Elektromobilität

Psychoakustiker Hugo Fastl: Der richtige Sound fürs Elektroauto

von Stefan Adrian

Sound fürs Elektroauto: Im Interview mit aio spricht Prof. Dr. Hugo Fastl von der TU München über Lautstärke, Musik und personalisierten Klang im Auto.

Prof. Dr. Hugo Fastl sitzt in seinem Soundlabor in der Mitte einer ringförmigen Anlage
Hugo Fastl in seinem Soundlabor an der TU München. Foto: dpa

Das erfahren Sie gleich:

  • Wie klingt der richtige Sound fürs Elektroauto?
  • Muss sich der Klang von Familienautos und Sportwagen unterscheiden?
  • Wie Musik als Grundlage für den richtigen Sound dient
  • Wie sich künftig der Klang eines E-Autos von Herstellern personalisieren lässt

Der richtige Klang für das Elektroauto

Prof. Dr. Hugo Fastl forscht seit den 1960er Jahren am Lehrstuhl für Mensch Maschine Kommunikation an der TU München am Sound von und für Autos. Als einer der führenden Experten beschäftigt er sich intensiv mit dem Thema Elektromotor und dessen Vertonung. Im Interview erklärt er, wie das gemacht wird und was dabei beim Klang für die Elektromobilität zu berücksichtigen ist.

aio: Herr Prof. Dr. Fastl, heute geben die meisten Elektroautos ein straßenbahnähnliches Zischen von sich. Wenn das EU-Gesetz, das vorsieht, dass jedes Elektroauto ein Geräusch abstrahlen muss, ab 2019 in Kraft tritt: Werden wir dann überrumpelt, was da an Geräuschen auf uns zukommt?
Prof. Dr. Hugo Fastl: Das kann ich mir nicht vorstellen. Wir werden nicht das Gefühl haben, dass an jeder Straßenecke ein UFO landet.

Ich bin auch als Gastprofessor in Japan tätig, da hatten wir einmal einen Nadeldrucker so programmiert, dass er die Melodie der japanische Version von Hänschen klein spielt. Das war zwei Wochen der Knüller, danach konnte das keiner mehr hören und wir mussten ihn abstellen.

Man muss also sehr vorsichtig sein bei Sound-Anwendungen. Insofern werden die Hersteller abschätzen, was längerfristig eine Akzeptanz hat.

Der Sound für Sportwagen oder Familienautos

Gelten auch für das Elektroauto die alten Grundsätze: Ruhigerer Sound für Familienauto, fetzigerer Sound für Sportwagen? Oder werden das irgendwann Klischees?
Ich denke schon, dass Kunden mit einer Erwartungshaltung an ein Elektroauto rangehen. Der Mensch hat eben Vorstellungen, wie ein Rasenmäher oder eine Kaffeemaschine klingt. Und er hat es beim Auto.

Das erzeugte Geräusch muss typisch für ein Fahrzeug sein. Ein Premiumhersteller hatte mal aus einer seiner Luxuslimousinen-Serien ein sportliches Modell mit einem ähnlichen Klangbild abgeleitet. Das war nahezu unverkäuflich.

Nahaufnahme eines Fahrzeughecks mit vier Auspuffrohren.
Der alte Autosound: Autokäufer erwarten von ihrem Auto einen bestimmten Klang. Foto: CC0: Unsplash/Benjamin Child

Insofern wird man sagen: Ein Elektrowagen soll ähnlich klingen wie ein Benziner oder Diesel, aber nicht genauso. Da können wir von der Psychoakustik helfen, indem wir analysieren, was denn ein Autogeräusch ausmacht, was wichtig ist, und was für die verschiedenen Ausprägungen wichtig ist.

