Beschreiben von Geräuschen in der Fahrzeugerprobung

Peter Saubert/ Juni 23, 2017/ Ausbildung, Fahrzeugerprobung Grundlagen/ 0Kommentare

Für die subjektive Bewertung von Fahrzeuge ist es immer auch notwendig, Geräusche zu beschreiben. Aus diesem Grund soll hier versucht werden, eine Orientierung für die Beschreibung von Geräuschen zu geben.

Beschreibungsmöglichkeiten

Zur näheren Beschreibung eines Geräusches spielen u. a. der zeitliche Verlauf, seine Tonalität (das Klangspektrum), die Störwirkung und seine Herkunft eine Rolle. Viele Geräusche haben spezielle Bezeichnungen.

Die Lautsphärenforschung klassifiziert als Bestandteile einer Lautsphäre grundsätzlich drei unterschiedliche Arten von Geräuschen: Grundtöne, Signallaute und Orientierungslaute. Grundtöne sind Geräusche, die von der Landschaft, der Tierwelt, der Umwelt (Verkehr usw.) und dem Wetter bestimmt werden und daher rasch zu Hörgewohnheiten werden. Signallaute sind klar konturierte Geräusche, mit deren Hilfe Botschaften übermittelt werden können (zum Beispiel Jagdhornklänge, Glockenläuten, Sirenen). Orientierungslaute schließlich sind charakteristische Geräusche, die zwar keine spezielle Botschaft übermitteln, aber Eigenschaften besitzen, die sie für einen Menschen identifizierbar und beachtenswert machen: zum Beispiel das anschwellende Geräusch eines LKW oder das Geklimper eines Klaviers.

Beschreibung nach zeitlichem Verlauf

Nach der Art des zeitlichen Verlaufs lassen sich zeitlich stationäre und instationäre Geräusche unterscheiden.

Ein stationäres Geräusch ändert seinen Charakter über eine längere Zeit nicht oder nur sehr wenig. Beispiele sind: Geräusch eines Wasserfalls, fallender Regen, Geräusch eines Lüfters, Getriebeheulen bei konstanter Geschwindigkeit.

Zeitlich instationäre Geräusche ändern ihren Charakter mit der Zeit oder sind nur für kurze Zeit vorhanden. Beispiele: Schläge, Poltern, Geräusch eines aufheulenden Motors.

Beschreibung nach Tonalität und Spektrum

Das Spektrum eines Geräusches beschreibt, welche Frequenzanteile im Geräusch enthalten sind. Es lassen sich tonale und breitbandige Geräusche unterscheiden.

Bei einem tonalen Geräusch dominiert eine Frequenz. Deshalb lässt sich eine Tonhöhe zuordnen. Beispiele sind: Pfeifen einer Dampflok, Propellergeräusch, Panflöte.

Breitbandige Geräusche haben keine dominierende Frequenz. Oft sind aber bestimmte Frequenzbereiche stärker ausgeprägt, so dass eine Klangfarbe zugeordnet werden kann. Beispiele: Donnergrollen bei einem Gewitter (dumpfe Klangfarbe), Zischen einer Schlange (helle Klangfarbe), Meeresrauschen (Es kann keine Klangfarbe zugeordnet werden.)

Übersichtsbild zur Tonalität von Geräuschen (Quelle: interne Schulungsunterlage der Fahrversuch Süd GmbH)

Tonalität von Geräuschen (Quelle: interne Schulungsunterlage der Fahrversuch Süd GmbH)

Beschreibung der Störwirkung

Von einem Geräusch kann eine psychische Störung ausgehen. Die Störwirkung eines Geräusches hängt in erster Linie davon ab, ob es erwünscht bzw. gewollt ist. So kann z. B. ein und dasselbe Geräusch (etwa ein Motorengeräusch) als angenehm und erwünscht oder aber als störend empfunden werden.

Unerwünschte Geräusche werden auch als Lärm bezeichnet. Die Störwirkung nimmt vor allem mit der Lautstärke zu. Aber auch steigende Tonalität (ein tonales Geräusch ist störender), mit steigender Instationarität (ein zeitlich schwankendes Geräusch stört mehr) und mit dem Informationsgehalt (z. B. bei Sprache oder Musik) kann eine Störwirkung erhöhen.

Schallreduzierende System / Antischall

Unter Antischall (auch „aktive Lärmkompensation“, engl.: Active Noise Reduction [ANR] oder Active Noise Cancellation [ANC]) versteht man umgangssprachlich Schall, der künstlich erzeugt wird, um mittels destruktiver Interferenz Schall auszulöschen. Dazu wird die Erzeugung eines Signals angestrebt, das dem des störenden Schalls mit entgegengesetzter Polarität exakt entspricht.

Antischallsysteme können bei fehlerhafter Steuerung hohe Pfeiftöne erzeugen.

Besondere Geräusche

Klopfen / Klingeln von Ottomotoren

Das Klopfen ist bei Verbrennungsmotoren eine unkontrollierte Verbrennung oder eine Selbstentzündung des Kraftstoffes. Regulär benötigt das Betreiben eines Verbrennungsmotors eine kontrollierte Verbrennung (Deflagration).

Zu unterscheiden sind Klopfen und Klingeln. Klopfen, von der Geräuschentwicklung einem Hammerschlag gleich, entsteht vorrangig beim Beschleunigen unter Volllast. Motorklingeln, auch Hochgeschwindigkeitsklingeln genannt, ist entsprechend bei konstanter Volllast mit hohen Drehzahlen als leises Schwirren erkennbar. Beides ist schädlich für den Motor.

