Akustik und Regelung: NVH-Entwicklung, Sounddesign und intelligente Schwingungsreduktion

Luftschall ist sowohl im Produktentwicklungsprozess, in der Qualitätsbeurteilung aber auch im privaten Bereich eine wichtige Komponente. Gewisse Geräusche sollen gezielt vorhanden sein und dann auch einen positiven Eindruck hinterlassen. Andere Geräusche sind ungewollt und störend und müssen identifiziert und ggf. modifiziert oder eliminiert werden. Zudem existiert eine Vielzahl von Vorschriften über maximal erlaubte Schalldruck- oder Schallleistungspegel, die es zu beachten gilt.

Wir können im Bereich Luftschall für all diese Problemstellungen Erfassungs- und Lösungswege anbieten.

Zur Einhaltung bestimmter Grenzwerte können wir Schalldruckpegelmessungen durchführen oder die Schallleistung nach Norm ermitteln.

Um den Klangeindruck von Produkten oder Geräuschen zu bewerten, führen wir einerseits objektive Messungen durch und bestimmen relevante psychoakustische Parameter. Zum anderen kann eine subjektive Evaluierung mittels Probandenbefragung durchgeführt werden. Die Ergebnisse dienen dann als Grundlage für Optimierungen des Klangeindrucks bis hin zum Sounddesign.

Zur Verbesserung der Akustik in geschlossenen Bereichen können wir die akustischen Eigenschaften der von Ihnen verwendeten Materialien, wie bspw. den Absorptionsgrad oder den Transmissionsgrad, mittels Normmessungen bestimmen.

Zur Verbesserung der Raumakustik führen wir Nachhallzeitmessungen bei Ihnen durch. Auf Basis der Messungen erarbeiten wir ein auf Ihre Wünsche angepasstes Zielkonzept mit Maßnahmen zur Optimierung der Raumakustik.

Vibrationen sind sowohl im Produktentwicklungsprozess und in der Qualitätsbeurteilung aber auch im privaten Bereich relevant. Man kann bei Vibrationen zwischen gewollten Vibrationen, die bspw. als Rückmeldung für den Benutzer dienen, um das Bedien- oder Nutzungserlebnis zu verbessern und störenden oder sogar gefährdenden Vibrationen unterscheiden. Daher ist die Kenntnis über die Einleitung, Übertragung und Abstrahlung von Körperschall von großer Bedeutung.

Wir bieten im Bereich Vibroakustik für diese Problemstellungen zahlreiche Erfassungs- und Lösungswege an.

Wir führen an Ihren Bauteilen oder Bauteilgruppen Körperschallmessungen durch. Diese sind auf Ihre Anforderungen abgestimmt. So messen wir die Beschleunigungen an den Bauteilen, die Übertragungspfade und auch das Abstrahlverhalten mittels Körperschallmesstechnik.

Um das Abstrahl- und Übertragungsverhalten von Bauteilen zu untersuchen, führen wir Schwingformanalysen durch. Hier werden sowohl die Eigenfrequenzen der Komponente als auch deren Schwingformen bestimmt.

Zur Verbesserung des vibroakustischen Verhaltens bieten wir Ihnen auf Grundlage der ermittelten Messergebnisse ein angepasstes Maßnahmenpaket zur Optimierung Ihrer Komponenten an, um das gewünschte Verhalten zu erreichen.

Die Messungen werden mit hochwertigen Beschleunigungs- und Kraftaufnehmern durchgeführt. Durch eine breite Auswahl an Sensormodellen können wir den gesamten relevanten Frequenzbereich abdecken. Zur Datenaufnahme und Auswertung verwenden wir das PAK System der Firma Müller-BBM. Unsere Messtechnik erfüllt die höchsten Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit der Messergebnisse. Die Ergebnisse werden entweder nach Norm ermittelt oder nach einem mit Ihnen abgestimmten Konzept, welches individuell erarbeitet wird.

Bei der Untersuchung von Komponenten und Bauteilen ist die Kenntnis über das vibroakustische Verhalten der Komponente auf der einen, aber auch über das Übertragungsverhalten auf der anderen Seite essentiell, um die Entwicklung der Komponenten auf die Einbausituation anzupassen.

Wir bieten speziell im Bereich Komponenten- und Bauteilanalyse innovative Messkonzepte an.

Um die Kontaktkräfte in (Sub-)systemen zu messen, erstellen wir eine Messkette, die auf der Blocked-Force Methode basiert, um alle relevanten Schnittstellenkräfte zu ermitteln. Auch eine alternative Ermittlung der Schnittstellenkräfte mittels in-situ Blocked Forces kann angewendet werden.

Zur Ermittlung der Materialeigenschaften und des Übertragungsverhaltens von biegeschlaffen Bauteilen, bieten wir Ihnen Körperschallmessungen an, um die relevanten Größen zu ermitteln. Die Messungen können zusätzlich auch in einer Klimakammer stattfinden, um den Temperatureinfluss zu berücksichtigen. Ebenfalls in die Messreihen integrierbar ist der Innendruck der Fluidleitungen, um den Druckeinfluss des Mediums auf die Körperschallübertragung zu untersuchen.

