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Sound-Design und ASM Diagramm
Engine Harmonic Cancellation löscht störende Oberwellen des Motors durch Gegenschall aus den HiFi-Lautsprechern aus. Bei gleichzeitigem Einsatz von EHE (Engine Harmonic Enhancement) bekommt der Motorensound etwas zusätzliche Würze (rechts) (Foto: Bose)

Sound Design + ASM: Trends im Automobilbau

Klang-Profis verraten ihre Tricks: Simon Ahrens und Ulrich Fox, Experten im Bereich ASM bei Bose Automotive, erläutern die Hinter­gründe zu Active Sound Management (ASM). Bose Active Sound Management (ASM) gliedert sich in zwei Bereiche: Engine Harmonic Cancellation (EHC) und Engine Harmonic Enhancement (EHE).

Im ersten Fall werden störende Motorgeräusche im Autoinnenraum ähnlich wie bei den beliebten Noise-Cancelling-Kopfhörern von Bose durch Gegenschall ausgelöscht.

Dazu erzeugt ein DSP (Digital Signal Prozessor) mithilfe von Mikrofonen, die an Schlüsselstellen im Fahrzeug positioniert werden, ein Korrektursignal, das genau um 180° in der Phase gedreht auf das Störgeräusch trifft. Da es den gleichen Pegel und die gleiche Frequenz besitzt, löschen sich Wellenberg und Wellental gegenseitig aus. Diese Technologie kommt beispielsweise im Nissan GT-R zum Einsatz.

Im zweiten Fall verwendet man ebenfalls Informationen aus der Fahrzeugelektronik, um daraus ein gezieltes Korrektursignal zu generieren, welches das existierende Oberwellenspektrum zugunsten eines gewünschten Motorsounds modifiziert.

In Zeiten von spritsparenden, emissionsarmen Downsizing-Motoren mit wenigen Zylindern und vermindertem Hubraum greifen Motorenentwickler verstärkt auf elektronische Hilfsmittel zurück, um durch aktives Sound-Management dem Fahrer weiterhin ein auch akustisch angenehmes Fahrerlebnis zu bieten.

Beim Einsparen von mechanischen Geräuschunterdrückern oder bei Zylinder- Abschaltung leistet ASM ebenfalls einen wertvollen Beitrag, Gewicht und Treibstoff zu sparen, ohne den Spaß an der Fortbewegung zu vernachlässigen. Bei einem Supersportwagen wie dem GT-R hilft EHC vor allem unter fahrdynamischen Aspekten, die Geräusch- und Gewichtsbilanz zu optimieren.

Sound-Design und ASM Engine Harmonic Cancellation
Im mittleren Drehzahlbereich des Motors erreicht EHC (Engine Harmonic Cancellation) je nach Sitzplatz bis zu über 10 dB Abdämpfung störender Geräusche. Damit lässt sich bei der mechanischen Dämmung Gewicht sparen (Diagramme: Bose)

LowBeats: Active Sound Management, kurz ASM, klingt sicher für viele wie Zukunftsmusik. Wo liegen die Wurzeln?
Fox: Die Automobilindustrie interessiert sich schon seit Jahrzehnten dafür. Sie hat es aber immer wieder verworfen, weil zum einen der Rechenaufwand riesig war, zum anderen hatte sie – als dieses Problem in den Griff zu kriegen war – Schwierigkeiten, die Klangkomposition unter verschiedenen Fahrbedingungen stabil hinzubekommen.

Das hatte zur Folge, dass es immer wieder der jeweiligen Motor-Fraktion in die Hände spielte, deren Credo war: Den Sound machen wir selbst.

Das ist aber ein Stück weit überholt, weil die Motorsteuerung inzwischen weitgehend elektronisch betrieben wird. In den letzten fünf bis sechs Jahren fand deshalb ein radikaler Schwenk statt und inzwischen kann sich kein Automobilhersteller mehr dem Thema ASM verschließen.

Was wiederum auch mit den gestiegenen Anforderungen an die CO2-Regulierung zusammenhängt. Außerdem stellt die Technik ein gutes Mittel zur Verfügung, um mit verschärften Grenzwerten für die Geräuschemission bei der Vorbeifahrt kreativ umzugehen und trotzdem den Fahrspaß nicht auf der Strecke zu lassen.

Was sind die Konsequenzen daraus?

Fox: Man hat erkannt, dass man das Fahrerlebnis, das man dem Fahrer bieten möchte, nicht wie früher nur über den Auspuff-Sound umsetzen kann.

Konkret: Außen sehr laut zu sein, damit im Innenraum das gedämmte Feedback ankommt, welches dem Fahrer das Gefühl gibt, mit einem sehr interessanten Motor zu fahren. Das wird zwar noch gemacht, doch es wird sich immer mehr auf Sportwagen beschränken, für die etwas andere Regularien gelten.

