Sounddesign- und Analyse Leiser Herd ist Goldes wert

Als einer der führenden Hersteller von Haushaltsgeräten mit mehr als 40 Millionen verkauften Produkten im Jahr, entwickelt Electrolux regelmäßig neue Geräteserien, die nach dem neuesten Stand der Technik besonders verbraucherfreundlich, energieeffizient und langlebig ausgelegt werden. Der schwedische Konzern folgt dabei der skandinavischen Tradition des \’Thoughtful Designs\‘, bei dem Kundenanregungen und -vorschläge in alle Aspekte der Produktentwicklung einfließen. Die Firma optimiert die Schallpegel und den \’Klang\‘ ihrer Produkte mit den Softwarepaketen si++Workbench sowie siVision von Soundtec. Einfache Handhabung Das Multichannel-Signalanalysesystem si++Workbench ist eine integrierte Software für Akustik und Körperschallmessungen, deren Analyse und die Dokumentation. Alle Schritte zur Schallmessung werden mit diesem Programm elegant erledigt, da die Ingenieure bei Electrolux, genau wie alle anderen Anwender auch, präzise bestimmen können, was analysiert werden soll, was angezeigt wird und wie es im Bericht erscheint. Die Handhabung ist auf jeder Stufe einfach und intuitiv – nach der ersten Aufnahme und Analyse ist jede weitere mit einem einzigen Mausklick erledigt. Der gesamte Aufgabenbereich vom standardisierten Test bis zur Spezial-Analyse ist durch diese Programmoberfläche abgedeckt. Alle Möglichkeiten der si++ Signalverarbeitung werden auf einfache Weise zur Verfügung gestellt. Damit die Software siVision visualisieren kann, welche Anteile von Geräuschen das menschliche Gehör wahrnimmt, wird der Schall automatisch in Töne, Modulationen und Restgeräusche zerlegt. Die einzelnen Komponenten werden jedoch nicht nur übersichtlich dargestellt, sondern auch automatisch auf ihre Wahrnehmbarkeit hin bewertet. Dies wird durch eine einzigartige Analysemethode ermöglicht, die neueste psychoakustische Modelle sowie nichtlineare Filtertechniken verwendet. Die potenziell störenden Modulationen bzw. Töne werden jeweils relativ zu den stochastischen Anteilen abgebildet, entweder auf den Kurven gleicher Lautheit oder als prozentueller Anteil. Bei Electrolux erkennt man so auf den ersten Blick, welche Töne oder Modulationen als Störquelle wirken und wie weit diese abgesenkt werden müssen, um nicht mehr wahrgenommen zu werden. Je nach Qualitätsanforderung sind die angezeigten Lautheitsstufen frei justierbar, sodass die Ingenieure gemäß ihrer Zielvorgaben das Schall­ereignis frei bearbeiten können. Diese individuelle Bedienbarkeit wird jedoch nicht durch komplexe Schritte oder einen hohen Arbeitsaufwand erkauft. Die selbsterklärende grafische Darstellung und die sofortige akustische Ausgabe des modifizierten Geräuschs erlauben eine intuitive Bedienung. Dadurch, dass auch die bekannten physikalischen Größen (z.B. Schalldruck in dB und Frequenz in Hz auf einer logarithmischen Skala) stets angezeigt werden, können die akustischen Zusammenhänge besonders leicht erfasst werden. 20dB(A) Dynamik mit 24 Mikrofonen Die Kombination der beiden Softwaretools ermöglicht dem Elektrogerätehersteller seit vielen Jahren eine einfache und zuverlässige Messung der Schallleistungspegel. In besonders kniffligen Fällen, in denen eine akustische Störquelle exakt lokalisiert werden muss, nutzen die Entwickler weitere Dienstleistungen von Soundtec, wie z.B. die Beam­formingkamera siTracer. Diese arbeitet mit dem neuen Sound-Identification-Algorithm (SIA), der eine Dynamik von 20dB(A) mit nur 24 Mikrofonen in optimierter Anordnung erreicht. \“Mit der Kamera können wir Geräuschquellen genau orten, das Sounddesign optimieren und potenzielle Störquellen sicher erkennen und beheben\“, erläutert Martin Schuricht, Testingenieur Packaging and Noise bei Electrolux. Der bei siTracer verwendete Algorithmus beruht auf einer Identifikation und Trennung der räumlichen Schallquellen. Technisch ist er zwischen Schallfeld-Holographie und Beamforming angesiedelt. Statt eine bessere Abbildung durch eine extrem hohe Anzahl von Mikrofonen zu realisieren, wird dies beim SIA durch die innovativen Rechenverfahren geleistet. Dazu hat Soundtec ein spezielles zweidimensionales Array mit 24 Mikrofonen konstruiert, in dem die Mikrofone in unregelmäßigen Abständen angeordnet sind. Die Darstellung lässt sich bis auf 20dB Dynamikumfang in einem Frequenzband ausdehnen, sodass das Schallfeld mit allen hörbaren Details sichtbar wird. Die so verbesserte Auflösung und