Ein kurzer Druck aufs Gaspedal und der Wagen beschleunigt mit Macht die lange Gerade hinunter. Der Motor quittiert den Befehl mit kernigem Knurren, das sich rasch steigert, aber auch bei Vollgas nicht aufdringlich wird. “So muß er klingen, der Boxster”, sagt Rolf von Sivers stolz. Der Ingenieur vom Porsche-Entwicklungszentrum in Weissach hat dafür gesorgt, daß das neue Cabrio der Sportwagenschmiede standesgemäß klingt: kraftvoll, dynamisch, aber nicht penetrant.
Ein Blick in die einschlägigen Blätter der Benzindampfpresse bestätigt: Beim Boxster oder beim neuen 911er-Modell ist der Motorklang das Thema Nummer eins. Nüchterne Mängellisten weichen Abenteuerreportagen – als gleiche das Auto einer Stradivari.
Sivers und seine 40 Mitarbeiter in der Akustikabteilung bei Porsche wissen nur zu gut, wie schwierig es ist, einem neuen Auto die richtigen Töne beizubringen. Allein der Motor besteht aus 1000 Teilen, die schwingen, aneinander reiben und ihren Schall auf Nachbarteile übertragen. Um den Lärmquellen auf die Spur zu kommen, bedienen sich die Porsche-Akustiker modernster Technik. In einem schalltoten Raum mit einem Motorenprüfstand wird der Motorenlärm über den gesamten Drehzahlbereich mit Mikrofonen oder Vibrationssensoren aufgenommen und in den Computer eingespeist.
Christian Lange, von seinen Kollegen “der Internist” genannt, erkennt anhand der dreidimensionalen farbigen Darstellung, wo der Lärm entsteht. Mit dem Computer legt Lange um den Motor Kontrollflächen, an denen er die Ausbreitung des Schalls bestimmt. Die Kontrollflächen können ein Würfel oder auch das Blechkleid eines neuen Autos sein. Sie machen sofort sichtbar, welche oft unerwarteten Wege der Schall nimmt.
Mit Hilfe der Computerdarstellung wäre es für die erfahrenen Ingenieure nun leicht, die ärgsten Lärmquellen mundtot zu machen – zum Beispiel mit Dämmelementen, die den Innenraum vom Motorraum abschirmen. Doch die Reduzierung des Schallpegels ist nicht das einzige Ziel der Akustiker. Sie wollen dem Geräusch auch den charakteristischen Porsche-Stempel aufdrücken. Dazu kann es nötig sein, die Dämmplatte an manchen Stellen schalldurchlässiger zu machen oder das Kurbelwellengehäuse aufwendig aus einem Aluminiumblock mit Stahleinlegeteilen zu fertigen, um bestimmte Frequenzen zu reduzieren oder zu betonen. Der Aufwand hat seinen Preis: “Akustikdesign macht ein Produkt immer teurer”, gesteht Rolf von Sivers.
Den Gedanken, den typischen Porsche-Klang künstlich per Lautsprecher zu erzeugen, haben die Akustik-Experten wieder fallengelassen. “Damit kann man einen Kleinwagen wie einen Porsche klingen lassen”, sagt Sivers, “aber der subjektive Eindruck ist nicht derselbe.” Der Grund: Nicht nur der Luftschall entscheidet über den Klangeindruck, sondern auch der Körperschall, das heißt die Vibrationen, die über die Karosserie auf die Insassen übertragen werden. Inzwischen sind die Computerprogramme so gut, daß die Porsche-Ingenieure auch den fühlbaren Anteil der Vibrationen beeinflussen können.
Wer glaubt, Akustikdesign sei nur etwas für PS-Protze, täuscht sich. Sämtliche Automobilhersteller besitzen eigene, zum Teil weit größere Akustiklabors und nehmen darüber hinaus auch die Dienste der Experten in Weissach oder anderer Anbieter in Anspruch. Dabei geht es nicht nur um das Motorengeräusch, die Eigenschaften des Schalldämpfers oder die Vibrationsisolierung, sondern um vermeintlich banale Dinge: Signalisieren die Türen beim Schließen durch ein sattes “Plopp” hohen Qualitätsstandard oder klingen sie eher klapprig? Dreht sich der Lichtschalter mit einem dezenten Klicken oder mit einem heißeren Schaben? Tickt der Blinker richtig, schwappt das Benzin im Tank hin und her?
Mit solchen Fragen beschäftigt sich Dr. Jan-Welm Biermann, der an der RWTH Aachen das Fach Fahrzeugakustik lehrt und mit seinen sieben wissenschaftlichen Mitarbeitern ein Psychoakustiklabor betreibt. Zu Biermanns Kunden gehören alle, die in der Autoindustrie Rang und Namen haben, aber auch Hersteller von Mähdreschern und Industriemaschinen.
