Der NVH-Thread für Geräusche – akustische Signale am und im Fahrzeug selbst messen und einordnen

Einleitung Geräusche

Viele beschreiben ihr Problem zunächst nur allgemein als Geräusch, ohne genauer sagen zu können, wo, wann und in welchem Bereich es auftritt. Für eine sinnvolle Einordnung sind jedoch genauere Angaben wichtig. Deshalb habe ich euch Möglichkeiten zusammengestellt, mit denen sich auffällige Geräusche am Fahrzeug einfacher und möglichst objektiv erfassen und beschreiben lassen.

Mit einer passenden App und einem geeigneten Mikrofon lassen sich Auffälligkeiten oft schon deutlich besser einordnen, ohne dass dafür teures NVH-Equipment nötig ist.

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Ich möchte das Ganze so einfach erklären, dass man auch ohne spezielles Vorwissen etwas damit anfangen kann. Ziel ist, dass ihr Geräusche sichtbar machen, einem Frequenzbereich zuordnen und Auffälligkeiten dadurch deutlich besser eingrenzen könnt.

Für das Thema Vibrationen / Schwingungen habe ich zusätzlich einen separaten Thread erstellt.

Inhaltsverzeichnis

Grundlagen

1. Kurze Einordnung

Messung vorbereiten

2. App herunterladen
3. Mikrofon auswählen
4. Wasserfall-Diagramm kurz erklärt
5. Wichtige App-Einstellungen kurz erklärt
6. Testlauf

Messung anwenden

7. Mikrofon richtig platzieren
8. Geräusche grob einordnen
9. Messergebnisse sinnvoll posten
10. Zusatz: Live-Monitoring im Auto
11. Wichtiger Hinweis

1. Kurze Einordnung

NVH steht für Noise, Vibration, Harshness und beschreibt Geräusche, spürbare Schwingungen und den daraus entstehenden Gesamteindruck im Fahrzeug.

In diesem Thread geht es vor allem um Schall, also hörbare Geräusche im oder am Fahrzeug. Das kann zum Beispiel ein Brummen, Dröhnen, Summen, Sirren, Pfeifen, Fiepen, Rasseln, Klappern oder Schleifen sein.

Wichtig ist dabei vor allem:

• wann das Geräusch auftritt
• wo gemessen wird
• bei welchem Betriebszustand es auftritt
• in welchem Frequenzbereich es liegt
• wie sich das Geräusch mit Geschwindigkeit, Drehzahl oder Last verändert

Zur groben Orientierung:

• 20–80 Hz: tiefes Brummen oder Dröhnen
• 80–250 Hz: kräftige tiefe Geräusche
• 250–800 Hz: rauere, deutlich hörbare Geräusche
• 800–2.000 Hz: klare Töne, Summen oder Sirren
• 2.000–5.000 Hz: Pfeifen, Fiepen oder schärfere Geräusche
• > 5.000 Hz: sehr hohe, oft spitze Geräusche

Wer ein Gefühl für verschiedene Frequenzen bekommen möchte, kann diese mit dem Tone Generator von Szynalski direkt anhören.

OnlineToneGenerator.jpg

Zusätzlich ist nicht nur die Frequenz interessant, sondern auch die Stärke des Geräuschs, also der Pegel, der je nach App oft in dB dargestellt wird.

Wichtig: Diese Bereiche dienen nur der groben Orientierung. Entscheidend ist immer der Zusammenhang mit Geschwindigkeit, Drehzahl, Lastzustand und Messort.

2. App herunterladen

Ladet euch zuerst die kostenlose App SpectrumView herunter: für iOS im App Store oder als einfaches Pendant Spectroid für Android bei Google Play.

Für die kostenlose Version von SpectrumView gibt es einige In-App-Käufe für zusätzliche Funktionen. Die Vollversion SpectrumView Plus gibt es für iOS ebenfalls im App Store. Unter anderem findet ihr weitere Informationen zur App auch auf der Oxford-Wave-Research-Webseite.

