Akustische Innovation: Der e-Sound von Audi

Die Marke entwickelt neue Klangprofile für ihre künftigen
e-tron-Modelle
Ein Steuergerät erzeugt den Sound anhand von Signalen aus dem Auto
Ein Lautsprecher strahlt die Geräusche auf die Straße ab

Ingolstadt, 05. April 2012 — Die künftigen e-tron-Modelle von Audi fahren weite Strecken elektrisch und damit fast ohne Motorengeräusch. Damit Passanten sie im Stadtverkehr hören können, hat die Marke einen synthetischen Klang entwickelt – den Audi e-Sound.

Der Arbeitsplatz von Rudolf Halbmeir ist nicht gerade typisch für einen Audi-Ingenieur. Auf dem Schreibtisch liegt ein Musik-Keyboard, neben dem Rechnerbildschirm stehen zwei Studio-Lautsprecher, und ganz am Rand türmen sich Musikzeitschriften zu einem Stapel. „Der Sound eines Autos“, sagt Akustik-Ingenieur Halbmeir, „hat Ähnlichkeiten mit Musik.“

Der Sound ist eine besonders spannende Fahrzeug-Qualität – eine, die man zwar physikalisch beschreiben kann, vor allem aber erleben muss. Sound wirkt auf den Bauch, nicht aufs Gehirn. Obwohl der Mensch im Auto ihn nur in manchen Situationen bewusst hört, erlebt er ihn permanent; er bestimmt das Fahrerlebnis intensiv mit. Sound sendet Signale. Tiefe Frequenzen vermitteln Eindrücke von Kraft und Gelassenheit, mittlere transportieren Sportlichkeit und Agilität.

Alle Autos von Audi produzieren Soundbilder, die rund und harmonisch wirken, die ihre Leistung, Hochwertigkeit und Solidität ausdrücken. „Gutes Sounddesign ist eine komplexe Angelegenheit“, erklärt Dr. Ralf Kunkel, Leiter Akustik von Audi. „Wir haben uns hier über Jahre hinweg viel Knowhow erarbeitet. Wir wissen, wie wir angenehme Frequenzen verstärken und unerwünschte Geräusche unterdrücken.“

In einem Serienauto von Audi macht derzeit der Verbrennungsmotor die Musik. In einem elektrisch angetriebenen e-tron kommt die E-Maschine dafür nicht in Frage, sie arbeitet zu leise und mit hohen Frequenzen, die weniger angenehm wirken. Die e-tron-Modelle von Audi bekommen deshalb einen synthetischen Sound. Rudolf Halbmeir hat ihn entwickelt, zusammen mit seinen Kollegen Axel Brombach und Dr. Lars Hinrichsen.

Der größte Teil der Arbeit fand am Rechner statt. Klänge per Software zusammenmischen, abhören, bewerten, neu mischen – Halbmeir lebt diesen kreativen Prozess voll Enthusiasmus, denn er ist in seiner Freizeit Songwriter, ein Komponist mit eigenem Tonstudio, der alle Instrumente selbst spielen kann. „Ich erschaffe emotionale Gebilde, die es zuvor nicht gibt“, sagt Halbmeir. „Das ist beim Fahrzeugsound nicht viel anders als in der Musik. Ich folge meinem Gespür, ich muss die Ideen ausprobieren, um zu erkennen, wohin sie mich führen.“

Was für Ideen waren das? „In manchen Science Fiction-Filmen habe ich Anregungen gefunden, die für bestimmte Frequenzbereiche brauchbar waren“, sagt Halbmeir. „Aber in der realen Umwelt gab es nichts, was so klang, wie es klingen sollte. Wenn man Musik oder Sound komponiert, muss man das machen, wovon man selbst überzeugt ist. Sobald man sich auf Kompromisse einlässt, endet man bei einem akustischen Einheitsbrei.“ Dr. Ralf Kunkel ergänzt: „Wir alle sind Fahrzeug-Profis, das ist unsere große Stärke gegenüber den Klang-Experten von außen. Wir kennen unsere Autos genau und wir wissen, wie sie funktionieren und sich verhalten.“

Der e-Sound von Audi ist synthetisch – aber auf authentische Weise; er wird in jeder Millisekunde neu erzeugt, vom Auto selbst. Dr. Lars Hinrichsen, der Experte für die Hard- und Software, erklärt: „Unser Steuergerät erhält vom Fahrzeug ständig Informationen über die Drehzahl der E-Maschinen, die Last, die Geschwindigkeit und weitere Parameter. Aus diesen Daten generiert es den Klang.“

