Sound-Quality-Messung: ISO-532-Lautheit & ECMA-74-Tonalitätsleitfaden (kostenlos mit OpenTest)

Erfahren Sie, wie Sie Lautheit (ISO 532-1), Schärfe und Tonalität (ECMA-74) mit OpenTest - der kostenlosen Open-Source-Software - messen. Schritt-für-Schritt-Leitfaden für NVH-Ingenieure in der Automobilindustrie sowie für Ingenieure in der Unterhaltungselektronik und bei Haushaltsgeräten. Dieser Artikel richtet sich an Ingenieure, die im Bereich Akustik- und Schwingungsprüfung arbeiten. Er zeigt, wie man Schallqualitätsmessungen in OpenTest auf Basis der Lautheitsnorm ISO 532 und der Tonalitätsbewertungsverfahren nach ECMA-74 durchführt. Durch das Messen und Vergleichen von drei zentralen psychoakustischen Kenngrößen - Lautheit, Schärfe und Prominenz (Tonalität) - können Teams aus den Bereichen Unterhaltungselektronik, Automotive-NVH, Haushaltsgeräte und IT-Geräte Aussagen wie "wie gut oder schlecht es klingt" in quantitative Ingenieurdaten überführen und einen standardisierten Sound-Quality-Workflow auf einer einzigen Plattform von der Datenerfassung über die Analyse bis zum Reporting durchgängig abbilden.

Warum Schallqualitätsmessungen wichtig sind

In der klassischen Geräuschprüfung verlassen wir uns in der Regel auf dB-Werte, um zu beschreiben, wie "laut" ein Gerät ist. Doch immer mehr Studien und Praxisprojekte führen Ingenieuren vor Augen, dass "Lautheit" nur ein Teil der Geschichte ist. Bei Automotive-NVH, Haushaltsgeräten, IT-Equipment und Unterhaltungselektronik hängt die Akzeptanz des Produktgeräuschs durch den Nutzer viel stärker davon ab, ob es angenehm, scharf, ermüdend oder störend klingt - und nicht nur vom gesamten Schalldruckpegel.

Branchenerhebungen zeigen außerdem, dass die meisten Hersteller heute "wie gut es klingt" als genauso wichtig betrachten wie "wie leise es ist" und der Schallqualität bereits in frühen Entwicklungsphasen Aufmerksamkeit schenken. Beim gleichen Schalldruckpegel kann eine schlechte Schallqualität die Gesamtzufriedenheit mit dem Produkt deutlich verringern.

Genau deshalb gibt es Schallqualität als eigenständige Disziplin: Über eine Reihe psychoakustischer Kenngrößen wie Lautheit, Schärfe und Tonalität/Prominenz werden subjektive Eindrücke wie "scharf", "dröhnend", "hart" oder "weich" in messbare, vergleichbare und nachvollziehbare Daten überführt, sodass Entwicklungsteams über reinen Lärmschutz hinausgehen und das Produktgeräusch gezielt auf die Hörerfahrung hin auslegen und optimieren können.

Zentrale Kenngrößen der Schallqualitätsmessung

In der Ingenieurpraxis ist Schallqualität keine einzelne Zahl, sondern ein Satz psychoakustischer Größen. Häufig verwendete Kenngrößen sind z. B. Lautheit, Schärfe, Rauigkeit, Schwankungsstärke, Prominenz/Tonalität usw.

Abbildung 1 - Zentrale Kenngrößen der Schallqualitätsmessung

Lautheit (ISO 532-1)

Lautheit und Lautheitspegel beschreiben, wie laut ein Geräusch vom menschlichen Ohr wahrgenommen wird - und nicht nur seinen Schalldruckpegel in dB. International wird für die Berechnung der Lautheit häufig der auf der Zwicker-Methode basierende Standard ISO 532-1:2017 verwendet. Er kann sowohl stationäre als auch zeitlich veränderliche Geräusche abbilden und korreliert in vielen technischen Lärmanwendungen gut mit der subjektiven Wahrnehmung.

Aus Ingenieurssicht hat die Lautheit gegenüber dem A-bewerteten Schalldruckpegel klare Vorteile:

• Sie berücksichtigt die unterschiedliche Frequenzempfindlichkeit des Ohrs (das menschliche Gehör ist im mittleren bis hohen Frequenzbereich empfindlicher).
• Beim gleichen dB-Pegel bildet die Lautheit häufig die Frage "fühlt es sich laut an oder nicht?" genauer ab.

Schärfe (DIN 45692)

Schärfe beschreibt, ob ein Geräusch als scharf oder stechend wahrgenommen wird. Wenn der Anteil an hochfrequenten Komponenten größer ist, empfinden Menschen den Klang tendenziell als "schärfer" oder "härter".

Schärfe wurde in DIN 45692:2009 normiert und wird typischerweise auf Basis der spezifischen Lautheitsverteilung aus einem Lautheitsmodell berechnet, wobei in den höheren Bark-Bändern eine zusätzliche Gewichtung erfolgt. Das Ergebnis wird in Acum angegeben.

In Anwendungen wie Lüftern, Kompressoren und E-Antriebs-Pfeifgeräuschen führt eine Reduzierung der Schärfe häufig wirkungsvoller zu höherem subjektivem Komfort als eine reine Absenkung des gesamten dB-Pegels.

Rauigkeit (Asper)

Rauigkeit entspricht grob schnellen Amplitudenmodulationen im Bereich von 15-300 Hz, die einen "kratzigen, vibrierenden" Eindruck hervorrufen - etwa bei bestimmten Wechselrichter- oder Getriebepfeifen, bei denen der Klang sich anfühlt, als würde er "vibrieren".

