Anwendungsbeispiel - Akustik-Tests

In den Sattel für eine bessere Akustik des E-Bikes

Wie man dem E-Bike das Heulen abgewöhnt

Kennen Sie das? Recht entspannt geht es dank Elektrounterstützung den Berg hinauf. Sie genießen die Natur. Nur das Pfeifen oder Heulen des Elektroantriebs stört. Das geht dem Radfahrer selbst so und auch dem überholten Wanderer. Was kann man tun? Im Nachhinein wenig. Schon beim Fahrradkauf muss man beachten, welchen Wert der Fahrradhersteller auf die Akustik legt.

Siemens bietet Herstellern mit Simcenter Simulation und Test verschiedene Lösungen für die Entwicklung und Validierung von E-Bikes. Die Lösungen unterstützen dabei, Anregungen und Strukturdynamik zu verstehen und mit diesem Wissen Schwingungsverhalten, Lebensdauer und nicht zuletzt die Akustik zu verbessern.

E-Bike Sound

Der E-Bike-Antrieb sollte am besten geräuschlos, zumindest aber angenehm sein. Entscheidend dafür ist nicht einfach der Schallpegel. Die Psychoakustik lehrt, dass die Lage und Verteilung der hauptsächlich beteiligten Frequenzen und insbesondere tonale Komponenten für das subjektive Empfinden der Menschen wesentlich sind. Solche tonalen Komponenten bei unangenehm hohen Frequenzen kann ein Elektroantrieb leider reichlich erzeugen.

Auch wenn der E-Bike-Käufer Begriffe der Psychoakustik nicht verwendet, hat er subjektiv das Empfinden von guter oder schlechter Sound Quality bei seiner Probefahrt und berücksichtigt den unterbewussten Eindruck bei der Kaufentscheidung. Glücklicherweise kann ein Akustikingenieur die Korrelation zwischen objektiv gemessenen Metriken und subjektiven Kundenbewertungen herstellen. Er untersucht dann den Ist-Zustand sowie die Ursachen des Schalls und sinnt auf Abhilfe.

Akustikmessung unterwegs

Der im Pkw-Versuch übliche Kunstkopf für gehörrichtige Akustikmessungen muss bei der Akustikmessung auf dem Fahrrad aus Platzgründen im Schrank bleiben. Stattdessen kommt der eigene Kopf mit einem binauralen Headset zum Ersatz. Um nicht vor allem Windgeräusche aufzuzeichnen, bekommen die Mikrofone Windschutzkappen.

Die Datenerfassung erfolgt durch ein kleines Frontend mit Akkuversorgung und integriertem Speicher. Das Simcenter SCADAS XS unterstützt neben dem Headset-Anschluss 12 weitere Sensorkanäle und zusätzlich unter anderem GPS, CAN und Drehzahlen. Auf dem Fahrrad können so mit jeder Messung weitere wichtige Informationen dokumentiert werden: durch zusätzliche Mikrofone direkt am Antrieb, durch Beschleunigungsaufnehmer an Rahmen, Lenker, Sattel und Dämpfern sowie durch GPS für Geschwindigkeit und Position. Eine zusätzliche Videokamera liefert Aufzeichnungen der Strecke für die spätere Analyse. Neben der Akustik können so Fragestellungen wie Rahmenschwingungen und Fahrkomfort untersucht werden.

Das kleine Simcenter SCADAS XS passt bequem in eine Tasche oder Rucksack. Dabei kann es über ein mit WLAN verbundenes Tablet konfiguriert und überwacht werden, alternativ zu völlig autarker Messung. Erste Analysen sind mit dem Tablet schon während der Fahrt oder besser in den Fahrtpausen möglich.

Gründliche Akustikanalyse und mehr

Typischerweise ist der erste Schritt der Analyse die Aufzeichnungen anzuhören, synchron mit Messdaten und Videos. Dabei können verschiedene Fahrzustände, Fahrradmodifikationen oder Fahrräder verglichen werden. Dann werden je nach Geräuschkomponenten Schalldruckpegelverläufe, Lautheit, Tonalität, Schärfe, Prominenz und andere Metriken hinzugezogen.

Woher weiß der Akustikingenieur eigentlich, welche Metriken auf von Kunden nicht akzeptierte Akustik hinweisen? Dazu wird er mit ein paar seiner Messungen Jurytests durchführen, in denen er seine Soundbeispiele auf reproduzierbare Art Kunden vorspielt und deren subjektive Meinung zum Geräusch einholt. Einmal auf diese Art kalibriert weiß er, auf welche Metriken er bei weiteren Tests achten muss.

Die Videos und Beschleunigungsmessungen am Fahrrad helfen, etwas über die Strecke und Fahrbahnbeschaffenheit nachzuvollziehen. Auf schlechter Fahrbahn entsteht viel Geräusch am Reifen-Fahrbahnkontakt und durch Vibrationen des Fahrrads. Das kann soweit führen, dass ein Elektromotorengeräusch auf einem Fahrrad-Rollenprüfstand deutlich präsent ist, während es auf rauer Fahrbahn komplett maskiert und daher nicht mehr wahrgenommen wird. Während normale Spektren jede Geräuschkomponente weiter als Peak anzeigen, berücksichtigt die Lautheit als wichtige Basis der Psychoakustik solche Maskierungseffekte.

Fahrkomfort und Rahmenschwingungen sind weitere Themen, die aus der gleichen Messung untersucht werden können. Auf schlechter Strecke könnte man auch die auftretenden Humanschwingungen bewerten.

Aber dürfte der Fahrer nach Arbeitsschutzverordnungen überhaupt den ganzen Tag Messungen auf schlechter Strecke nachgehen oder ist die Vibrationsexposition für einen 8 Stunden Arbeitstag zu hoch? Lassen wir das.

Bei den wenigsten ist das E-Bike ein vom Arbeitgeber gestelltes Arbeitsmittel. Beim Freizeitsport steht der Spaß im Vordergrund und ein wenig Leiden ist erlaubt.

Lust auf eine größere Runde zum Thema E-Bike?

Wenn sie mehr wissen wollen, empfehlt sich unser Blog mit Bildern und Videos einer Vergleichsmessung zwischen mehreren E-Bikes.

Zum Blog

 

Sprechen Sie mit einem Siemens Experten

Anfrage senden

 

aktuelle Newsletter