Visualisierungs- und Analysesoftware Höchste Qualität dank akustischer Prüfung

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Ob Qualitätsprüfung, Sound Design, Geräuschprototyping oder Schall- bzw. Störquellenidentifizierung – mit herkömmlichen akustischen Verfahren wie Terzanalyse oder Hörtests lassen sich diese Vorhaben nur sehr aufwändig und unvollständig realisieren. Soundtec hat dafür jetzt ein Tool entwickelt, das in Detailschärfe, Analyse- und Bearbeitungsfunktionen führend, aber dennoch einfach und intuitiv zu bedienen ist.

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Mit der Analyse- und Visualisierungssoftware siVision ist zum ersten Mal eine getrennte Filterung von Störung und Hintergrund möglich.
Mit der Analyse- und Visualisierungssoftware siVision ist zum ersten Mal eine getrennte Filterung von Störung und Hintergrund möglich.
( Archiv: Vogel Business Media )

Die aktuelle Version der Visualisierungs- und Analysesoftware siVision, die die Göttinger Akustikspezialisten anbieten, ist dank frei definierbarer Grenzkurven für Töne, Rauschen und Modulationen auch ideal für Qualitätskontrollen und Serienprüfungen geeignet. Zudem eignet sie sich nun auch als komfortable Bedienoberfläche von siTest, der Qualitätsprüfungssoftware für die Produktion.

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Eingesetzt wird das Analyse-Tool beispielsweise in der End-of-line-Kontrolle eines Herstellers von kleinen Antriebsaggregaten. Dabei werden diese nahezu ohne Isolierung gegenüber dem lauten Produktionsumgebungslärm getestet. Auch wenn die Funktionskontrolle positiv ausfällt, kann bereits eine Vorschädigung wie ein nicht ganz korrekter Zusammenbau der Teile akustisch erkannt werden. Durch die Filterung mit den siVision-Algorithmen hat das System eine extrem gute Erkennungsrate – die Bauteilfehlerraten liegen bereits im Subpromille-Bereich und auch nach 1,5 Mio. verkaufter Bauteile gab es keine Beanstandungen bei dem Soundtec-Kunden. Damit hat sich die akustische Qualitätsprüfung zusammen mit den üblichen Funktions- und Sichttests als äußerst wirksames Mittel bei der Qualitätsprüfung erwiesen.

Hochwertiger Klang als wichtiges Qualitätsmerkmal

Eine andere häufig nachgefragte Anwendung ist das Sound Design, beispielsweise für ein sattes, hochwertig klingendes Schließgeräusch einer Autotür. Ein guter, hochwertiger Klang eines Gebrauchsguts ist zunehmend ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Das haben längst nicht nur Automobilhersteller erkannt, sondern auch Produzenten von Haushaltselektronik oder die Verpackungsindustrie. Zudem kann eine störende Geräuschkomponente nicht nur den Gesamteindruck trüben, sondern sogar einen Mangel darstellen. Dabei ist die Fehlerquelle häufig nicht leicht zu finden. Um die Ursache eines Störgeräuschs (z.B. Klappern, Quietschen oder Brummen) herauszufinden, ist es sinnvoll, dieses als erstes aus dem Klangteppich der verschiedenen Betriebsgeräusche herauszufiltern. Hört man dann separat das einzelne Störgeräusch, ist dessen Ursache meist offensichtlich. Zudem lässt sich durch die akustische Analyse im Vorwege ermitteln, um wie viel das Störgeräusch gemindert werden muss, um unter der Hörschwelle zu liegen oder von den anderen Geräuschen überdeckt zu werden.

Akustik-Designer sorgen für den richtigen Klang

Ging man früher irrtümlich davon aus, dass ein qualitativ hochwertiges Produkt auch automatisch gut klingt (oder man sich schlicht keine Gedanken darüber machte), so beschäftigen viele Firmen inzwischen eigene Akustik-Designer, die für den richtigen Klang sorgen – sei es bei einer Autotür, einem Staubsauger oder beim Öffnen eines Schraubverschlusses. Da die meisten (technischen) Geräusche jedoch aus einer Vielzahl von Klängen, Modulationen und Rauschen bestehen, ist die Analyse und Verbesserung eines Geräuschs eine Wissenschaft für sich.

Sehen, was man hört

Während Sound-Designer bis vor einigen Jahren mit Terz-Analysen, psychoakustischen Testreihen, den eigenen Erfahrungswerten sowie zeitaufwändigem „Versuch und Irrtum“ arbeiten mussten, gibt es inzwischen für eingehende akustische Analysen und Bewertungen ein Werkzeug, das ausgefeilte Filtertechniken besitzt und psychoakustische Effekte berücksichtigt. So ist jetzt mit der innovativen Analyse- und Visualisierungssoftware siVision der Göttinger Akustikspezialisten von Soundtec zum ersten Mal eine getrennte Filterung von Störung und Hintergrund möglich.

Die Software visualisiert, was das menschliche Gehör von Geräuschen wahrnimmt. Der Schall wird dabei 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 Analysemethode ermöglicht, die neueste psychoakustische Modelle sowie nichtlineare Filtertechniken verwendet. Die potenziell störenden Töne bzw. Modulationen werden auf den Kurven gleicher Lautheit aus den stochastischen Anteilen abgebildet.

Der Anwender erkennt 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, so dass der Anwender gemäß seinen Zielvorgaben das Schallereignis frei bearbeiten kann. 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. Schall in dB und Frequenz in Hz auf einer log. Skala) stets angezeigt werden, lassen sich die akustischen Zusammenhänge besonders leicht erfassen.

Einfache physikalische Messungen reichen nicht aus

Zwischen tatsächlichem Schallereignis und subjektivem Hörempfinden treten je nach Frequenz starke Unterschiede auf. Darüber hinaus haben zeitlicher 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 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 Rauhigkeit 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 für diesen Zweck ein Verfahren entwickelt und in siVision integriert, das ein Modell des menschlichen Gehörs sowie neuartige nichtlineare Filtertechniken verwendet.

Gehörgerecht und dennoch quantifizierbar

Die automatische Separierung der Störkomponenten durch die Software und die Ausgabe in einer normierten Frequenzskala entsprechend einer klassischen Terzanalyse 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 diese unter die Hörbarkeitsschwelle zu drücken. 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 seinen Komponenten trennt, können die Ordnungen erstmals auch ohne Kenntnis der Drehzahlen gefiltert werden. Auch die Modulationen lassen sich mit der innovativen Software direkt filtern. Die Bewertungen und Modifikationen am Geräusch sind sofort akustisch überprüfbar.

Die Software von Soundtec liefert eine objektivierte Benotung der tonalen Komponenten im Geräusch. Dies erreicht sie 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 einzigartige 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.

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