Dabei denkt man als Erstes an Lautstärke …
Lautstärke ist ein Faktor, d.h. das Geräusch muss laut genug sein. Die aktuelle Situation ist im Grunde paradox: Wir versuchen seit Jahrzehnten, Motoren leiser zu machen und dazu beizutragen, dass sie beim Kunden gut ankommen. Großvolumige Limousinen sind heute relativ geräuscharm, insbesondere wenn sie langsam fahren. Das ist uns also ganz gut gelungen.

Seit kurzer Zeit haben wir nun das gegenteilige Problem: Die Produkte sind zu leise. Der Druck diesbezüglich kommt ja vor allem aus den USA, wo Blindenverbände extrem aktiv sind.

Ich würde mir wünschen, dass nur bei Notwendigkeit eine Warnfunktion erfolgt.

Wir hätten jetzt den Vorteil, dass die Wagen leiser sind, warum also soll man sie wieder lauter machen?
Unser Vorschlag an die Automobilindustrie – die diesen auch schon zumindest erwogen hat – ist, dass ein Elektroauto nur bei Gefahr ein Warnsignal ausstoßen soll. Moderne Autos können einen Fußgänger in ihrer Nähe erkennen.

Die aktuelle Gesetzgebung sieht jedoch vor, dass Elektrowagen laufend Geräusche abstrahlen. Das kann meiner Meinung nach nicht das Ende der Fahnenstange sein. Ich würde mir wünschen, dass nur bei Notwendigkeit eine Warnfunktion erfolgt. Ich vermute, in nicht allzu vielen Jahren müsste das machbar sein. Beim autonomen Fahren sind ja auch noch viele Probleme zu lösen.

Musik als Grundlage für den richtigen Sound

Was passiert am Lehrstuhl Mensch Maschine Kommunikation eigentlich genau?
Wir versuchen in unserem Fachgebiet Psychoakustik, die menschliche Wahrnehmung mit der physikalischen Messung in Einklang zu bringen. So kann man anhand von physikalischen Messungen Prognosen anstellen, wie ein Sound von einem Menschen mit durchschnittlichem Gehör wahrgenommen wird.

Man mag denken, dass das nicht funktionieren kann, da jeder Mensch die Dinge anders wahrnimmt und unterschiedlich beurteilt, aber im Mittelwert klappt das recht gut. Es lassen sich Zusammenhänge zwischen Schallpegel und Lautstärke, Frequenzen und Tonhöhen, Spektralverteilungen und Klangfarben erkennen. Die Autoindustrie ist schon seit langem ein Abnehmer dieser wissenschaftlichen Grundlagenuntersuchungen.

Wie kann man sich das in der Entwicklung von Elektroautos konkret vorstellen?
Ein Fahrzeug erzeugt Tonhöhen, und diese Tonhöhen ändern sich mit der Geschwindigkeit. Das ist unser Gehör gewöhnt: Wenn sich die Drehzahl eines Motors ändert, ändert sich auch die Tonhöhe. Ein Motorgeräusch ist jedoch nicht nur Grundfunktion.

Es gibt das, was sich im Fachjargon 'Motorordnungen' nennt. Je nachdem, ob es sich um vier oder sechs Zylinder handelt, gibt es unterschiedlich viele Motorordnungen und unterschiedlich viele Obertöne.

Hier nehmen wir Anleihen bei der Musik: Wie ändern sich Geräusche, indem sich das Spektrum der Obertöne verändert? Die Klarinette hat beispielsweise nur Obertöne mit ungeraden Zahlen. Die geradzahligen Obertöne sind nicht ausbreitungsfähig, daher hat eine Klarinette einen hohleren Ton als beispielsweise eine Oboe.

Elektronisch hat man hier viel Gestaltungsspielraum. Wenn man einen Klang möchte, muss der nicht aus einem einzelnem Sinuston bestehen, sondern kann aus einem ganzen Konglomerat von Sinustönen bestehen. Das bietet viele Möglichkeiten, unterschiedliche Klangfarben zu erzeugen.

