"Die Geräuschbeurteilung durch die potentiellen Kunden ist sehr wichtig. Sonst entwickeln Sie am Markt vorbei", so Ralf Heinrichs, verantwortlicher Ingenieur für Sound Quality Engineering im Kölner Akustikzentrum von Ford. Die Autofahrer benötigen eine hörbare und eindeutige Rückkopplung, wie Karl Hofer, Leiter Akustik bei Audi in Ingolstadt, erläutert: "Aus Sicht der Fahrsicherheit braucht der Fahrer ein Signal, wie er den Wagen fährt und wie der Motor reagiert."
"Die optische Erscheinung von Fahrzeugen wird doch immer austauschbarer, so daß der Klang als Designelement immer wichtiger wird", erläutert Friedrich Blutner. Die Software "Pats" des sächsischen Psychoakustikers findet sich in den Sound-Quality-Labors führender deutscher Autohersteller. Mit dem Programmpaket seiner Firma Synotec versuchen die Entwickler die akustischen Wünsche der Kunden zu definieren. Testpersonen bewerten verschiedene Geräusche, etwa ein Türschlagen nach einer Vielzahl von subjektiven Kriterien: Schließt die Tür satt, oder klingt sie eher blechern? Blutners Software steuert die entsprechenden Hörreihen, verwaltet die Unmengen archivierter Sounds und Tests und liefert Analysen.
Wie Blutners Synotec hat sich im automobilen Akustikbereich eine Anzahl hochspezialisierter Soft- und Hardwarelieferanten etabliert. Und die Entwicklungschancen für die Branche stehen gut. Denn die Anwendungen für das Sounddesign gehen über den Automobilsektor hinaus. So setzt die Braun AG im hessischen Kronberg etwa bei Rasierapparaten auf eine ausgefeilte Akustik. Jürgen Geyer, Entwicklungsingenieur der Braun- Akustikabteilung: "So ist es möglich, sich auch ohne ständigen Blick in den Spiegel zu rasieren. Das Geräusch macht deutlich, an welchen Stellen bereits rasiert wurde." Dazu müssen Scherköpfe und Klingen entsprechend designt sein, erklärt Geyer.
Bei allen großen Automobilherstellern ist eine Vielzahl von Ingenieuren mit nichts anderem beschäftigt, als die Geräusche zu messen und zu stylen. Ford zum Beispiel zog vor vier Jahren in Köln ein neues Akustikzentrum hoch. Auch Audi investierte in einen Windkanal mit neuer akustischer Meßtechnik und Analytik. Und bei BMW tüfteln Fachleute in einem 100 Millionen Mark teuren Akustikdesignbereich am richtigen Ton. Das eigentliche Sound Engineering ist dabei nur ein Schritt bei der Geräuschgestaltung eines neuen Autos.
Am Anfang steht das Sounddesign am Computer. Während des CAE-Prozesses untersuchen die Ingenieure das geplante Fahrzeug auf akustische Schwachstellen. Hier kommen Softwarepakete wie etwa "Sysnoise", "Nastran", "Abacus", "Ansys" oder "Comet/Acoustics" zum Einsatz. Sie basieren auf physikalischen Modellen für ein untersuchtes Produkt, auf Finite-Element- oder Boundary-Element- Modellen (FEM/ BEM). Akustische Bugs lassen sich teilweise so schon im Vorfeld entdecken und vermeiden.
"Da geht es darum, über die Modelle Schwingungen und damit abgestrahlten Schall zu erfassen", erläutert Winfried Keiper von Bosch. Das gelinge für einzelne, kleinere Objekte heutzutage ganz gut. Aber auch größere Fahrzeugkomponenten müssen in naher Zukunft wohl nicht mehr auf den Meßstand. "Bei der Rohkarosserie prüfen wir zu Zeit, ob wir nicht auf die meßtechnische Überprüfung der schwingungstechnischen Eigenschaften verzichten können", so Karl Heinz Bürger, Manager des Akustikzentrums im John-Andrews-Entwicklungszentrum bei Ford in Köln.
