Motorgeräuschsynthese auf Basis von Zylinderdruckdaten

Im Rahmen des FVV-Forschungsvorhabens „Hörbare Geräusche aus Zylinderdruckdaten“ wurde am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der RWTH Aachen University eine Methode entwickelt, aus Thermodynamikdaten ein anhörbares Motorgeräusch zu synthetisieren. Diese Methode hilft dabei, auch in frühen Phasen einer Motorenentwicklung die Geräuschqualität am Verbrennungsmotor zu bewerten, wenn direkte Akustikmessungen noch nicht möglich sind.

Die Methode zur Synthese des Motorgeräuschs stützt sich auf die Modellvorstellung, dass sich einzelne Teilgeräusche unabhängig voneinander betrachten lassen. Im vorliegenden Fall sind dies die Teilgeräusche „mechanisches Geräusch“, „Verbrennungsgeräusch“, „Injektorgeräusch“ und „Strömungsgeräusch“. Für jedes Teilgeräusch wird angenommen, dass es sich durch die Verknüpfung einer anregenden Größe (der Geräuschursache) mit der zugehörigen Charakteristik des Motors beschreiben lässt. Ist diese Übertragungscharakteristik bekannt, kann aus einer Messung der anregenden Größe das jeweilige Teilgeräusch bestimmt werden. Die Teilgeräusche werden dann synthetisch erzeugt. Das Gesamtgeräusch erhält man durch eine Überlagerung der Teilgeräusche. Während Daten zu den anregenden Größen z. B. bei Thermodynamikmessungen gewonnen werden, muss die Übertragungscharakteristik des Motors einmalig durch Messungen im Akustikprüfstand bestimmt werden. Die Modellvorstellung ist in der folgenden Abbildung illustriert.

 

 

Um zu bewerten, wie gut die neuentwickelte Methode funktioniert, wurden zu einigen Betriebspunkten eines Motors synthetische Geräusche erzeugt und mit zugehörigen Mikrofonmessungen verglichen. Die Bewertung wurde dabei von Experten der Automobilhersteller oder Zulieferer aus dem Bereich Motorakustik vorgenommen. Es zeigte sich, dass die Geräuschqualität anhand der synthetisch erzeugten Geräusche ganz ähnlich bewertet wird wie bei der Beurteilung mit Mikrofonmessungen.

Die folgenden Geräuschbeispiele für zwei Betriebspunkte eines Dieselmotors vermitteln einen Eindruck, wie sich die synthetisch erzeugten Geräusche anhören und wie nahe sie den Mikrofonaufnahmen bereits kommen. Nebenstehend sind die Geräuschspektren für die Gesamtgeräusche sowie die Teilgeräusche gezeigt.

Geräuschbeispiele: 1500 U/min, 6 bar pme

Mikrofonmessung
Gesamtsynthese
mechanisches Geräusch
Verbrennungsgeräusch
Injektorgeräusch
Strömungsgeräusch


Geräuschbeispiele: 2500 U/min, 10 bar pme

Mikrofonmessung
Gesamtsynthese
mechanisches Geräusch
Verbrennungsgeräusch
Injektorgeräusch
Strömungsgeräusch