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Ich würde trotzdem erstmal die kostenlose Version testen, um zu prüfen, ob die App auf eurem Smartphone sauber läuft und mit eurem Mikrofon wie gewünscht funktioniert. Spectroid ist für Android bereits kostenlos.

3. Mikrofon auswählen

Für einfache Tests reicht oft schon das interne Mikrofon des Smartphones. Je nach Fahrzeug kann auch das Fahrzeugmikrofon genutzt werden, wenn das Smartphone per Bluetooth gekoppelt ist.

Am flexibelsten ist aber meist ein kabelloses Lavaliermikrofon mit 2,4-GHz-Funkverbindung. Hier sind Mikrofon und Funkempfänger bereits aufeinander abgestimmt, was die Nutzung oft deutlich einfacher macht als bei kabelgebundenen Lösungen. Außerdem lässt sich das Mikrofon damit frei im, am oder unter dem Fahrzeug platzieren, während der Funkempfänger am Smartphone sitzt.

Bei kabelgebundenen Mikrofonen muss man deutlich mehr beachten, zum Beispiel Anschlussart, TRRS-/TRS-Belegung, Impedanz (Ohm), Pegel oder auch die Frage, ob das Mikrofon überhaupt passend versorgt wird.

Deshalb ist ein fertiges Mikrofon-/Funkempfänger-Set in der Praxis meist die unkompliziertere Lösung. Solche Sets gibt es in der Regel mit USB-C, Lightning oder 3,5-mm-Klinke.

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Preislich liegen solche Sets meist bei etwa 5 bis 20 €, je nach Bezugsquelle. Passende Beispiele findet man zum Beispiel über eine Suche bei Amazon oder eine Suche bei AliExpress.

Wichtig ist:

• der Funkempfängeranschluss muss zum Smartphone passen
• das Mikrofon sollte sich einfach koppeln lassen
• ein Windschutz ist sehr wichtig
• das Mikrofon muss sich sicher befestigen lassen

Oft steht auf den Sets schon ausdrücklich für iOS oder für Android dabei. Dann seid ihr in der Regel auf der sicheren Seite.

Ein Windschutz ist vor allem außerhalb des Innenraums praktisch Pflicht, da Luftströmung und Windgeräusche die Aufnahme sonst sehr schnell verfälschen. Am besten nimmt man daher direkt ein Set, bei dem der Windschutz schon mitgeliefert wird.

4. Wasserfall-Diagramm kurz erklärt

In der App ist für diesen Thread vor allem das Wasserfall-Diagramm beziehungsweise Spektrogramm interessant. Dort sieht man, wie sich Geräusche über die Zeit verändern – also auch, ab wann sie auftreten und wann sie wieder verschwinden.

Damit erkennt man zum Beispiel:

• wann ein Geräusch auftritt
• in welchem Frequenzbereich es liegt
• ob es konstant, kurzzeitig oder wandernd auftritt
• wie stark es ausgeprägt ist, oft erkennbar über die Farben beziehungsweise den Pegel

Einfach gesagt:
Das Wasserfall-Diagramm ist die beste Ansicht, wenn man sehen will, wie sich ein Geräusch im Verlauf verändert. Eine sichere Zuordnung zur Ursache ergibt sich aber meist erst zusammen mit Geschwindigkeit, Drehzahl, Lastzustand und Messort.

Reales Beispiel aus einer Probefahrt

Im folgenden Beispiel trat im Innenraum des Fahrzeugs zwischen ca. 97 und 103 km/h ein deutliches Pfeifen bei etwa 2,4 kHz auf.

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In diesem Beispiel sieht man bereits gut:

• in welchem Geschwindigkeitsbereich das Geräusch auftritt und wieder verschwindet
• in welchem Frequenzbereich es liegt
• dass die Auffälligkeit im Wasserfall-Diagramm klar sichtbar ist

Dazu habe ich auch ein passendes YouTube-Video aufgenommen, in dem man die Fahrt, den Tacho und gleichzeitig die Wasserfall-Anzeige sieht.