Aber diese Simulationstechnik hat ihre Grenzen. Sie ist nicht nur teuer und aufwendig, sondern versagt genau dann, wenn es darum geht, feine psychoakustische Erscheinungen vorauszuberechnen. "Außerdem", so Winfried Keiper, "berücksichtigen die heutigen Modelle solche Phänomene wie die Fertigungsstreuung noch nicht."
Trotzdem sind FEM- und BEM-Software als Entwicklungs-Tools nicht mehr wegzudenken. Karl Heinz Bürger erläutert: "Unser Ziel ist es, schon den ersten Prototypen möglichst optimal zu entwickeln." Denn jede Änderung koste wertvolle Zeit.
Im Meßstands- und Auswertegeschäft kommen in der Regel Unix-basierte Hewlett-Packard-Workstations zum Einsatz, teilweise auch von Silicon Graphics, vor allem wenn es um die grafische Aufbereitung von Meßdaten geht. Bei der Akustik Technologie Göttingen, einem Hersteller für Analysesoftware in der akustischen Meßtechnik und Psychoakustik, beobachtet man eine Tendenz der Kunden hin zu NT-basierten PC-Systemen. Geschäftsführer Dirk Püschel sieht noch einen anderen Trend: "Wir registrieren eine verstärkte Nachfrage nach mobilen Meßsystemen." Als Ursache nennt er, daß die Kunden nicht mehr die bei Testfahrten gewonnen DAT-Meßwerte erst zu Hause auswerten möchten, sondern direkt vor Ort.
Im Softwarebereich konkurrieren die belgische Firma LMS ("Cada-X"), die amerikanische Structural Dynamics Research Corporation SDRC ("I-Deas") und das deutsche Ingenieurbüro Müller-BBM ("Pak") miteinander. Bei den Automobilherstellern finden sich Produkte dieser Firmen teilweise nebeneinander. Die modular aufgebauten Programmpakete bietet neben der üblichen Meßerfassung, Prüfstandsteuerung, Datenverwaltung und der klassischen akustischen Analyse wie Terzspektren, eine Vielzahl spezieller Optionen.
Um Sound Quality Design ins Spiel bringen zu können, braucht es ein Bindeglied zwischen Meßtechnik, Analytik und Psychoakustik. Kunstköpfe dienen dazu, die Geräusche so aufzunehmen, wie sie ein Mensch hören würde. Firmen wie Head Acoustics (Aachen), Neutrik Cortex Instruments (NCI, Regensburg) sowie der dänische Sensorikspezialist Brüel & Kjaer bieten mittlerweile nicht nur die Kunstköpfe, sondern auch die entsprechende PC-basierte Auswertungssoftware an.
Geräusche schon beim Design verhindern
Sie bilden das Bindeglied hin zu Spezialsoftware, wie etwa Blutners Pats. Aber auch die Softwarefamilien von LMS, SDRC und Müller-BBM haben Tools integriert, um psychoakustische Meßgrößen berechnen zu können.
Bei der Teileentwicklung im Automobilsektor arbeiten die Zulieferer eng mit den Pkw-Produzenten zusammen. Denn wenn die Lüftung zu sehr rauscht, müssen die Systemlieferanten die Änderungswünsche der Autohersteller umsetzen. Probleme können auftreten, wenn dazu ein Datenaustausch erforderlich ist. Es gibt eine Vielzahl von Datenformaten.
Für einfachste Fälle funktioniert noch der Datentransfer per Universal File Format. De facto, so Ulrich Widmann, bei Müller-BBM mit Psycho- und Fahrzeugakustik befaßt, entscheiden sich die Zulieferer häufig, dasselbe Meß- und Auswertungsequipment anzuschaffen wie der Automobilhersteller. "Ein System bei einem Automobilhersteller zu verkaufen bedeutet, daß man auch andererorts in die engere Auswahl kommen kann, weil dann der Datenaustausch am reibungslosesten funktioniert." Lothar Hoppen, Leiter für die Entwicklung von Komponenten und Systemen NVH im Ford-Akustikzentrum bestätigt, daß, um die Kompatibilität zu gewährleisten, so mancher Zulieferer auf die gleichen Lieferanten für Meßtechnik und Auswertung setze wie der Autohersteller.
