Manchmal wissen wir die Geräusche unserer Fahrzeuge wirklich zu schätzen - wie das kräftige Grollen eines großen V8-Motors oder das befriedigende Surren eines Turboladers. Aber seien wir mal ehrlich, nicht alle Autogeräusche lösen die gleiche Begeisterung aus. Die aktive Geräuschunterdrückung bekämpft diese weniger angenehmen Geräusche wie Klimaanlagen, Wind, Reifenbrummen und Straßengeräusche, indem sie Schallfrequenzen erzeugt, die sie im Wesentlichen "stumm" schalten.
Ihr Auto der Zukunft: eine Oase der Ruhe
In den Städten von morgen gleiten die Fahrzeuge lautlos und emissionsfrei dahin. Ihre Innenräume werden zu Oasen der Weite, des Komforts und der Ruhe. Nahtlos integrierte technische Funktionen verwandeln diese Räume in Büros für fleißige Berufstätige, Lounges für Erholungssuchende und friedliche Rückzugsorte von der hektischen Welt da draußen. Im Grunde genommen bietet das Auto der Zukunft ein erstklassiges Fahrerlebnis auf vier Rädern.
Geleitet von dieser Vision erforschen Automobilhersteller, Systementwickler und Soundexperten unermüdlich neue Technologien, um ein umfassendes, individuelles und angenehmes Klangerlebnis im Innenraum zu schaffen. Zu diesem Ziel gehört unter anderem die Minimierung von Hintergrundgeräuschen im Innenraum. Und genau hier kommt die aktive Geräuschunterdrückung ins Spiel.
Was ist aktive Geräuschunterdrückung (ANC) also genau?
Das "C" in ANC steht für "Auslöschung", aber "Kontrolle" ist ein passenderer Begriff. Bei ANC geht es nicht darum, Geräusche zu unterdrücken, sondern sie so zu steuern, dass sie weniger aufdringlich sind. ANC ist ein integriertes System, das unerwünschte Umgebungsgeräusche reduziert. Es stützt sich in der Regel auf Mikrofone, um Schallpegel und Frequenzen zu überwachen. Diese Daten werden dann verarbeitet, um ein eindeutiges Signal mit umgekehrter Phase zu erzeugen. Anschließend geben die Lautsprecher des Fahrzeugs diesen speziellen Ton ab, der mit den vorhandenen Geräuschen interagiert und diese effektiv reduziert oder sogar ganz auslöscht. Einfach ausgedrückt: Es entsteht entweder ein unhörbarer oder ein für menschliche Ohren weniger wahrnehmbarer Klang.
Aktive Geräuschunterdrückung: nicht so einfach, wie es klingt
Das mag sich alles einfach anhören, ist es aber nicht. Eine Lösung zur aktiven Geräuschunterdrückung für den Fahrzeuginnenraum unterscheidet sich erheblich von den Ohr- oder Kopfhörern, die Sie täglich benutzen und die in einem "definierten" Hörszenario arbeiten.
Ein solches System im Innenraum eines Fahrzeugs ist vergleichbar mit der Feinabstimmung eines Orchesters - es harmonisiert die verschiedenen Klänge, wenn ein Fahrzeug von der Autobahn in eine belebte Stadt übergeht. Im Innenraum ist die Hörsituation aufgrund der verschiedenen Elemente, die die Klangwahrnehmung beeinflussen, weitaus komplizierter: Größe und Form der Kabine, ihre akustischen Eigenschaften, die Sitzpositionen der Passagiere, ihre Bewegungen, die Polsterung und sogar ihre Kleidung! Diese Komplexität macht die Entwicklung eines Systems, das genau und schnell genug ist, um das komplizierte Zusammenspiel dieser Faktoren zu steuern, zu einer großen Herausforderung.
Im Kern besteht ein System zur aktiven Geräuschunterdrückung aus zwei Sensoren: einem für die Messung des Geräuschfeldes und einem für die Messung des reduzierten Geräusches. Typischerweise umfasst es einen Eingangssensor, einen Fehlersensor, einen adaptiven Filter und eine Auslöschungsquelle. Um jedoch alle oben genannten Variablen effektiv zu berücksichtigen, ist eine Vielzahl von Sensoren und Mikrofonen erforderlich, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten.