Nageln von Dieselmotoren

Nageln ist das ungleichmäßige Verbrennen von Diesel im Dieselmotor. Besonders ausgeprägt ist Nageln beim kalten Motor. Neuere Motoren haben dieses Phänomen nicht mehr so ausgeprägt.

Reifen-Fahrbahngeräusche

Zur Geräuschentstehung beim Abrollen des Reifens auf der Straßenoberfläche tragen unterschiedliche Mechanismen bei. Sowohl Körperschall– als auch Luftschallquellen sind an der Entstehung des Reifen-Fahrbahn-Geräusches beteiligt. Die Ursachen und die Abstrahlbedingungen sind sehr komplex und von der Kombination Reifen-Fahrbahn abhängig. Die wichtigsten Mechanismen, die zur Schallabstrahlung frei rollender Reifen führen sind:

  • Airpumping und
  • Reifenschwingungen

Airpumping

Als Airpumping(-Geräusch) wird eine Komponente des Reifen-Fahrbahn-Geräusches bezeichnet, die durch Luftverdrängungs- und -ansaugeffekte im Bereich des Reifenlatsches erzeugt wird. Das Zusammendrücken des Reifenprofils im Reifeneinlauf (bei beginnendem Kontakt einer Laufflächenzone mit der Fahrbahnoberfläche) und das Abdecken der Fahrbahnstruktur durch die Profilklötze des Reifens führt dort zum Herauspressen der Luft. Dagegen strömt die Luft in die Kontaktzone im Reifenauslauf zurück, wenn die Profilbereiche wieder von der Fahrbahn abzuheben beginnen.

Das Airpumping ist für den aeroakustischen Anteil des Reifen-Fahrbahn-Geräusches verantwortlich und stellt – abhängig von der Reifen-Fahrbahn-Kombination – neben Karkassen- und Profilschwingungen eine seiner Hauptursachen. Airpumping-Geräusche treten umso stärker auf, je weniger rau und je weniger porös Luft bestimmen dabei die Lautstärke, die Form der Kanäle sorgt für das Klangbild und die Tonhöhe.

Reifenschwingungen

Beim Abrollen des Reifens auf der Fahrbahn wird der Reifen durch die Rauhigkeit des Laufflächenprofils und der Fahrbahnoberfläche zu radialen und tangentialen Schwingungen angeregt. Durch diese Reifenschwingungen wird Luftschall erzeugt. Die Schallabstrahlung erfolgt dabei vorwiegend in unmittelbarer Nähe des Latschbereiches. Von besonderer Bedeutung ist die Abstrahlcharakteristik des Reifens. Die von der Straßen- und Reifenoberfläche gebildeten keilförmigen Trichter im Ein- und Auslaufbereich führen zu deutlicher Verstärkung der Schallabstrahlung in Richtung der sich öffnenden Trichter.

Die Schwingungsanregungen des Reifens, die man durch Beschleunigungsmessung an Profilblöcken bestimmen kann, werden primär durch impulshafte Vorgänge verursacht:

  • Aufschlageffekt
  • Gleitvorgänge im Latsch
  • Stollenschwingungen

Aufschlageffekt:

Von zentraler Bedeutung für das Aufschlagen der Profilelemente ist die Abplattung des Reifens im Kontaktbereich mit der Fahrbahn. Dies hat zur Folge, dass beim abrollenden Reifen Profilelemente im Einlauf auf die Fahrbahn aufschlagen und kurzzeitig mit über 1000 m/s² radial beschleunigt werden. Die Höhe der Beschleunigung steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit; schon bei 100 km/h können 5000 m/s² erreicht werden.

Gleitvorgänge im Latsch:

Beim Abrollen eines Reifens treten im Latsch Gleitbewegungen auf, wenn der eigentlich zweidimensional gekrümmte Laufstreifen in die Kontaktebene gedrückt wird. Die Folge sind kleine Rutschbewegungen von Profilelementen auf der Straßenoberfläche. Auch diese Stick-Slip-Effekte führen zu Körperschallanregungen in der Reifenstruktur.

Stollenschwingungen:

In der Kontaktzone werden die Profilelemente verspannt, wenn der zweidimensional gekrümmte Laufstreifen in die Kontaktebene gedrückt wird. Die verbleibenden Schubspannungen entladen sich im Auslaufbereich des Reifens durch impulsförmiges „Ausschnappen“ der von der Fahrbahn abhebenden Profilelemente. Dies führt zu Stollenschwingungen, die wiederum auf die Karkasse übertragen werden. Besonders ausgeprägt ist diese Erscheinung auf glatten Fahrbahnen, wo ein guter Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn zu hohen tangentialen Reibkräften in der Aufstandsfläche führt.

Schnurren

Schnurren ist ein niederfrequentes, gleichmäßig vibrierendes Geräusch.

Störgeräusche

Störgeräusche sind Geräusche mit negativer Geräuschqualität, das heißt das Schallereignis führt zu einem Hörereignis, das als unangenehm, lästig, störend, negative Assoziationen auslösend oder als nicht zum Produkt passend empfunden wird.

Heulgeräusche

Der Ausdruck Heulen bezeichnet das Hervorbringen langgezogener, singender Töne.

 

Für Fragen, Anregungen und Diskussionen steht Ihnen der Autor gerne zur Verfügung.

Hinterlasse eine Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Sie sollten das verwenden HTML Schlagworte und Attribute: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>
*
*