Gerade dafür kann es sinnvoll sein, eine Action-Cam mitlaufen zu lassen, damit man später Tacho, Strecke und Wasserfall-Diagramm möglichst gleichzeitig sehen kann. Der Screenshot oben aus der Testfahrt zeigt genau so eine Aufnahme.

Die eigentliche Ursache war damit aber noch nicht sicher bewiesen. Erst eine zusätzliche Vergleichsmessung im Motorraum, die ich ebenfalls gemacht habe, zeigte, dass das Geräusch sehr wahrscheinlich aus dem Bereich des Vorderachsgetriebes kam. Ein Beispiel dazu mit einer Vergleichsmessung an mehreren Positionen im Motorraum findet ihr weiter unten. Nach dem Tausch des Vorderachsgetriebes war das Pfeifen anschließend verschwunden.

Gerade solche Beispiele zeigen, welchen Nutzen die Messung haben kann: Man erkennt nicht nur, dass ein Geräusch vorhanden ist, sondern auch wann, wo und in welchem Frequenzbereich es auftritt. Dadurch lässt sich die Suche nach der Ursache oft deutlich besser eingrenzen.

5. Wichtige App-Einstellungen kurz erklärt

Die App ist auf Englisch, die wichtigsten Punkte lassen sich aber schnell einordnen. Für die meisten reichen ein paar Grundeinstellungen völlig aus.

Nachfolgend seht ihr meine Default-Konfiguration direkt im Fahrzeug auf einem iPad:

Einstellungen.jpeg

Für die Praxis sind vor allem diese Punkte wichtig:

• Audio Sample Rate (Hz) -> Abtastrate
  Ich nutze hier 22.050 Hz. Damit wird festgelegt, bis in welchen Bereich die App Geräusche sinnvoll erfassen kann.
• Use Automatic Gain Control (Apple) -> Automatische Pegelregelung
  Ich nutze hier On. Das hilft dabei, dass leise und lautere Geräusche in der Anzeige brauchbar dargestellt werden.
• Fast Fourier Transform (FFT) Order (# Samples) -> FFT-Ordnung / Analysegröße
  Ich nutze hier 11 (2048). Diese Einstellung beeinflusst, wie fein die Frequenzdarstellung aufgelöst wird.
• Spec. analyser - FFT frames averaged (seconds) -> Mittelung
  Ich nutze hier 3 (0,28 s). Dadurch wird die Anzeige etwas ruhiger und weniger nervös.
• Window Function -> Fensterfunktion
  Ich nutze hier Blackman. Vereinfacht gesagt ist das eine interne Rechenmethode der App für die Frequenzdarstellung. Sie sorgt dafür, dass einzelne Geräusche im Wasserfall-Diagramm sauberer und ruhiger dargestellt werden. Für die meisten Nutzer kann man diese Einstellung einfach auf Blackman lassen.
• Spectrogram gain (dB) -> Verstärkung der Spektrogramm-Anzeige
  Hier muss man in der Regel nichts ändern. Erhöhen sollte man den Wert nur dann, wenn ein Geräusch mit der Standard-Einstellung im Spektrogramm kaum sichtbar ist.

Falls ihr die kostenlose Version von SpectrumView nutzt, kann es sein, dass bestimmte Komfortfunktionen erst nach einem In-App-Kauf verfügbar sind. Wenn ihr dafür Geld ausgeben wollt, würde ich euch vor allem Unlimited Recording Length und Pinch to Zoom empfehlen.

* Unsere Seite enthält Affiliate-Links, für die unser Forum möglicherweise eine Vergütung bekommt.

6. Testlauf

Bevor ihr eine eigentliche Messfahrt macht, solltet ihr die Kombination aus App und Mikrofon einmal kurz testen.

Wichtig ist zunächst:

• welches Mikrofon gerade aktiv ist
  also z. B. das interne Mikrofon des Smartphones, das Fahrzeugmikrofon bei einer Bluetooth-Verbindung oder das angeschlossene Funkmikrofon
• reagiert die App sichtbar auf Geräusche?
• funktioniert das Wasserfall-Diagramm?
• ist die Aufnahme grundsätzlich brauchbar?