Die Messungen werden mit hochwertigen Beschleunigungs- und Kraftaufnehmern durchgeführt. Durch eine breite Auswahl an Sensormodellen können wir den gesamten relevanten Frequenzbereich abdecken. Zur Datenaufnahme und Auswertung verwenden wir das PAK System der Firma Müller-BBM. Unsere Messtechnik erfüllt die höchsten Anforderungen bezüglich der Genauigkeit der Messergebnisse. Der Blocked-Forces Prüfstandsaufbau wird auf Ihre Komponenten abgestimmt, sodass die Einhaltung der Blocked-Forces Bedingung sichergestellt wird. Mit Hilfe unserer Klimakammer können für kleine und mittelgroße Bauteile auch Messungen unter Temperatureinfluss von -40° bis +180° durchgeführt werden. Für die Untersuchung von Fluidleitungen bieten wir ebenfalls die Möglichkeit statische Innendrücke der Leitung bis zu 40 bar zu untersuchen.

Dann sind Sie bei uns genau richtig. Wir entwerfen bei Bedarf ein sowohl regelungstechnisch als auch akustisch optimiertes Konzept für Ihren Antrieb. Auch die Optimierung bereits bestehender Regelungen übernehmen wir gern für Sie. Um einen Antrieb akustisch optimiert zu betreiben, kann bereits in der Regelung viel Vorarbeit geleistet werden, angefangen mit dem Konzept der Regelung. Diese entwerfen oder optimieren wir für Sie und stimmen das Antriebskonzept parallel akustisch ab. Zudem können wir mittels unserer Algorithmen, zusätzlich zur normalen Funktion, Töne, Geräusche oder von Ihnen vorgegebene Soundkonzepte überlagern und nutzen so den Antrieb zusätzlich als Lautsprecher. Ebenso arbeiten wir an Active Noise Cancellation, die je nach Konstellation ebenfalls mit Hilfe des Antriebs und einer optimal ausgelegten Regelung umgesetzt werden kann. So kann der Antrieb seine vorgesehene Aufgabe erfüllen und zusätzlich als Lautsprecher bzw. Anreger dienen oder aber auch bestimmte Störgeräusche, die auftreten, eliminieren. Mittels unserer Software MXSounddesigner können wir auch Sounddesignkonzepte für den Klang von E-Fahrzeugen bzw. E-Motoren aller Art erzeugen.

Zunächst wird das Regelungskonzept für den vorgesehen Betrieb des Antriebs erstellt. Parallel wird der akustische Klang des Antriebs mittels Körperschall- und Luftschalltechnik gemessen, analysiert und optimiert. Wenn das akustisch optimierte Antriebskonzept voll funktionsfähig ist, können zusätzliche Algorithmen integriert werden, um entweder zusätzlichen Schall zu erzeugen oder Störschall zu reduzieren. Die Entwicklungsarbeit findet mit modernster Messtechnik statt. So wird für das Regelungskonzept auf dSpace Echtzeithardware zurückgegriffen und für die akustische Optimierung werden Klasse 1 Mikrofone und hochwertige Beschleunigungsaufnehmer verwendet, deren Signale mit einem PAK System der Firma Müller-BBM erfasst werden.

Im Bereich der Fahrzeugakustik spielt der akustische Qualitätseindruck eine wichtige Rolle. Hier spielt einerseits der auftretende Luftschall auf den Fahrer und die Insassen eine wichtige Rolle, aber auch die eingeleiteten Vibrationen in den Fahrzeuginnenraum. Einerseits gilt es, ungewollte Geräusche so gering wie möglich zu halten und auf der anderen Seite einen qualitativ hochwertigen Fahrzeugsound zu gestalten, mit dem sich der Kunde identifizieren kann. Genauso verhält es sich bei den auftretenden Vibrationen. Der Fahrer möchte eine fühlbare Fahrbahnrückmeldung erhalten, jedoch soll der Fahr- und Sitzkomfort nicht darunter leiden. Auf diesem Weg können wir Sie unterstützen.

Wir können durch unsere langjährige Nähe zur Automotiveindustrie auf ein breites Wissensspektrum im Bereich der Fahrzeugakustik und des Fahrkomforts zurückgreifen.

Um Geräuschphänomene auf Gesamtfahrzeugebene zu ermitteln, führen wir Luftschallmessungen im Fahrzeug durch. Aus den Messungen werden auffällige Komponenten ermittelt und bewertet, sowie Verbesserungsvorschläge abgeleitet.

Als Pendant zum Luftschall bieten wir auch Körperschalluntersuchungen im Gesamtfahrzeug an. Hier wird dann der Fokus auf den Fahrkomfort gelegt. Hierzu wird das Gesamtfahrzeug vermessen und ggf. beeinflussende Komponenten ermittelt und bewertet sowie Verbesserungsvorschläge erarbeitet.

