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© auto touring/Andreas Hnat
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Januar 2021

Sound of Physik

Warum nerven manche Geräusche im Auto so und manche nicht? Wie hat sich unsere akustische Wahrnehmung im Laufe der Zeit verändert? Und worauf kommt es beim Sounddesign an, wenn nur noch Elektroautos unterwegs sind? Wir fragen Menschen, die sich intensiv damit beschäftigen.

Bestimmt kennen Sie das: Man ist im Auto unterwegs und von irgendwo aus den Eingeweiden des Fahrzeugs dringt ein Geräusch, das unglaublich nervt. Auslöser für den Ärger kann ein scheppernder Lautsprecher sein, ein knarrender Sitz oder auch ein lästiges Knistern im Dachhimmel. 

Die Gründe für diese Geräusche sind zahlreich und im Jargon der Fahrzeugentwicklung versammeln sie sich alle unter dem englischen Fachbegriff "squeak and rattle" (auf Deutsch: quietschen und klappern).

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Viele Autobesitzer sind überraschend tolerant, was Störgeräusche am Fahrzeug angeht.

Friedrich Eppel, ÖAMTC Technik-Experte

Nur unangenehm oder auch laut?

Grundsätzlich gilt: Lärm ist immer eine Art der Belästigung. Für unser subjektives Empfinden ist allerdings weniger wichtig, wie laut ein Geräusch ist, sondern welche Frequenz-Charakteristik es hat: Sehr tiefe oder sehr hohe Frequenzen werden vom Menschen als unangenehm empfunden. 

ÖAMTC Technik-Experte Friedrich Eppel: "Unser Lautheitsempfinden hat mit tatsächlicher Lautstärke nur wenig zu tun. Technische Messungen können nie abbilden, wie ein Geräusch von Insassen oder Außenstehenden wahrgenommen wird." Und er ist überrascht, "wie tolerant Autobesitzer oft sind, was Störgeräusche angeht".

2021_02_sounddesign_AH_grafik1.jpg auto touring/Andreas Hnat © auto touring/Andreas Hnat

Auto & Akustik

Klaus Kauermann ist Akustiker beim österrei­chischen Automobilzulieferer Magna und kennt diese Probleme wie kaum ein ande­rer. Er selbst fährt privat einen älteren Citroën C5, den er wegen dessen sänftenartigen Komforts schätzt, aber: "Störgeräusche hat der ohne Ende", lacht er.

Kauermanns Arbeitsbereich, die Akustik rund ums Auto, steht im Fahrzeugbau meist am Beginn der virtuellen Serienentwicklung am Computer. Akustische Grundaufgabe: das Auto leiser zu machen. Eine der wichtigsten Regeln dabei: den Zusammenfall von Eigenfrequenzen einzelner Komponenten zu verhindern.

Einmal angeregt und in mechanische Schwingung versetzt, erzeugt jedes Bauteil nämlich eine eigene Frequenz. Fallen mehrere davon zusammen, zum Beispiel die Frequenz der Karosserie und die der Räder, "dann ist das der akustische Super-Gau", sagt Kauermann.

Autoentwickler verwenden deshalb eine eigene Frequenz-Mappe, in der alle Teile so aufgereiht sind, dass ihre Frequenzen mindestens 3 Hz auseinander liegen.

2021_02_sounddesign_audi_1er_1.jpg Audi © Audi
Pkw-Sounddesign im reflexionsarmen "Freifeldraum": ein Audi-Akustiker bei der Arbeit.

Störgeräusche

Was sind für den Akustiker die typischsten Störgeräusche im Auto? "Anregungen durch die Lautsprecher in den Türen oder im Cockpit zum Beispiel", zählt Kauermann auf. "Aber auch knarzende Türgriffe, scheppernde Gurt-Retraktoren und bei günstigen Autos oft der Sitzschaum, der sich an der metallenen Konstruktion im Inneren speziell bei Kälte reibt. Außerdem neigt alles, was an Schaltern in der Dachhaut steckt, zum Klappern."