Schneller Check

• zunächst das volle Spektrum anzeigen lassen, also möglichst breit von 0 Hz bis 20.000 Hz
• danach prüfen, welche Mikrofonquelle aktiv ist
• anschließend mit einfachen Geräuschen testen, ob die Anzeige sauber reagiert

Am einfachsten prüft man die aktive Quelle, indem man auf alle infrage kommenden Mikrofone nacheinander leicht klopft. Also nicht nur auf eines. Der Grund: Je nach Gerät kann als Quelle entweder das interne Smartphone-Mikrofon, das Mikrofon des Fahrzeugs oder das angeschlossene Funkmikrofon aktiv sein. Das tatsächlich aktive Mikrofon erfasst und zeigt oft auch schon das Klopfen auf andere Mikrofone mit an. Wenn man aber jedes Mikrofon einzeln testet, merkt man meist schnell, welche Quelle wirklich genutzt wird und wo der Ausschlag am stärksten und direktesten kommt.

Wenn man später einen bekannten Bereich genauer betrachten möchte, kann man den Frequenzbereich anschließend enger eingrenzen.

Beispiel: Wenn ein Pfeifen bei ca. 2,4 kHz auftritt, kann es sinnvoll sein, statt des vollen Bereichs nur noch ungefähr 1 kHz bis 4 kHz anzeigen zu lassen.

Je nach Ziel der Messung kann es außerdem sinnvoll sein, gezielt einen bestimmten Betriebszustand aufzuzeichnen, zum Beispiel:

• konstante Geschwindigkeit
• Beschleunigen
• Schubbetrieb
• Leerlauf
• oder genau den Bereich, in dem das Geräusch am stärksten auftritt

Einfache Tests

• im Stand bei laufendem Motor
• kurze Drehzahlanhebung
• Lüftung ein / aus
• Klima ein / aus
• kurz mal Pfeifen in unterschiedlichen Tonlagen
• kurzes Sprechen oder Klatschen

So bekommt man schnell ein Gefühl dafür, wie die App reagiert.

7. Mikrofon richtig platzieren

Das Mikrofon sollte möglichst nah an der vermuteten Geräuschquelle befestigt werden, ohne lose herumzuhängen, anzuschlagen oder an anderen Bauteilen zu reiben.

Je näher das Mikrofon an der tatsächlichen Geräuschquelle sitzt, desto aussagekräftiger ist die Aufnahme in der Regel.

Sinnvolle Orte sind zum Beispiel:

• Innenraum
• Fußraum
• Mittelkonsole
• Kofferraum
• Motorraum
• nahe Fahrwerk / Radhaus
• nahe Unterboden / Hinterachse / Abgasanlage
• direkt an einer auffälligen Stelle

Wichtig ist dabei immer:

• sicher befestigen
• nicht lose baumeln lassen
• Abstand zu heißen Teilen
• Abstand zu beweglichen und rotierenden Teilen
• nichts darf scheuern, schleifen oder sich lösen

Je nach Einbauort können zum Beispiel wiederlösbare Kabelbinder, Klettbinder oder rückstandsfrei entfernbares Gewebeband helfen, solange das Mikrofon sicher sitzt und nichts beschädigt wird.

Reales Beispiel aus der Probefahrt: Vergleichsmessung im Motorraum

Zum oben gezeigten Pfeifgeräusch aus der Probefahrt habe ich später noch eine gezielte Vergleichsmessung im Motorraum gemacht, um die Ursache weiter einzugrenzen.

Dabei wurde das Mikrofon nacheinander an drei verschiedenen Stellen positioniert:

1. Luftfilterkasten
2. Vorderachsgetriebe
3. Steuergerät

Dazu habe ich ein weiteres Video aufgenommen. Darin sieht man jeweils direkt die Mikrofonposition im Motorraum, die Fahrsituation und darunter das passende Spektrogramm.