Dem sich seit Jahren verstärkenden Trend zum akustischen Design im Automobilsektor kann aber längst nicht jeder Zulieferer der Branche nachkommen. Nicht für jede Firma lohnen sich Ad-hoc-Investitionen von mehreren hunderttausend Mark. Dies ist der Moment für Dienstleister wie Jan-Welm Biermann, Leiter des Lehrgebiets Fahrzeugakustik des Instituts für Kraftfahrwesen (IKA) der RWTH Aachen. Der Privatdozent bietet seit zehn Jahren sowohl klassische Meßtechnik und Akustikanalyse sowie psychoakustische Auswertungen an. Die so akquirierten Drittmittel finanzieren dann wiederum Biermanns Forschung, die er mit seinen 20 Mitarbeitern betreibt.
Auch die Fahrzeughersteller zählen zu seinen Kunden. Bei Kapazitätsengpässen oder als eine Art Feuerwehr für sogenanntes Trouble-shooting kommen die Aachener Ingenieure zum Einsatz.
Auch bei Martin Helfer, Leiter des Bereichs Akustik und Schwingungen am Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS), klopfen immer mehr Zulieferer an, um entsprechende Dienstleistungen in diesem Bereich zu nutzen. "Es hat sich in den letzten Jahren eindeutig gezeigt, daß sich bei uns das Kundenspektrum immer mehr von den großen Fahrzeugherstellern hin zu den Zulieferern verschiebt. Das liegt einfach daran, daß die im Gegensatz zu den Autoherstellern keine großen Akustikzentren haben und wir ihnen anbieten können, diese Arbeiten für sie durchzuführen."
Die Anforderungen der Kunden an Systemhersteller sind hoch. Die Hardware in Form einer Workstation oder eines High-end-PCs spielt für die Anwender im Vergleich zur hochspezialisierten Software eine geringere Rolle. Zum einen erwarten die Kunden die klassische Analyse akustischer Daten, etwa Terzspektren, Pegelmessungen, FFT- oder Ordnungsanalyse.
Zum anderen muß das gemessene Geräusch auf seine Wirkung beim Hörer untersucht werden können. Dazu dienen sogenannte psychoakustische Meßgrößen wie die Lautstärke, Schärfe oder Rauhigkeit eines Geräuschs.
Schon dort trennt sich die Spreu vom Weizen, wie Winfried Keiper erläutert: "Es ist sehr wichtig, daß sowohl die konventionellen Werte als auch die psychoakustischen Metriken richtig berechnet werden. Das ist nicht ganz ohne. Wir entdecken auch in Markensoftware hin und wieder mal einen Bug. Da müssen wir schon hohe Anforderungen an Stabilität und Richtigkeit der Berechnungsverfahren stellen." Dazu kommt die Kombination verschiedenster Kenngrößen. Geräuschbegleitende Analysen, die Darstellung mehrerer Frequenzspektren in zeitlicher Folge und deren Verknüpfung mit Lautstärke und Schärfe, "das sind Anforderungen, die sind überaus hilfreich, und das leisten von der Darstellung her derzeit die Systeme auf den Workstations", so Keiper.
Das Daten-Handling ist für den Bosch-Akustiker ein wichtiges Kaufkriterium. Dokumentationsmöglichkeiten, eindeutiges Zuordnen, kein Verheddern von Daten und automatisches, wiederfindbares Ablegen von Akustikdaten sind seine Anforderungen.
ANGEKLICKT
Akustikzentren gehören in der Automobilindustrie mittlerweile zu den wichtigsten Bereichen der computergestützten Fahrzeugentwicklung. Hochspezialisierte Softwarepakete und leistungsfähige Hardware zeichnen dieses kleine IT-Segment aus. Und die Branche hat Wachstumschancen in neuen Produktbereichen, in der Dienstleistung und bei den Zulieferern der Automobilhersteller.
Stefan Eder ist freier Journalist in Bonn.