Gibt es noch weitere Aspekte, die für ASM sprechen?

Sound-Design und ASM: Simon Ahrens
Simon Ahrens, Bose Automotive (Foto: Bose)

Ahrens: Ja, und zwar CO2-Ausstoß und Spritverbrauch. Wegen der strengen Vorgaben und des Wettbewerbs in diesem Bereich ersetzen die Autobauer zum Beispiel Vierzylindermotoren immer mehr durch Zwei- und Dreizylinderaggregate.

In Verbindung mit einer höheren Verdichtung kann jeder eingesparte Zylinder den Spritverbrauch reduzieren. Allerdings klingen diese Motoren konstruktionsbedingt nicht besonders aufregend oder sogar lästig.

Das Downsizing auf Motoren mit zwei oder drei Zylindern bringt eine ganze Reihe von Problemen mit sich. Man hat zum Beispiel die Kräfte, die im Motor auftreten, nicht so gut im Griff.

Können Sie das konkretisieren?

Ahrens: Ja, das bedeutet, dass die Massenkräfte und Drehmomente, die bei jedem Umlauf auftreten, nicht so gut ausgeglichen werden wie beispielsweise bei einem Sechszylinder-Reihenmotor oder einem V-12-Triebwerk.

Auch bei einem Vierzylinder bekommt man aber die resultierenden Kräfte mit Ausgleichswellen, elastischen Motorlagern und entsprechender Dämpfung recht gut behandelt.

ASM Blockdiagramm
ASM (Active Sound Management) nutzt das vorhandene Auto-HiFi-System, um mit EHC (Engine Harmonic Cancellation) und EHE (Engine Harmonic Enhancement) den Sound des Motors so angenehm wie möglich für die Insassen zu gestalten. Von der elektronischen Motorsteuerung (ECU) werden relevante Daten wie Drehzahl an den DSP der Headunit weitergegeben (Foto: Bose)

Aber ASM kann sicher nicht all diese Maßnahmen ersetzen?

Ahrens: Gegen die mechanischen Vibrationen können wir nichts machen, aber wir können den Luftschall positiv beeinflussen. Die Zwei- und Dreizylindermotoren sind ein interessantes Thema.

Man hat festgestellt, dass die Fahrer bei diesen Motoren aufgrund der Geräuschentwicklung dazu neigen, mit sehr hohen Drehzahlen zu fahren.

Dadurch erhält das Klangspektrum Frequenzen, die man von herkömmlichen Vierzylindermotoren bei niedrigeren Drehzahlen kennt. Allerdings wirkt sich das negativ auf Schall- und Abgasemissionen aus, der ganze ökonomische Vorteil des kleineren Motors geht also verloren. Und der ökologische auch.

Wenn man aber mit EHC beziehungsweise EHE herangeht, kann man den Klang des Motors für den Fahrer so gestalten, dass man ihn auf eine angenehme Art darauf hinweist, wie der Motor gefahren werden möchte.

Man kann den Klang so beeinflussen, dass der Motor in seinem effizientesten Betriebspunkt auch besonders gut klingt. Man mischt ihm zum Beispiel per EHE Klanganteile bei, die ihn kernig klingen lassen.

Gleichzeitig kann man mit EHC stark dröhnende Klanganteile zurücknehmen, damit sich ein Sound einstellt, wie man ihn von größeren Motoren gewohnt ist.

Was Sie da gerade beschrieben haben, klingt nach einem gigantischen technischen Aufwand. Wie viele Monate oder Jahre dauert denn so eine Entwicklung?

Sound-Design und ASM: Ulrich Fox, Bose Automotive.
Ulrich Fox, Bose Automotive (Foto: Bose)

Fox: Das ist ja genau der Vorteil von aktivem Sound-Management. Wenn die Motorenbauer ein Teil ändern wollen, bedeutet das großen Zeit- und Kostenaufwand. Mit ASM geben wir den Autoherstellern das Werkzeug in die Hand, mit dem sich quasi in allerletzter Minute noch die gesamte Klangabstimmung ändern lässt.

Das ist allein eine Sache der Software-Einstellung. Deshalb erfreut sich das Thema auch immer größerer Beliebtheit. Nachdem wir erst mal das System entwickelt hatten, wurde bei der Anwendung in der Serie alles einfacher für die Automobilentwickler.

Sie verwenden das bereits bestehende Sound-System und füttern unseren Algorithmus mit Daten von der Motorelektronik, die ohnehin vorhanden sind.

Zusätzlich müssen sie nur gezielt einige Mikrofone platzieren, um das aktuelle Motorgeräusch aufzunehmen. Den Rest erledigt der Algorithmus, mit dem sich die Klangabstimmung relativ bequem verändern lässt.

Weitere Informationen zum Active Sound Management bei Bose.

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