Gerade solche Vergleichsmessungen an mehreren Punkten sind sehr hilfreich, wenn man eine Auffälligkeit aus dem Innenraum bereits kennt, die genaue Quelle aber noch eingrenzen möchte. Durch den direkten Vergleich lässt sich oft gut erkennen, an welcher Stelle das Geräusch am stärksten ausgeprägt ist.

In diesem Fall half genau diese zusätzliche Messung dabei, das auffällige Pfeifen dem Bereich des Vorderachsgetriebes zuzuordnen.

8. Geräusche grob einordnen

Die Frequenz allein sagt noch nicht sicher, welches Bauteil betroffen ist. Trotzdem hilft sie bei der ersten Einordnung.

Wichtige Fragen sind:

• ist das Geräusch geschwindigkeitsabhängig?
• ist es drehzahlabhängig?
• tritt es nur unter Last auf?
• verändert es sich je nach Gang?
• ist es auch im Stand vorhanden?
• verändert es sich beim Lenken, Bremsen oder Gaswegnehmen?
• an welcher Stelle im oder am Fahrzeug ist das Geräusch am stärksten?

Gerade die Kombination aus Geschwindigkeit, Frequenzbereich und Ort der stärksten Wahrnehmung hilft oft schon deutlich bei der ersten Eingrenzung.

Grobe Faustregeln

• nur bei bestimmter Geschwindigkeit
  eher roll- oder drehende fahrzeugseitige Bauteile, zum Beispiel Reifen, Fahrwerk, Radlager, Achse, Welle oder auch Antriebsstrang, da sich diese Teile auch ohne Last weiterhin mitdrehen
• mit der Motordrehzahl verknüpft
  eher Motor, Nebenaggregate oder andere direkt drehzahlabhängige Bauteile
• verändert sich je nach Gang
  dann sollte man auch an Getriebe, Übersetzungen, drehzahlabhängige Antriebsstrangbauteile oder den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Motordrehzahl denken
• nur unter Last
  eher lastabhängige Reaktionen im Antriebsstrang, zum Beispiel bei Gelenken, Lagern, Wellen, Getriebe oder anderen Bauteilen, die sich unter Zug oder Schub anders verhalten
• auch im Stand reproduzierbar
  eher Motor, Nebenaggregate, Luftführung oder Innenraumquelle
• stark abhängig von Wind oder Fahrbahn
  eher Windgeräusch, Reifen, Fahrbahn oder Aerodynamik

Anhand von Screenshots, Bildschirmaufnahmen oder Videos lassen sich typische Auffälligkeiten oft deutlich besser nachvollziehen als nur über eine Beschreibung.

Hinweis: Kleine Abweichungen zwischen Wahrnehmung, Anzeige und tatsächlicher Ursache sind normal. Sie können zum Beispiel durch Mikrofonposition, Windgeräusche, Fahrbahneinflüsse, Bluetooth-Verarbeitung, Pegelregelung oder Messungenauigkeiten entstehen.

Zusätzlich kann es je nach Einstellung und Rechenaufwand zu kleinen Verzögerungen im Millisekundenbereich kommen. Bei modernen Smartphones merkt man davon in der Praxis meist kaum etwas.

Sinnvolle Reihenfolge bei der Einordnung

1. den auffälligen Frequenzbereich bestimmen
2. Betriebszustand notieren
3. prüfen, wie sich das Geräusch mit Geschwindigkeit, Drehzahl und Last verändert
4. den Messort bewerten
5. bei Bedarf eine Vergleichsmessung an anderer Stelle machen

So kommt man oft deutlich schneller von „da ist ein Geräusch“ zu einer brauchbaren Eingrenzung.