Biermann beschäftigt sich schon seit Jahren mit der Frage, warum bestimmte Geräusche als angenehm empfunden werden und andere – vielleicht sogar leisere – als lästig. Meist kommen die Hersteller und Zulieferer mit einem konkreten Problem nach Aachen: Irgendein Bauteil klingt nach Ansicht der Ingenieure oder Marketingexperten anders, als es die Kunden erwarten. Biermanns Team rückt dem Problem generalstabsmäßig zu Leibe. Zuerst wird das beanstandete Geräusch mit einem Kunstkopf digital auf Band aufgenommen. Die meisten Labors, die sich mit Akustikdesign befassen, verwenden dazu den Kunstkopf mit eingebauten Mikrofonen der Firma Head acoustics in Herzogenrath bei Aachen. Durch die lebensechte Nachbildung der Haut und der Gehörgänge wird schon bei der Aufnahme die ungleichmäßige Wahrnehmung verschiedener Frequenzen des menschlichen Gehörs berücksichtigt.
Im zweiten Schritt errechnet ein Computer aus dem Geräusch ein Diagramm, in dem Frequenzen und Schallpegel im zeitlichen Verlauf dargestellt sind. Geübte Akustiker erkennen an charakteristischen Farbmustern bereits jetzt, wo das Problem liegt. Durch eine Fülle raffinierter Filter manipulieren sie das Ausgangsgeräusch so lange, bis sie ein optimales Zielgeräusch gefunden haben.
Ob dieses Geräusch Gnade vor den Kunden findet, wird in einem Test im Psychoakustiklabor untersucht. Mehrere Probanden hören verschiedene, vom Computer erzeugte Varianten des Geräuschs und müssen die Eigenschaften nach einem vorgegebenen Fragebogen bewerten. Kein leichtes Unterfangen für die Testpersonen, denn unser Gehör besitzt ein schlechtes Kurzzeitgedächtnis. Geräusche lassen sich deshalb am besten beurteilen, wenn sie direkt hintereinander gehört und mit einem Referenzgeräusch verglichen werden.
Wenn sich ein Geräusch als besonders angenehm empfohlen hat, wird dem Auftraggeber das Ergebnis vorgelegt. Doch jetzt fängt der kniffelige Teil der Arbeit erst an: Wie läßt sich der künstlich kreierte Klang in ein fertiges Produkt umsetzen? Denn am Computer läßt sich vieles ausprobieren, was in der Praxis nie und nimmer funktioniert. Den Aachener Akustikexperten kommt zugute, daß sie als Maschinenbauer das ingenieurmäßige Denken im Hinterkopf haben und deshalb “unmögliche” Klangspektren von vornherein ausschließen. Dennoch: “Bei der Umsetzung ist eine Menge Erfahrung nötig”, sagt Jan-Welm Biermann. Da hilft es, wenn man weiß, wie man ein Türschloß mit einer Gummischeibe so beeinflussen kann, daß das Schließgeräusch weicher klingt.
Daß Akustikdesign immer wichtiger wird, sieht Biermann an seinen vollen Auftragsbüchern. Rund 30 Aufträge bearbeitet sein Labor jährlich, darunter auch die akustische Beeinflussung von Werkzeug- oder Textilmaschinen, wo es in erster Linie um das Verringern der Lautstärke geht. Doch gerade dieser Trend zum leisen Produkt hat in den letzten Jahren neue Probleme mit sich gebracht. Früher wurden unangenehme Bestandteile eines Geräuschs vom allgemeinen Lärm verschleiert. Doch mit dem Absenken des Pegels wegen strenger Auflagen des Gesetzgebers tauchten immer mehr Bergspitzen im Geräuschnebel auf, die den Kunden plötzlich unangenehm aufstießen. Hinzu kommt, daß immer mehr Kunststoff und schwingungsanfällige Leichtbaumaterialien mit ungünstigen akustischen Eigenschaften verwendet werden, weil sie billiger sind oder den Spritverbrauch reduzieren.
Die Kritik, Akustikdesigner betrieben Etikettenschwindel, läßt Biermann nicht gelten. So wie das Aussehen eines Produkts die Kaufentscheidung beeinflusse, so wichtig sei den Kunden heute ein angenehmes Geräusch.
Daß ein guter Klang nicht nur bei zigtausend Mark teuren Autos entscheidend ist, beweist der Haushaltsgeräte-Hersteller Braun in Kronberg bei Frankfurt. Ob Mixer, Haartrockner, Rasierapparat oder Wecker – kein Gerät geht in Serie, bevor sein Geräuschverhalten unter die Lupe genommen wurde. Dr. Wolfgang Brey, bei Braun unter anderem für die Akustikforschung zuständig, benutzt dazu dieselbe Ausrüstung wie die Kollegen von der Fahrzeugakustik: Kunstkopf, digitaler Recorder, Computer zum Verändern der Klänge und mehrere Plätze, wo Testpersonen die Geräusche bewerten können. Während früher nur die meßbare Lautstärke eine Rolle gespielt hätte, gelte es heute immer mehr psychoakustische Phänomene zu beachten, sagt der studierte Ingenieur.