Darstellung der Schallquellen ermöglicht effektive Optimierungen an Geräten und Maschinen, da nicht nur der lauteste Schallanteil abgebildet wird, sondern auch die anderen Schallanteile, die normalerweise überdeckt werden. Neuartige nichtlineare Filtertechniken Zwischen tatsächlichem Schallereignis und subjektivem Hörempfinden treten je nach Frequenz starke Unterschiede auf. Darüber hinaus haben der zeitliche Verlauf sowie die Frequenzbandbreite einen Einfluss auf die Wahrnehmung. Um die Lautstärke dennoch quantifizieren zu können, wird klassischerweise der – meist A-bewertete – Schalldruckpegel angegeben. Dieser entspricht zumindest bei mittleren Lautstärkepegeln zwar in etwa dem proportionalen Lautstärkeverhältnis, wie es auch das menschliche Ohr wahrnimmt, gibt aber keine Auskunft darüber, wie das Geräusch subjektiv empfunden wird. Leisere, das Hörerleben beeinflussende Geräuschkomponenten werden vom Schalldruckpegel ebenfalls nicht erfasst. Psychoakustische Größen wie Lautheit, Schärfe oder Rauigkeit bilden schon stärker das Hörereignis ab, da bei deren Ermittlung Faktoren wie Maskierungseffekte oder Modulationen berücksichtigt werden. Allerdings müssen diese Bewertungen in aufwändigen Hörtests ermittelt oder mit auf diesen Hörtests basierenden komplexen Algorithmen errechnet werden. Für eine absolute Qualitätsbeurteilung sind die psychoakustischen Größen allein jedoch nicht geeignet, da sie individuell und situationsabhängig von den Probanden unterschiedlich bewertet werden. Um die physikalischen Eigenschaften eines Geräuschs mit der Hörempfindung in eine verifizierbare Beziehung zu setzen, bedarf es daher eines Werkzeugs, das das Hörerlebnis realistisch abbildet und gleichzeitig eine objektive technische Analyse erlaubt. Für die Beurteilung der Tonalität und der zeitlichen Feinstruktur eines Geräuschs haben die Physiker bei Soundtec ein innovatives Verfahren entwickelt und in siVision integriert, das ein Modell des menschlichen Gehörs sowie neuartige nichtlineare Filtertechniken verwendet. Ordnungen erstmals auch ohne Kenntnis der Drehzahl filtern Die automatische Separierung der Geräuschkomponenten erfolgt durch die Software siVision, die die Berechnungen mithilfe einer gehörgerechten Filterbank ausführt. Wie von der Terzanalyse gewohnt, erfolgt die Darstellung der Ergebnisse aber in Pegeln in Dezibel auf einer logarithmischen Frequenzskala in Hertz. Dies gibt dem Anwender ein Werkzeug an die Hand, mit dem sich nicht nur sämtliche Störkomponenten, sondern auch deren jeweilige Stärke auf einen Blick erfassen lassen. Die verschiedenen Filtergruppen lassen sich je Geräusch in unbegrenzter Anzahl kombinieren. Zudem können bis zu 240 Geräuschdateien gleichzeitig geladen und beim Abspielen hin- und hergeschaltet werden. Dadurch erhält der Nutzer konkrete, in dB quantifizierte Zielsetzungen, wie weit er die Störkomponenten am realen Objekt senken muss, um die gewünschte Geräuschqualität zu erhalten. Tonale Komponenten oder Modulationen können dabei entweder über die Drehzahl als Ordnungen oder aber im jeweiligen Frequenzbereich analysiert und gefiltert werden. Dadurch, dass siVision das Schallereignis selbsttätig in seine Komponenten trennt, können die Ordnungen erstmals auch ohne Kenntnis der Drehzahl gefiltert werden. Auch die Modulationen lassen sich mit der innovativen Software direkt filtern. Die Bewertungen und Modifikationen am Geräusch können sofort akustisch überprüft werden. Die Software liefert eine objektivierte Benotung der tonalen Komponenten im Geräusch. Dies erreicht siVision durch den Vergleich der Kurven gleicher Lautheit der tonalen Anteile. Diese Funktion lässt sich vom Benutzer auch umgekehrt nutzen: Gibt er die Note für die gewünschte Geräuschqualität in das System ein, filtert siVision automatisch das Geräusch soweit, dass die Zielvorgabe erreicht wird. Durch die Betrachtung der eingesetzten Filter werden dann sofort die problematischen Komponenten sichtbar. Durch die automatische Geräuschzerlegung, die intuitive Bedienung, die detailreiche und übersichtliche Visualisierung sowie die vielen Interaktionsmöglichkeiten ist siVision das ideale Tool sowohl für die Produktverbesserung mittels Schallquellenidentifikation als auch für ein effektives Sounddesign. Für weitere (Offline-) Analysen, Bearbeitungen und die Dokumentation lassen sich die wesentlichen ermittelten Werte auch direkt in die siWorkbench-Software von Soundtec übernehmen.