Der e-Sound ertönt über einen robusten Lautsprecher, der am Fahrzeugboden montiert ist. Axel Brombach, der Experte auf diesem Gebiet, erklärt: „Wir haben ihn auf 40 Watt Leistung ausgelegt, aber im normalen Betrieb beschränken wir uns auf fünf bis acht Watt. Das genügt, dass Fußgänger und Radler in der Nähe das Auto hören.“ Per Luft- und Körperschall kommt ein geringer Anteil des Klangs in den Innenraum. „Über Geräuschpfade und mechanische Aktuatoren könnten wir mehr Sound hereinholen“, erklärt Dr. Kunkel, „eine Fahrzeug¬karosserie ist ja ein großer Klangkörper. Aber bei unseren e-tron-Modellen legen wir Wert auf die Ruhe an Bord, denn sie vermittelt den speziellen Charakter des elektrischen Fahrens am besten.“

Grundlegende Messungen: Der Akustik-Prüfstand

Szenenwechsel: Der Akustik-Prüfstand im Erdgeschoß des Gebäudes ist ein großer Raum von etwa 350 m2 Fläche und sieben Meter Höhe. Meterlange Keile, mit Glaswolle gefüllt, ragen dicht an dicht aus den Wänden. Sie absorbieren dort einen großen Teil der Schallenergie – die Geräusche klingen fast wie im Freien. In der Mitte der Halle liegt ein Rollenprüfstand, flankiert von zwei langen Reihen Mikrofonen auf Stativen. Er dient vor allem für die Geräusch¬messungen bei der Vorbeifahrt – das Auto steht auf der Rolle, die Mikros werden durchgeschaltet.

Halbmeir und seine Kollegen haben den Akustik-Prüfstand für viele grundlegende Schritte mit dem Prototyp des R8 e-tron genutzt, in dem die Technik für den e-Sound installiert ist. Dabei mussten sie auch die Entwicklung der Gesetzgebung im Auge behalten – seit Anfang 2011 werden die Lautstärke-Regelungen für elektrifizierte Fahrzeuge in den USA voran¬getrieben. „Wahrscheinlich werden wir nur bis 30 km/h Sound machen müssen, darüber ist das Abrollgeräusch der Reifen laut genug“, sagt Dr. Kunkel. „Doch das wäre schon etwas wenig, wir werden sicher in einen höheren Bereich gehen.“

„Der Prüfstand war für uns ein wichtiges Entwicklungstool“, sagt Axel Brombach. „Aber um den e-Sound wirklich beurteilen zu können, fehlen die realen Bedingungen des Alltags – die Bewegung, der Wind, die anderen Autos. Deshalb sind wir auf der Straße gefahren. Hören, sehen, fühlen – das gehört alles zusammen.“

Hinaus auf die Straße, hinaus aus dem Gebäude. Um die Ecke herum kommt ein roter Audi R8 e-tron angerollt, leise, mit hellem Fauchen. Aber dann tritt Rudolf Halbmeir leicht aufs rechte Pedal, und aus dem Fauchen wird ein gepflegtes Grollen, fast wie bei einem eleganten V8, aber klarer, differenzierter und in eine Wolke hellerer, technischer Obertöne gehüllt: Der Audi R8 e-tron klingt sehr kompetent nach Sportwagen, aber ganz eigen, sehr futuristisch. Halbmeir hält an und grinst zum Fenster heraus: „Na, ist das gut?“

Der e-Sound für den elektrisch angetriebenen Hochleistungssportwagen ist nur der Anfang. Audi wird all seinen künftigen e-tron-Modellen eine individuelle akustische Visitenkarte mitgeben – einander ähnlich zwar, aber immer wieder anders. Denn der Sound eines Audi ist viel mehr als nur Geräusch: Er ist der hörbar gemachte Vorsprung durch Technik.