Detailaufnahme einer Mittelkonsole mit einem Startknopf für den Motor.
Hier fängt alles an: Der Druck auf den Starterknopf führt bei Verbrennern zu einem Klangerlebnis. Foto: CC0: Usplash/Goh Rhy Yan

Personalisierter Klang für E-Autos

Was soviel heißt wie: Soundentwicklung spielt sich im Nuancenbereich ab, erlaubt aber eine ziemlich große Bandbreite, die jedem Hersteller seinen Signature Sound ermöglicht? Kann ich in zehn Jahren eine Elektroauto-Marke an ihrem Sound erkennen?
Ja. Dieses Branding ist für die Firmen wichtig. Der nächste Schritt ist natürlich, dass es innerhalb der Firmen Fahrzeuglinien gibt. Man muss z.B. überlegen, was einen Klang sportlich macht. Wir haben bei unseren Untersuchungen herausgefunden, dass die Ursache eine Hörempfindung ist, die wir 'Rauigkeit' genannt haben.

Der Feinschliff passiert vor Ort bei den Autofirmen direkt.

Diese hat mit zeitlichen Schwankungen zu tun, und wie schnell diese sind. Wenn man einen sportlichen Sound erzeugen will, kommt man um diese Rauigkeit nicht herum. Man erzeugt einen Grundsound, der für die Marke typisch ist, um dann innerhalb dieses Grundsounds die Rauigkeit für den sportlichen Typ hinzu zu mischen.

Sie stellen den Autofirmen einen Sound bereit, den diese dann hinter verschlossenen Türen für sich verfeinern?
Genau. Bei uns sind Studierende beteiligt, wirkliche Geheimhaltung gibt es nicht. Das ist auch gar nicht das Ansinnen unserer Partner. Wir machen für eine ganze Gruppe von Herstellern vorwettbewerbliche, grundlegende Untersuchungen. Schalle sind durch Algorithmen definiert, diese Algorithmen geben wir dann weiter, der Feinschliff passiert vor Ort bei den Autofirmen direkt.

Es kann aber auch vorkommen, dass ein Hersteller Tests für Wagen aus der Oberklasse macht und Versuchspersonen zu uns bringt. Das sind Menschen, die in ihren Berufen hohe Stundensätze verdienen, aber sich für die Entwicklung des Klangbilds zur Verfügung stellen. Das hat mich als Hochschullehrer überrascht.

Der Verbrennungsmotor gibt das Geräusch an sich ab. Beim Elektroauto gibt es eigene Boxen, die den Sound ausstrahlen?
Ja. Man entwickelt ein Geräusch, das in einem Speicherchip abgelegt und über einen Lautsprecher abgestrahlt wird. Dabei muss man im Sound nach außen und im Sound nach innen unterscheiden. Bei ersterem gibt es Vorgaben des Gesetzgebers: Man muss gewisse Dezibelregeln einhalten und das Geräusch darf sich nicht zu weit von einem Autogeräusch entfernen, wie wir es kennen.

Bei zweiterem haben die Firmen deutlich mehr Spielraum. Sie nehmen viel Geld in die Hand, schließlich ist das Geräuschbild eine wichtige Kaufentscheidung. Denn wie entscheiden Sie sich für den Kauf eines Autos? Das allerwichtigste ist das optische Design. Aber dann setzen Sie sich in den Wagen und schlagen die Tür zu – somit ist die Kaufentscheidung gefallen.

Das ist bei einem E-Auto nicht anders. Wenn es blechern klingt, denken Sie: 'So eine Schepperkiste kommt nicht in Frage'. Wenn der Sound gefällt, überlegen Sie weiter. Sie bedienen den Blinker oder Lichtschalter, nichts davon darf billig klingen.

Als Ingenieur weiß man: Wenn das Geräusch zu viele hohe Frequenzen enthält, ist die Gefahr der Assoziation 'billig' größer. Bei der Entwicklung solcher Produkte muss darauf geachtet werden, sie auf tiefe Frequenzen abzustimmen.