Die konkreten technischen Schritte, um bestimmte Geräusche zu unterdrücken oder zu verändern, sind eine ausgeklügelte Tüftelei: Als Erstes kommt eine Material-Verbots- und Gebotsliste zum Einsatz, so Kauermann. "Bei den Kunststoffen gibt es etwa das leicht schmierige Polyamid, das in nicht sichtbaren Bereichen sehr gut wirkt."

Außerdem müsse darauf geachtet werden, ob es zwischen zwei Komponenten immer einen Kontakt geben soll oder nie: "Kontakt und Nicht-Kontakt sollten sich nicht ständig abwechseln, sonst passieren Störgeräusche. Und es dürfen keine glatten Flächen entstehen, sondern es darf immer nur eine Linien- oder Punktberührung geben."

Der Fachbegriff dafür lautet "graining": Glatte Flächen werden dabei genarbt, so entstehen kleine Berge und Täler mit weniger Berührungspunkten.

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Sounddesign

Was und wie wir etwas im Auto hören, ist Resultat einer komplizierten Akustik-Tüftelei.

© BMW

Erwünschte Klänge

Im Gegensatz zu ungewünschten Geräuschen gibt es in der Fahrzeug-Akustik einen weiteren wichtigen Bereich – die gewünschten Geräusche.

"Türzuschlagen, Motorengeräusch, Blinkergeräusch, all das ist Sounddesign", sagt Experte Eppel. "Natürlich hängt aber vieles vom Kundengeschmack ab. Ein leiser Innenraum etwa wird als hochwertig empfunden."

In der Theorie könnte man jedes Fahrzeug sogar schalldicht konstruieren, wobei die Geräuschdämmung stets nur eine Frage von Kosten und Gewicht ist. Aber sie birgt auch die Gefahr, dass Autofahrer womöglich den Signalton von Einsatzfahrzeugen nicht mehr ­hören könnten, was schon von Gesetzes wegen unter keinen Umständen passieren darf.

Autohersteller glauben, dass ihre Kunden akustisch einen pseudo-wertvollen Motor vorgegaukelt bekommen wollen. Ich hoffe, dass das bald wieder verschwindet.

Klaus Kauermann, Akustiker Magna

Hat der Kunde immer recht?

Stichwort Kundengeschmack: Dieser ist einem sich stetig ändernden soziokulturellen Wandel unterworfen. Das Kreischen eines Ferrari-Zwölfzylinders etwa wird heute mitunter ja nicht mehr so positiv wahrgenommen wie noch vor zwanzig Jahren.

Kauermann: "Da hat sich vieles geändert. Auto­hersteller glauben dennoch, dass es Kundenwunsch ist, einen pseudo-wertvollen Motor vorgegaukelt zu bekommen. Porsches etwa gibt es heute wieder mit Vierzylinder-Motoren, denen man ein künstliches Geräusch gibt, das mit dem eigentlichen Motor gar nichts zu tun hat. Durch unsere Sozialisierung wird aber vermittelt: Das ist teuer und toll."

Und weiter: "Ich hoffe, dass das bald verschwindet. Ein Dreizylinder etwa ist halt ein Dreizylinder, warum soll der nicht so klingen?"

Dazu passend eine Stilblüte über den Hybrid-Sportwagen BMW i8: Das Motorengeräusch seines Dreizylinders wird im Cockpit komplett künstlich erzeugt, im Getriebe ­arbeitet zudem ein Aktuator, der eigens mit der doppelten Drehzahl auf die Getriebewelle klopft, um dem Fahrer im Schalthebel das Vibrieren eines Sechszylinders zu simulieren. Weiteres Beispiel: die berühmten Auspuffklappen, die Autos bewusst lauter machen (hier etwa bei einem 2018er Ford Mustang).