Der Audi-Konzern hat im Jahr 2011 1.302.659 Automobile der Marke Audi an Kunden ausgeliefert. 2011 erreichte das Unternehmen bei einem Umsatz von € 44,1 Mrd. ein Operatives Ergebnis von € 5,3 Mrd. Audi produziert an den Standorten Ingolstadt, Neckarsulm, Gyor (Ungarn), Changchun (China) und Brüssel (Belgien). Der Audi Q7 wird in Bratislava (Slowakei) produziert. Im Juli 2010 startete nach Audi A4 und A6 die CKD-Produktion des Audi Q5 in Aurangabad in Indien. Seit Mai 2010 rollt der Audi A1 und seit 2012 der neue A1 Sportback im Werk Brüssel vom Band. Der Audi Q3 wird seit Juni 2011 in Martorell (Spanien) produziert. Das Unternehmen ist in mehr als 100 Märkten weltweit tätig. 100-prozentige Töchter der AUDI AG sind unter anderem die AUDI HUNGARIA MOTOR Kft., die Automobili Lamborghini S.p.A. (Sant’Agata Bolognese/Italien), die AUDI BRUSSELS S.A./N.V. (Brüssel/Belgien) und die quattro GmbH (Neckarsulm). Audi beschäftigt derzeit weltweit rund 64.000 Mitarbeiter, davon rund 48.000 in Deutschland. Um den „Vorsprung durch Technik“ nachhaltig zu sichern, plant die Marke mit den Vier Ringen von 2012 bis 2016 insgesamt € 13 Mrd. zu investieren, überwiegend in neue Produkte und den Ausbau der Produktions-kapazitäten. Aktuell erweitert Audi seinen Standort in Gyor (Ungarn) und produziert ab Ende 2013 auch in Foshan (China).

Audi nimmt seit langem auf vielen Ebenen seine gesellschaftliche Verantwortung wahr – im Sinne einer lebenswerten Zukunft für künftige Generationen. Umweltschutz, Ressourcenschonung, internationale Wettbewerbsfähigkeit und eine zukunftsfähige Personalpolitik bilden deshalb die Geschäftsgrundlage für den nachhaltigen Erfolg von Audi. Das umweltpolitische Engagement der AUDI AG manifestiert sich auch in der Audi Stiftung für Umwelt. Unter dem Begriff „Audi balanced mobility“ richtet das Unternehmen seine Aktivitäten auf ein großes Ziel aus – die ganzheitliche CO2-neutrale Mobilität.

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Acoustic innovation: e-sound by Audi

The brand is developing new sound signatures for its future
e-tron models
A control unit generates sound based on signals from the car
A loudspeaker broadcasts the sound signature

Ingolstadt, Germany, 5th April 2012 — Audi’s future e-tron models will cover long distances powered by practically silent electric motors. To ensure that pedestrians in urban settings will hear them, the brand has developed a synthetic solution: Audi e-sound.

Rudolf Halbmeir’s workstation is not exactly typical of an Audi engineer. There is a digital piano on his desk, two studio-quality loudspeakers next to his computer monitor, and a pile of music magazines off to the side. “A car’s sound,” says Halbmeir, an acoustics engineer, “is similar to music.”

Sound is an especially exciting aspect of a vehicle. Although it can be described in physical terms, there is no substitute for experiencing it firsthand. A car’s sound is emotional, not intellectual. Although we consciously register a car’s sounds only occasionally while on the road, they are always there – playing a crucial role in the driving experience. Sounds send signals. Low-range frequencies suggest power and composure, while mid-range frequencies emit sportiness and agility.

All Audi models produce sound signatures which are not only well-rounded and harmonious, but also broadcast performance, premium quality and respectability. “Good sound design is a complex endeavor,” explains Dr. Ralf Kunkel, Head of Acoustics at Audi. “We have gathered a lot of expertise over the years. We have also learned how to amplify pleasant frequencies and to suppress unpleasant noises.”

In a series-production Audi, a combustion engine currently supplies the music. Conversely, the motor in an electric-powered e-tron is not an option, as it is too quiet and its high frequencies are not exactly melodious. Audi’s e-tron models will therefore feature a synthetic sound signature. Rudolf Halbmeir teamed up with his colleagues Axel Brombach and Dr. Lars Hinrichsen to create it.

They used computers to do most of the work. Using software to mix and listen to tones, assess, and then re-mix: Halbmeir is truly enthusiastic about the creative process. After all, in his spare time, he writes songs and composes music in his own recording studio – where he himself plays a lot of instruments. “I create one-of-a-kind emotional sound structures,” says Halbmeir. “There aren’t many differences between music and a vehicle’s sound. I trust my instincts and have to try out new ideas to determine where they will take me.”

Which ideas, exactly? “Some science-fiction films provided inspiration suitable for certain frequency ranges,” responds Halbmeir. “But there was nothing in the real world which offered quite the right sound. When you compose music or sounds, you have to be true to your convictions. The moment you cut corners, you essentially end up with elevator music.” Dr. Ralf Kunkel adds: “Because we here at Audi are all automotive experts, we have a great advantage over sound specialists elsewhere. We know our vehicles inside and out, not to mention how they operate and behave.”

The e-sound by Audi may be artificial, but it is authentic. In fact, the e-tron itself generates its sound by the millisecond. Dr. Lars Hinrichsen, the expert for hardware and software, explains: “Data relating to the electric motor’s rotational speed, vehicle speed, loads, and other parameters is continuously supplied by the vehicle to the control unit. It then uses this data to generate sound.”