Durch unsere große Auswahl an Sensoren, die für verschiedene Frequenzbereiche und Messbedingungen ausgelegt sind, können wir alle relevanten Komponenten und Messsituationen abbilden. So werden im Bereich der Fahrkomponenten triaxiale Beschleunigungsaufnehmer, bspw. auf den Radträger, montiert. Auf die Sitzschiene können zur Erfassung des niederfrequenten, für den Fahrkomfort relevanten Bereich, MEMS-Beschleunigungssensoren montiert werden. Auf dem Fahrersitz kann zusätzlich noch die Vibration direkt auf der Sitzoberfläche mittels Sitzkissen-Vibrationssensoren erfasst werden. So können auch normative Messungen angeboten werden. Der auftretende Luftschall im Fahrzeuginnenraum wird mit Klasse 1 Mikrofonen durchgeführt. Zur Datenaufnahme und Auswertung verwenden wir das PAK System der Firma Müller-BBM. Unsere Messtechnik erfüllt die höchsten Anforderungen bezüglich der Genauigkeit der Messergebnisse. Die Ergebnisse werden entweder nach Norm ermittelt oder es werden kundenspezifische KPIs oder Bewertungsverfahren zu Grunde gelegt.

Oftmals hängt die akustische Wertigkeit einer elektrischen Maschine von deren Betriebszustand und Bauform ab. Um diese Wechselwirkungen zu untersuchen und den Klangeindruck für den Nutzer oder Bediener zu verbessern, ist eine Messung der elektrischen und akustischen Größen von Vorteil, um die Zusammenhänge zu beurteilen.

Wir kombinieren langjährige Erfahrung in der Regelung elektrischer Maschinen mit Kenntnissen über deren abgestrahlten Luftschall, um Ihre elektrische Maschine akustisch zu analysieren und zu optimieren. Hierfür messen wir zeitsynchron und hochgenau sowohl die fließenden Spannungen, Ströme und Leistungen, als auch die akustischen und regelungstechnischen Größen.

Die Messung der elektrischen Größen erfolgt mit einem Dewetron Poweranalyzer, der mittels PTP Switch mit unserem PAK System der Firma Müller-BBM synchronisiert wird. So ist eine hochauflösende und hochgenaue Messung der elektrischen Größen im MHz-Bereich möglich, und parallel zur Luftschall- und Körperschallmessung, die mit Klasse 1 Mikrofonen und hochwertigen Beschleunigungssensoren durchgeführt wird.

Akustische Probleme entstehen oft durch strukturelle Anregung, etwa durch ungünstige Eigenfrequenzen, lokale Resonanzphänomene oder unzureichende Steifigkeit. Besonders flexiblere Strukturen wie Leitungen sind anfällig und schwer zu bewerten.

Wir unterstützen Sie mit strukturmechanischen Simulationen, um das akustische Verhalten Ihrer Bauteile gezielt zu analysieren – entweder als eigenständige Dienstleistung oder in Kombination mit experimentellen Messungen. Durch Modalanalysen identifizieren wir kritische Eigenfrequenzen und bewerten das Schwingungsverhalten. Daraus leiten wir gezielte Maßnahmen ab, etwa zur Frequenzverschiebung, Versteifung oder strukturellen Entkopplung.

Ein besonderer Vorteil liegt in der Verknüpfung von Simulation und Messung. Wir erfassen das Übertragungsverhalten messtechnisch und erstellen parallel ein FE-Modell. Dieses wird anhand der Messdaten kalibriert und validiert. So entsteht ein digitaler Zwilling, der für weitere Optimierungen genutzt werden kann, ohne in jeder Iteration erneut messen zu müssen. Damit sparen Sie Zeit, reduzieren Versuchskosten und erhalten früh belastbare Aussagen zum akustischen Verhalten.

Zur Bewertung des akustischen Strukturverhaltens setzen wir auf Finite-Elemente-Analysen (FEA). Im Fokus stehen Modalanalysen zur Bestimmung von Eigenfrequenzen und Modenformen, ergänzt durch Simulationen harmonischer Anregung zur Bewertung der strukturellen Reaktion auf spezifische Lastfälle.

Optional kombinieren wir die Simulation mit experimentellen Messdaten, auf Wunsch direkt durch uns erhoben. Dafür wird ein paralleles Simulationsmodell aufgebaut, das anhand gemessener Parameter, z. B. dynamischer Steifigkeit und Dämpfungsgrad, kalibriert und validiert wird. Die Validierung erfolgt z. B. durch einen Abgleich der Übertragungsfunktionen und MAC (Mode Assurance Criterion), um eine zuverlässige Übereinstimmung zwischen Simulation und Realität zu gewährleisten. Der digitale Zwilling kann dann für Parameterstudien und gezielte Optimierungen genutzt werden.

Je nach Fragestellung erstellen wir vollständige Eigenfrequenzanalysen, Parameterstudien, Sensitivitätsanalysen oder begleitende Modelle zur akustischen Auslegung komplexer Strukturen, exakt zugeschnitten auf Ihre Anforderungen.