Am Beispiel eines Föns zeigt Brey, welche Rolle unbewußte Wahrnehmungen bei der Beurteilung von Geräuschen spielen. Von zehn unterschiedlichen Föngeräuschen wird nicht das objektiv leiseste bevorzugt, sondern das Geräusch, das seinen Schwerpunkt in einem schmalen Band bei tiefen Frequenzen hat. Mit den tiefen Frequenzen assoziieren die Probanden Eigenschaften wie “kraftvoll” und “gute Trockenleistung”, während hohe Frequenzen als “gequält” eingestuft werden. Ist der Fön insgesamt zu leise, wird er als zu “schlapp” empfunden.
Die Probanden sehen bei den Hörtests immer das betreffende Produkt vor sich, damit möglichst viele Sinne angesprochen werden. Ein kraftlos surrender Fön klingt noch schwachbrüstiger, wenn er äußerlich groß und schwer wirkt. Optik und Akustik hängen also zusammen.
Alle Register der Psychoakustik muß Brey ziehen, wenn bestimmten Geräuschen bestimmte Funktionen zugeordnet werden sollen. Ein Beispiel: das “Pratzeln” beim Abschneiden eines Barthaares. Das helle Knistern entsteht, wenn die Klinge des Scherkopfs vom Barthaar gespannt wird und beim Schneiden des Haares ruckartig zurückspringt.Durch eine veränderte Größe der Messer konnte Brey diese hochfrequente Schwingung so verstärken, daß der Benutzer auch ohne Spiegel stets im Bilde ist, wo noch Bartstoppeln stehen.
Auch extra auffällige Klänge hat Brey in seinem Repertoire. Jeder Besitzer eines Braun-Weckers kennt das penetrante Piepsen, das stufenweise lauter wird und selbst den ärgsten Morgenmuffel aus dem Bett wirft. “Hohe Frequenzen in kurzer Folge werden im Schlaf am ehesten wahrgenommen”, weiß Brey aus Erfahrung.
Auf der anderen Seite ist derselbe Wecker ein wahrer Leisetreter: Das Tickgeräusch eines Funkweckers, das sowieso nur einmal in der Minute auftritt, wenn der Minutenzeiger weiterspringt, war schon beim alten Modell relativ leise. Doch beim Nachfolger gab Brey erst Ruhe, als er die Lautstärke des Tickens um 15 Dezibel (ungefähr auf ein Drittel) reduziert hatte. Doch leise war Brey nicht genug: Er verstärkte das Signal wieder elektronisch auf das alte Niveau und spielte das Geräusch mehreren Testpersonen vor, um auch das Frequenzspektrum zu optimieren. Erst danach wurde der Pegel endgültig abgesenkt und liegt nun im nahezu unhörbaren Bereich. Dazu mußte das Uhrwerk gezielt geölt und der Minutenzeiger minimal verkürzt und verschmälert werden.
Die Folge: Stöße in den Zahnrädern werden gedämpft und der Antrieb muß weniger Last bewegen. “Zu schmal durfte der Zeiger auch nicht sein, sonst hätte das Aussehen gelitten”, nennt Brey das Dilemma.
Wozu der ganze Aufwand? “Wir sind heute viel geräuschempfindlicher als früher”, sagt Brey. Wer das angesichts des gestiegenen Verkehrslärms für paradox hält, sollte einmal versuchen, neben Omas alter Pendeluhr oder dem mechanischen Rasselwecker einzuschlafen. Der Selbstversuch beweist, wie sehr sich unsere Hörgewohnheiten verändert haben. Am empfindlichsten sind in dieser Hinsicht die Japaner. Aufgrund der dünnen Wände sind im Land der aufgehenden Sonne laute Haushaltsgeräte praktisch unverkäuflich.
Ebenfalls aus Japan kommt ein neuer Trend, der nach dem optischen und dem akustischen Design nun auch den Geruch eines Produkts optimieren will. So gab es erste Versuche mit Rasierern, in die ein Geruchsstein eingebaut war. Doch der roch penetrant, sagt Wolfgang Brey. Vom Tisch ist das Thema für ihn allerdings noch lange nicht: “Ich könnte mir schon vorstellen, daß auch Braun in Zukunft Geruchszusätze für Rasierer anbietet.”
Die fünf Eigenschaften eines Klangs
“Musik wird oft nicht schön gefunden, weil sie stets mit Geräusch verbunden”, dichtete einst Wilhelm Busch.
Ob und warum Geräusche mal als angenehm und mal als störend empfunden werden, können Akustikexperten heute sehr genau beurteilen. Sie verwenden dazu fünf, nur zum Teil genormte Parameter, mit denen sich jedes Geräusch psychoakustisch klassifizieren läßt.
Lautheit: Gibt die absolute Lautstärke eines Geräusches an. Schärfe: Hängt von der Frequenzverteilung ab. Geräusche mit einem Schwergewicht bei hohen Frequenzen werden als scharf empfunden. Tonalität: Tritt auf, wenn in dem Geräusch einzelne Töne – zum Beispiel Pfeiftöne bei einem Haartrockner – zu erkennen sind. Rauhigkeit: Ein Geräusch wird als rauh empfunden, wenn schnelle Lautstärkeschwankungen (um 100 Hertz) auftreten. Schwankungsstärke: Tieffrequente Lautstärkeschwankungen werden als “Pumpen” registriert.
Bernd Müller