The e-sound is played via a sturdy loudspeaker attached to the car’s undercarriage. Axel Brombach, the specialist in this field, shares details: “We designed it to handle as much as 40 watts, but during normal operation it ranges between five and eight watts. That’s loud enough for nearby pedestrians and cyclists to hear the e-tron.” A fraction of the sound signature enters the vehicle’s interior via airborne and structure-borne sound waves.

“We could utilize sound paths and mechanical actuators for more sound in the interior,” explains Dr. Kunkel. “After all, a vehicle body is basically a large soundboard. But we believe strongly that our e-tron models call for an atmosphere of calm, which best conveys the unique experience of electric driving.”

Key measurements: the acoustic test bed

A change in scenery: the acoustic test bed on the building’s ground floor is a large room, spanning some 350 m2 with a seven-meter ceiling. Dense rows of wedges full of glass wool, each a meter in length, project from the walls. These wedges absorb a majority of any sound energy; things sound almost like they do outdoors. In the middle of the room is a dynamometer test bed, between two long rows of microphones atop tripods. The dynamometer serves primarily to measure noise as if the vehicle were driving by, with tires on the roller and the microphones gathering acoustic data.

Halbmeir and his colleagues used the acoustic test bed to achieve many key advancements for the R8 e-tron prototype, which features e-sound technology. All the while, they had to remain aware of regulatory developments. Dating back to early 2011, guidelines are being crafted in the United States regarding the volume of alerts emitted by electric vehicles. “We’ll probably have to ensure audible alerts only up to 30 km/h; above that speed, the tires generate enough noise,” says Dr. Kunkel. “But that isn’t quite satisfactory – we’ll surely increase the upper limit for alerts.”

“The test bed was a key development tool for us,” says Axel Brombach. “It did not, however, allow us to genuinely evaluate the e-sound. We were missing everyday conditions such as motion, wind, and other vehicles. So we then drove on actual roads. Listening, seeing, feeling: they all go together.”

Out of the building and to the street. A red Audi R8 e-tron pulls up around the corner, purring gently. But when Rudolf Halbmeir taps the gas pedal, the purr turns into a cultivated growl. Though not unlike an elegant V8, it is especially pure and nuanced, and is shrouded in bright and innovative overtones. The Audi R8 e-tron certainly sounds like a sports car, but also one-of-a-kind and very futuristic. Halbmeir stops the car and inquires with a grin: “Great, isn’t it?”

And e-sound for this electric-powered high-performance sports car is just the beginning. Each and every Audi e-tron model will have a sound signature all its own – similar, yes, but each one unique. Because an Audi’s sound is not just any music: it is Vorsprung durch Technik to one’s ears.

The Audi Group delivered 1,302,659 cars of the Audi brand to customers in 2011. In 2011 the Company posted revenue of €44.1 billion and an operating profit of €5.3 billion. Audi produces vehicles in Ingolstadt and Neckarsulm (Germany), Gyor (Hungary), Changchun (China) and Brussels (Belgium). The Audi Q7 is built in Bratislava (Slovakia). In July 2010, CKD production of the Audi Q5 was added to the existing Audi A4 and A6 manufacturing operations in Aurangabad (India). At the Brussels plant, production of the Audi A1 has been running since May 2010, while production of the new A1 Sportback began in 2012. The Audi Q3 has been built in Martorell (Spain) since June 2011. The Company is active in more than 100 markets worldwide. AUDI AG’s wholly owned subsidiaries include AUDI HUNGARIA MOTOR Kft., Automobili Lamborghini S.p.A. in Sant’Agata Bolognese (Italy), AUDI BRUSSELS S.A./N.V. in Brussels (Belgium) and quattro GmbH in Neckarsulm. Audi currently employs around 64,000 people worldwide, including around 48,000 in Germany. Between 2012 and 2016 the brand with the four rings is planning to invest a total of €13 billion – mainly in new products and the extension of production capacities – in order to sustain the Company’s technological lead embodied in its “Vorsprung durch Technik” slogan. Audi is currently expanding its site in Gyor (Hungary) and will start production in Foshan (China) in late 2013.

Audi has long been fulfilling its social responsibility on many levels – with the aim of making the future worth living for generations to come. The basis for Audi’s lasting success is therefore formed by environmental protection, the conservation of resources, international competitiveness and a forward-looking human resources policy. One example of AUDI AG’s commitment to environmental issues is the Audi Environmental Foundation. Under the heading of “Audi balanced mobility,” the Company is directing its activities toward a major goal – comprehensive CO2-neutral mobility.

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