2021_02_sounddesign_BMW_1.jpg BMW © BMW
Im Akustik-Raum von BMW: Ein Sounddesigner lauscht einer Elektro-Studie. 

Thema Elektroautos

Auch E-Autos sind lauter als notwendig – allerdings aus gesetzlichen Gründen: Seit 1. Juli 2019 müssen neu typisierte Hy­brid- und Elek­troautos bis zu einem Tempo von 20 km/h nämlich ein Warngeräusch von sich geben, das eine ähnliche Charakteristik wie ein Kfz mit Verbrennungsmotor besitzt.

Dieses System heißt AVAS (Acoustic Vehicle Alerting System), der Hintergrund ist "eine Verordnung des Europäischen Parlaments, das damit Fußgänger und Radfahrer schützen möchte", so ÖAMTC-Chefjurist Martin Hoffer. 

2021_02_sounddesign_MZ_zoe.jpg markuszahradnik.com © markuszahradnik.com
E-Auto im Dauertest: der aktuelle auto touring-Testwagen Renault Zoe im urbanen Gewusel.

Exkurs: 3 elektrische Hör(bei)spiele

Renault Zoe: Star Wars-Sound im Vorbeifahren…

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Tesla Model 3: alle Cockpit-Geräusche in 10 Minuten…

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Zu leise Elektroautos betreffen nicht nur Sehbehinderte, sondern alle Verkehrsteilnehmer.

Doris Ossberger, österreichischer Blindenverband

Akustische Aspekte

Eine Bevölkerungsgruppe ist von leisen Elektroautos speziell betroffen: die Sehbehinderten. Doris Ossberger vom Österreichischen Blindenverband: "Eigentlich geht es aber gar nicht nur um Sehbehinderte, sondern um alle Verkehrsteilnehmer. Auch Nicht-Blinde orientieren sich ja akustisch."

Sie kritisiert an der Verordnung drei Punkte: "Elektroautos sollten auch im Stand hörbar sein. Außerdem sind sowohl die 20 km/h als auch die Lautstärke eigentlich zu gering bemessen."

Eine andere E-Auto-Problematik entsteht beim Sounddesign selbst: die sogenannte Maskierung. Kauermann: "Bei Fahrzeugen stört hauptsächlich das Rollgeräusch im tieffrequenten Bereich von 250 bis 300 Hz. Das haben Verbrenner-Fahrzeuge bisher gut maskiert."

Folge: Jene Fahrgeräusche, die konventionelle Motoren überdeckt haben, sind durch den E-Antrieb nun präsenter und der Dämmung kommt eine höhere Bedeutung zu, was wiederum zu höheren Kosten führt.

Das müsste aber nicht so sein, meint Kauermann: "Es gibt wie bei unseren Kopfhörern auch schon für Autos serienreife Lösungen im Bereich 'road active noise cancellation', mit denen man diese ungewollten Frequenzen unterdrücken kann. Das ist sogar recht günstig umzusetzen. Man müsste es halt bei der Entwicklung von Anfang an im Konzept haben."

Zum Schluss: eine Sounddesignerin im Gespräch

Indra-Lena Kögler ist UX-Designerin bei Volkswagen. Das Kürzel "UX" steht dabei für "User Experience", also "Nutzer-Erlebnis". Wir plaudern mit ihr über ihren Job, subjektive Wahrnehmungen, die Ablaufzeit des Verbrennungsmotors und darüber, was sie selbst am liebsten hört…

2021_02_sounddesign_VW_koegler_2.jpg Volkswagen © Volkswagen
Indra-Lena Kögler

— Frau Kögler, welchen Stellenwert hat Ihre Arbeit in der Fahrzeugentwicklung?


indra-lena kögler: Um ein neues Fahrzeug zu entwickeln, braucht es etwa fünf Jahre. In den ersten zwei Jahren wird ein Design-Konzept samt Zielbild erstellt, bei dem wir Sounddesigner gleich von Beginn an involviert sind. Und dann wieder ganz am Ende, wo wir oft noch adaptieren müssen. Für uns ist das Auto wie ein Instrument, auf dem wir spielen.