9. Messergebnisse sinnvoll posten

Damit man eine Geräuschmessung besser einordnen kann, helfen ein paar Grundangaben:

Angaben zum Fahrzeug

• Fahrzeugmodell, Motorisierung und Antriebsart
• ggf. Getriebeart
• falls relevant: Reifentyp und Reifengröße

Angaben zur Auffälligkeit

• wie sich das Geräusch anhört
  z. B. Brummen, Dröhnen, Summen, Pfeifen, Fiepen, Rasseln oder Schleifen
• wann es auftritt
• bei welcher Geschwindigkeit beziehungsweise Drehzahl
• in welchem Bereich das Geräusch am stärksten ist
• an welcher Stelle das Geräusch am stärksten wahrnehmbar ist
• ob unter Last, im Schubbetrieb, im Leerlauf oder auch im Stand
• ob es konstant oder nur kurzzeitig auftritt
• welcher Frequenzbereich auffällig ist

Angaben zur Messung

• welche App verwendet wurde
• welches Mikrofon verwendet wurde
• wo das Mikrofon befestigt war
• ob mit Windschutz gemessen wurde
• ein Screenshot oder noch besser eine kurze Bildschirmaufnahme
• wenn möglich zusätzlich ein Audio- oder Video-Beispiel

Je genauer die Angaben sind, desto besser lässt sich das Ganze eingrenzen.

10. Zusatz: Live-Monitoring im Auto

Als zusätzliche Möglichkeit unter iOS könnt ihr euch auch die App Megaphon - Sprachverstärker ansehen. Die App ist kostenlos nutzbar, enthält aber recht störende Werbung. Zusätzlich gibt es ein Pro Upgrade, mit dem sie sich deutlich angenehmer verwenden lässt.

Der Nutzen ist einfach: Wenn ihr ein Funkmikrofon zum Beispiel im Motorraum platziert und euer iPhone oder iPad gleichzeitig mit dem Fahrzeug – zum Beispiel über Apple CarPlay, AirPlay oder Bluetooth – verbunden ist, könnt ihr das ankommende Signal direkt im Fahrzeug ausgeben.

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Dadurch kann das Signal über das Radio beziehungsweise die Lautsprecher im Auto wiedergegeben werden. In der App selbst kann man kaum etwas einstellen; genutzt wird im Grunde einfach die zuletzt angeschlossene Mikrofonquelle beziehungsweise der zuletzt verbundene Audioausgang. Für diesen Zweck reicht das aber oft schon völlig aus.

Falls eine Verbindung einmal nicht direkt angezeigt wird, hilft es oft schon, das jeweilige Gerät – zum Beispiel den Funkempfänger des Mikrofons – kurz zu trennen und wieder neu zu verbinden. Im Unterschied zu manchen anderen kostenlosen Apps ist man hier außerdem nicht nur auf das interne Mikrofon beschränkt. Genau das ist hier der große Vorteil.

Wichtig ist außerdem, Rückkopplungen zu vermeiden: Das Mikrofon sollte möglichst nicht den ausgegebenen Ton aus den Lautsprechern wieder aufnehmen, sonst kann es zu einer typischen Pfeif- oder Rückkopplungsschleife kommen.

Durch mehrere Übertragungswege wie Funk, Bluetooth oder die zusätzliche Audioausgabe kann es außerdem zu einer kurzen Verzögerung kommen. Das, was am Mikrofon ankommt, wird also unter Umständen erst leicht verzögert auf den Lautsprechern wiedergegeben – je nach Aufbau im Milli- bis in Einzelfällen auch im Sekundenbereich.

11. Wichtiger Hinweis

Bitte führt solche Messungen immer auf eigene Verantwortung durch und achtet in erster Linie auf den Straßenverkehr.

Am besten macht man eine Messfahrt zu zweit: Eine Person fährt, die andere beobachtet die Messung.

Falls ihr allein unterwegs seid, startet die Aufnahme vorher, befestigt Smartphone und Mikrofon sicher und schaut während der Fahrt möglichst nicht auf das Gerät.

Außerhalb des Innenraums gilt besondere Vorsicht: Das Mikrofon darf auf keinen Fall so befestigt sein, dass es sich lösen, an heiße, bewegliche oder rotierende Teile geraten oder andere Verkehrsteilnehmer gefährden kann.

Viele Grüße
Christoph

Diese Anleitung ist aus einem persönlichen Fall entstanden, bei dem erst eigene Messungen und eine saubere Dokumentation den Weg zu einem positiven Ausgang ermöglicht haben.