Hugo Fastl: Von der Theorie in die Praxis

Wie sieht diese Entwicklung in der Praxis bei Ihnen aus?
Wir führen psychoakustische Experimente beispielsweise in einem Lautsprecherring durch. Das ist ein Ring mit einem Durchmesser von etwa zwei Metern, um den herum kreisförmig 96 Lautsprecher angeordnet sind. Die Testperson sitzt in diesem Ring, wir führen eine Wellenfeldsynthese durch.

Prof. Dr. Hugo Fastl in seinem Soundlabor. Der Ring aus Lautsprechern ist von unten fotografiert, so dass die Kabel sichtbar sind.
Voll verkabelt: Der Lautsprecherring besteht aus 96 Geräten Foto: dpa

Dazu erzeugen wir möglichst naturgetreue Geräusche aus unterschiedlichen Richtungen. Die Testperson hat einen Bildschirm vor sich und beurteilt, was ihr vorgespielt wird, häufig sind das Gegensatzpaare wie laut-leise, hoch-tief, aber auch wertende Paare wie billig-teuer. Auf diese Weise bekommen wir durch unterschiedlich gestaltete Geräuschbilder Hinweise, ob der Sound für die Zielgruppe geeignet ist, die der Hersteller erreichen möchte.

Die Zutaten, die man braucht, um Sounds zu engineeren, sind immer gleich.

Elektromobilität wächst. Würden Sie sagen, die Popularität der Studierenden für Ihren Lehrstuhl steigt?
Extrem. Wir beobachten diese Zusammenhänge zwischen Wahrnehmung und physikalischer Beschreibung ja seit Jahrzehnten. Mein Doktorvater Eberhard Zwicker wurde 1967 nach München berufen – er wollte wissen, ob man die Wahrnehmung anhand physikalischer Größen beschreiben kann.

Ich habe mich dann gefragt, ob sich diese Grundlagenforschung nicht auf praktische Art anwenden lässt. So kam der Kontakt mit der Automobilindustrie zustande. Das ging nicht von den Produzenten aus, sondern war zunächst mal reine wissenschaftliche Grundlagenforschung.

Inzwischen gibt es keine Wasch- oder Spülmaschine, die nicht nach solchen Kriterien engineert worden ist. Die Frischheit eines Crackers, das Öffnen einer Bierflasche – alles wird engineert.

Gehen die jüngeren Studenten anders ran, die, die nicht so von klassischer Musik geprägt sind wie Sie?
Ich sage mal ganz salopp: Die Zutaten, die man braucht, um Sounds zu engineeren, sind immer gleich. Vielleicht haben wir Älteren sogar gewisse Vorteile. Wir wissen, dass ein Moll-Akkord feierlicher klingt als ein Dur-Akkord.

Weitergedacht

Nachhaltige Mobilität – wie geht das?

Mehr erfahren bei Audi

Wenn also jemand einen Sound für ein Luxusauto engineeren möchte, dann wissen wir, dass eine Zusammenstellung von Obertönen, die eher nach Moll ist als nach Dur klingen, mehr Sinn ergibt.

Letzte Frage: Fahren Sie selbst ein E-Auto?
Ich fahre ein konventionelles Auto. Wir arbeiten speziell mit einer Firma eng zusammen, ich fahre jedoch ein Auto einer anderen Firma. Da fragen mich natürlich viele Kollegen, warum ich das mache. Ich sage dann: Beim anderen höre ich ja meine eigenen Fehler!

Updates

Bleiben Sie zum Thema Elektromobilität immer informiert.

Auch interessant

Diese Website verwendet Cookies, um die Nutzerfreundlichkeit zu verbessern. Durch die weitere Nutzung der Website stimmen Sie dem zu. Um mehr über die von uns verwendeten Cookies zu erfahren und wie man sie deaktiviert, können Sie unsere Cookie-Richtlinie aufrufen.

Schließen