— Welche technischen Tricks setzen Sie beim Sounddesign ein?

indra-lena kögler: Mit Tricks arbeiten wir eigentlich nicht. Da geht es um Grundsätze bezüglich Material, Qualität und Bauformen. Wo beobachten wir Eigenfrequenzen, wie weich oder hart muss ein Material sein, damit nichts mitschwingt? Diese Elemente werden intensiv getestet, etwa auf den bekannten Rüttel-Teststrecken. Dazu kommen gesetzliche Bestimmungen und die Frage nach dem Umgebungs-Alltag der Kunden: Wie klingt es, wenn mehrere Autos vorm Kindergarten warten? Oder wie in urbanen Häuserschluchten?

— Wenn Kunden ein Auto viele Jahre fahren, entstehen irgendwann lästige Geräusche. Kann ein Hersteller so etwas voraussehen und unterbinden?

indra-lena kögler: Nein, denn irgendeine Verschraubung wird sich früher oder später immer lockern. Aber: Man lernt über die Jahre von den Projekten davor und versucht mit diesem Erfahrungs-Horizont besser zu werden. Von der Akustik-Seite her natürlich spannend: Wie können wir sicherstellen, dass etwa der Sound eines Elektroautos auch in 15 Jahren noch modern klingt und vor allem nicht nervt?

— Viele Aspekte Ihrer Arbeit scheinen nicht in Zahlen messbar zu sein…

indra-lena kögler: Richtig. Es ist ein sehr persönliches Erlebnis. Unser Team zum Beispiel hat da aber schon ein gutes Grundgefühl entwickelt, wie der Durchschnitt der Kunden die Akustik später empfindet. Wir fragen bei der Entwicklung ja unglaublich viele Menschen sämtlicher Altersklassen, Geschlechter und kultureller Hintergründe. Das ist ein Hauptthema.

— Was verstehen Sie unter Störgeräuschen?

indra-lena kögler: Wenn ein bestimmter Sound schlecht ge­staltet ist, zum Beispiel einen falschen Frequenzbereich hat, das geht gar nicht. Da geht es speziell um hohe Frequenzen, die viele Menschen als unangenehm empfinden. Das sind Elemente, die man nur verwenden sollte, wenn extreme Dringlichkeit vorliegt, bei Warnmeldungen etwa. Und selbst dann will man den Autofahrer ja nicht erschrecken, sondern zu einer bestimmten Aktion animieren, sonst verringert das womöglich die Reaktionszeit. So was darf nicht passieren.

— Ein subjektiv sportlicher Motorsound wird heute oft nicht mehr so positiv wahrgenommen wie früher. Warum können sich akustische Emotionen ändern?

indra-lena kögler: Ein Sound hat immer eine psycho-akustische Verankerung. Er weckt Erinnerungen, Gefühle und Erlebnisse. Dachte man vor zwanzig Jahren an Ferrari, hatte man Bilder von Rennsport, Millionären und Monaco im Kopf. Klar, so was wird auch zukünftig immer noch einen Platz in der Gesellschaft haben. Trotzdem reden wir heute über Elektromobilität und die "Fridays For Future"-Bewegung, wo die Akzeptanz eines Zwölfzylinder-Sounds eben schwindet. Das ist schlicht ein Bewusstseins-Wechsel, den die Welt auch braucht.

— Zum Schluss: Ihr Lieblingsgeräusch?

indra-lena kögler: (lacht) Das genüßliche Brummen meines Hunds, wenn ich ihn streichle. Und ich liebe die Akustik von Wasser in der Natur.

2021_02_sounddesign_VW_koegler_1.jpg Volkswagen

"Wie ein Instrument"

VW-Sounddesignerin Indra-Lena Kögler über ihr Arbeitsgerät "Auto".

© Volkswagen

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