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E-Fahrzeuge: Klang durch Bewegen des Motors

| Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Ein Forschungsteam aus Akustikern und Regelungstechnikern hat eine Methode und ein Produkt entwickelt, um Elektromotoren zum „Singen“ zu bringen. E-Motoren werden damit unter anderem selbst zu Lautsprechern.

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Die Hochschule München entwickelt neue Methoden zur Soundgestaltung von E-Fahrzeugen.
Die Hochschule München entwickelt neue Methoden zur Soundgestaltung von E-Fahrzeugen.
(Bild: Clipdealer)

In diesen Elektromotoren spielt buchstäblich die Musik. Im Labor für Akustik und Dynamik der Hochschule München entwickeln drei Wissenschaftler unter Leitung von Prof. Dr. Stefan Sentpali, Professor für Akustik, und Prof. Dr. Simon Hecker, Professor für Regelungstechnik, eine neue Methode zur Klanggestaltung von E-Fahrzeugen. Denn, verglichen mit Verbrennungsmotoren surren Elektrofahrzeuge ungewohnt leise. Um deren Wahrnehmbarkeit und damit die Sicherheit auf den Straßen zu erhöhen, schreibt eine neue EU-Verordnung vor, dass in allen neuen Typen von Elektrofahrzeugen akustische Warnsignale installiert sein müssen.

Andere Verkehrsteilnehmer sollen die Fahrzeuge nicht überhören. Fabian Ebner und Leonhard Angerpointner, Entwicklungsingenieure und Absolventen der HM, sowie Dominik Schubert, Promovend in der Regelungstechnik, arbeiten gemeinsam unterschiedliche Methoden und Produkte aus, um den E-Mobilen Gehör zu verschaffen.

Die Forscher Fabian Ebner (l.), Leonhard Angerpointner (m.) und Dominik Schubert (r.), entwickeln unterschiedliche Methoden der Soundgestaltung von Elektrofahrzeugen.
Die Forscher Fabian Ebner (l.), Leonhard Angerpointner (m.) und Dominik Schubert (r.), entwickeln unterschiedliche Methoden der Soundgestaltung von Elektrofahrzeugen.
(Bild: Dean Causevic)

Sound macht den Motor zum Klangraum

Bei der Methode des so genannten „Active Sound Generation“ (ASG) sucht das Forschungsteam nach Möglichkeiten, den Antrieb von Elektromotoren zugleich zur Geräuscherzeugung zu nutzen. Die Stromversorgung des Motors wird dabei so moduliert, dass dieser zusätzlich zu seiner normalen Drehung winzige Bewegungen in Drehrichtung und radialer Richtung ausführt. Die leichte Hin-und-Her-Bewegung, die die Forscher damit erzeugen, ist für das bloße Auge unsichtbar. Das Motorgehäuse lässt sich so in Vibrationen versetzen, dass Schallwellen entstehen und der E-Motor zu „Singen“ beginnt.

Das Gehirn zur Klangerzeugung ist eine Echtzeithardware zum Ansteuern des E-Motors. Die Hardware wird mit einer beliebigen Audioquelle – etwa einem Handy oder einem MP3-Player – verbunden und setzt deren Audiosignale in Steuersignale um, die dann den E-Motor zum Schwingen bringen. „Diese neue kosteneffiziente Möglichkeit der Geräuscherzeugung liefert verglichen mit Lautsprechern einen viel authentischeren Höreindruck“, sagt Hecker.

Alternativ zur zwischengeschalteten Hardware können mit einem im selben Labor entwickelten Produkt, dem so genannten MXsounddesigner, Klänge auch mathematisch entwickelt und live eingespielt werden. „Der Sounddesigner ist so konzipiert, dass der Klang vom Betriebszustand des Motors abhängt und durch Ändern typischer Motorparameter wie Drehzahl oder Lastverhältnis entsteht. Man muss also kein Akustiker oder ausgebildeter Komponist sein, um das gewünschte Geräusch entstehen zu lassen“, sagt Sentpali. „Ein weiterer Vorteil des Systems ist, dass es ohne wesentliche Zusatzkosten, Bauraum und Mehrgewicht in vorhandene E-Motoren integriert werden kann.“

Sound-Designer – Lautsprecher und Schalldämpfer in einem

Welcher Sound letztlich aus E-Fahrzeugen mit einem Sounddesigner ertönt, ist im Prinzip frei wählbar – die Wissenschaftler könnten einen normalen Verbrennungsmotor oder auch einen Sternenjäger aus Star Wars nachahmen. Sogar die Wiedergabe des Radioprogramms oder gesprochene Gefahrenhinweise wären möglich.

Für unerwünschte Geräusche aus dem Motor kommt ergänzend zur Technologie der Sounderzeugung (ASG) die Active Noise Cancellation-Technologie (ANC) zum Einsatz: Jene funktioniert nach demselben Prinzip wie die Geräuscherzeugung von Antischall und macht sich den physikalischen Effekt zunutze, dass zwei sich überlagernde Schwingungen gegenseitig aufheben können – eben als destruktive Interferenz. Die neue Methode kann E-Fahrzeuge somit durch Unterdrückung von Störgeräuschen leiser und gleichzeitig durch Hinzufügen von gestalteten Warngeräuschen oder Geräuschen zur auditiven Hervorhebung der Fahrdynamik besser hörbar machen.

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