Rauschen, Latenzzeit und Frequenzbereich
In diesem komplexen Umfeld gehört die Art des Rauschens, die Latenzzeit und der Frequenzbereich, insbesondere bei Signalen mit höheren Frequenzen, zu den wichtigsten Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt. Aus diesem Grund konzentrieren wir uns bei Kendrion auf Frequenzen bis zu 300 bis 500 Hz. Eine wirksame Reduzierung dieser Frequenzen ist aufgrund der Wellenlängen der Signale schwierig. Darüber hinaus geht es auch um statische oder sporadische Signale - und darum, diese vorherzusehen und sofort darauf zu reagieren. Dabei geht es vor allem um Geräusche wie Wind- und Reifengeräusche, die sowohl unregelmäßig als auch zufällig sind.
KI und verwandte Technologien können hier eine große Hilfe sein. Algorithmen allein haben Schwierigkeiten, diese Signale schnell zu erkennen und ohne Latenzzeit zu reagieren. Es ist schwierig, in Echtzeit zu reagieren; schon eine Abweichung von einer Millisekunde kann zu einer Verstärkung der Geräusche führen. Die künstliche Intelligenz analysiert kontinuierlich die Geräuschkomponenten der Umgebung und wählt automatisch den effektivsten Modus zur Geräuschunterdrückung aus.
Die Entwickler stehen vor der gewaltigen Herausforderung, eine effiziente und vielseitige Lösung zu entwickeln, die all diese Aspekte berücksichtigt und gleichzeitig energiesparend und kostengünstig ist. Darüber hinaus ist es von entscheidender Bedeutung, dass der Fahrer wichtige externe Geräusche wie Sirenen und Hupen sowie Hinweise wie ein ungesichertes Fahrgestell oder das Geräusch von schleifenden Trümmern wahrnimmt.
Blase und Zone
Welche Lösungen gibt es also bereits? Es gibt Hardware-/Softwarelösungen, die eine Reihe von Mikrofonen und Sensoren verwenden. Diese sind jedoch kostspielig und funktionieren aufgrund von Latenzproblemen nur innerhalb eines begrenzten Frequenzbereichs.
Neue reine Softwarelösungen helfen dabei, den Lärm am Zielort zu reduzieren, indem sie beispielsweise eine Blase oder Zone für die Passagiere schaffen. Diese Technologie wird in die Sitze integriert und nutzt die vorhandenen Lautsprecher, um eine Ruhezone um den Kopf des Passagiers herum zu schaffen.
Der alternative Ansatz setzt an der Quelle des Lärms an. In diesem Fall wird die Lösung in Produkte wie das HVAC-System integriert.
Wie kann Kendrion helfen?
Unerwünschten Lärm direkt an der Quelle zu minimieren, ist eine Herausforderung. Eine Möglichkeit besteht darin, ein Signal in Form von Vibrationen auf Oberflächen wie Kunststoffplatten oder die Windschutzscheibe zu übertragen, und zwar direkt dort, wo der Lärm wahrgenommen wird. Hier spielen unsere intelligenten Aktuatoren eine entscheidende Rolle. In Verbindung mit maßgeschneiderten Algorithmen erzeugen sie durch Phasenverschiebung ein "Antisignal", das Vibrationen und Geräusche wirksam reduziert.
Bei unseren Sound-Produkten gehen wir immer mehr zu einem reinen Software-Ansatz über. Wir sind stolz darauf, sagen zu können, dass Kendrion ein Pionier bei Innen- und Außensoundlösungen für Elektrofahrzeuge ist. In der Tat können wir auf ein Jahrzehnt an Software- und Akustik-Know-how zurückgreifen, das seinesgleichen sucht.
Derzeit führen wir eine Machbarkeitsstudie für ein rein softwarebasiertes, KI-gesteuertes ANC-System mit Frequenzbereichen < 500 Hz durch. Dabei arbeiten wir mit den externen Spezialisten TOPAS (Experten für Aerosolmessung, Partikeltechnologie und Algorithmen) und DOCK ONE (einem Digital- und Innovationslabor für Industrie 4.0) zusammen. Wir erforschen auch Möglichkeiten zur aktiven Geräuschunterdrückung mit einem großen Automobilhersteller. Es handelt sich um ein kompliziertes Feld, aber wir verfügen über eine hervorragende, fundierte Expertise und sehr kompetente Partner auf dem richtigen Gebiet.
Wir sind begeistert von dieser bahnbrechenden Technologie und setzen alles daran, eine effiziente, flexible und zukunftsfähige Lösung zu entwickeln. Das ist zwar eine große Herausforderung, aber unsere Ingenieure gehen sie mit Begeisterung und Entschlossenheit an!
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