehzahl ermittelt wird.

12. Akustisches Meßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasselzahl auf der Anzeigevorrichtung in Bezug zur jeweiligen Motordrehzahl angezeigt wird.