• Einheit: Asper
• Klassische Definition: 1 Asper entspricht einem 1-kHz-Sinuston mit 60 dB, der mit ca. 70 Hz und 100 % Modulationstiefe amplitudenmoduliert ist.
• Je größer die Modulationstiefe und je näher die Modulationsfrequenz am empfindlichsten Bereich (ca. 70 Hz) liegt, desto höher ist die wahrgenommene Rauigkeit.

In der Praxis wird Rauigkeit häufig verwendet, um zu beschreiben, wie stark sich ein Geräusch wie "Brummen" oder "Kratzen" anfühlt, und ist besonders relevant für die subjektive Bewertung technischer Geräusche von E-Antriebssystemen, Getrieben und Kompressoren.

Schwankungsstärke (Vacil)

Schwankungsstärke erfasst langsamere Amplitudenschwankungen - Pegeländerungen im Bereich von etwa 0,5-20 Hz, die als "pulsierend" oder "atmend" wahrgenommen werden, mit einer typischen maximalen Empfindlichkeit um 4 Hz.

• Einheit: Vacil
• Klassische Definition von 1 Vacil: ein 1-kHz-Sinuston mit 60 dB und einer 4-Hz-Amplitudenmodulation bei 100 % Modulationstiefe.
• Bei "Atemgeräuschen" im Fahrzeuginnenraum im Leerlauf oder bei Lüftern, deren Pegel periodisch an- und absteigt, ist die Schwankungsstärke eine zentrale Beschreibungsgröße.

Sie können sich Schwankungsstärke und Rauigkeit als zwei Seiten derselben "Modulations"-Medaille vorstellen:

• Schwankungsstärke: langsame Modulation (einige Hz), wahrgenommen als "Atmen" oder "Pulsieren".
• Rauigkeit: schnellere Modulation (Zehner-Hz-Bereich), wahrgenommen als "vibrierend, kratzig, körnig".

Prominenz / Tonalität (ECMA-74)

Viele Geräte sind insgesamt nicht besonders laut, werden aber extrem störend, weil ein oder zwei schmalbandige tonale Komponenten auftreten. Diese "herausstechenden Töne" werden üblicherweise über Tonalität / Prominenz quantifiziert.

Bei Geräuschen von IT- und Informationstechnikgeräten legt ECMA-74 Verfahren auf Basis des Ton-zu-Rausch-Verhältnisses (TNR) und des Prominenzverhältnisses (PR) fest, um tonale Prominenz zu bewerten und zu entscheiden, ob eine Spektrallinie ein "prominenter Ton" ist.

Historisch stammen diese Kenngrößen aus der psychoakustischen Forschung und werden heute in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, bei Haushaltsgeräten und IT-Equipment breit eingesetzt, um Lästigkeit vorherzusagen und zu optimieren. So haben Studien zum Beispiel gezeigt, dass - bei kontrollierter Lautheit - Schärfe, Tonalität und Schwankungsstärke wichtige Prädiktoren für die Lästigkeit von Hubschrauberlärm sind.

Warum Schallqualität hilfreicher ist, als nur auf "dB zu schauen"

In vielen Projekten sind Ihnen vermutlich bereits Fragen wie die folgenden begegnet:

• Zwei Lüfterdesigns haben ähnliche Schallleistungspegel, aber eines klingt "ruhig und weich", während das andere ein deutliches Pfeifen aufweist.
• Nach einer Lärmreduktion ist der Gesamt-SPL um einige dB gesunken, aber das Nutzerfeedback verbessert sich kaum.
• In der Produktion wird ausschließlich der A-bewertete Schalldruckpegel als Kriterium verwendet, sodass einige "schlecht klingende" Einheiten dennoch durchrutschen.

Grundsätzlich liegt das daran, dass:

• Schalldruckpegel / Schallleistung = "wie viel Energie vorhanden ist"
• Schallqualitätskenngrößen = "wie das Ohr das Geräusch empfindet"

Mit Kenngrößen wie Lautheit, Schärfe, Rauigkeit, Schwankungsstärke und Prominenz können Sie vage Beschwerden wie "es klingt einfach unangenehm" zerlegen in:

• Welcher Frequenzbereich zu viel Energie enthält (was zu hoher Schärfe führt)
• Ob eine starke Amplitudenmodulation vorliegt (die hohe Rauigkeit oder Schwankungsstärke verursacht)
• Ob eine tonale Komponente deutlich über ihrer Umgebung herausragt (hohe Tonalität / Prominenz)

In der Entwicklung lassen sich diese Kenngrößen direkt verknüpfen mit:

• Strukturoptimierung (Steifigkeit, Eigenformen, Schaufelgeometrie usw.)
• Regelungsstrategien (z. B. PWM-Frequenz, Lüfterdrehzahlkennlinien und Übergänge)
• Material- und Maßnahmenwahl für Geräuschdämpfung bzw. Isolation

So erhalten Sie deutlich klarere und umsetzbarere Handlungsempfehlungen als beim Ansatz "einfach dB reduzieren".

Schallqualitätsanalyse in OpenTest

Als Plattform für Akustik- und Schwingungsprüfungen unterstützt OpenTest einen vollständigen Schallqualitäts-Workflow von der Erfassung → Analyse → Berichterstellung. Füllen Sie das Formular unten ↓ auf dieser Seite aus, um uns zu kontaktieren und eine OpenTest-Demo zu erhalten.

Beispielgerät: Geräusch eines Büro-PC-Lüfters

Um den Prozess greifbar zu machen, verwenden wir als Beispiel ein sehr leicht zugängliches Gerät: einen typischen Büro-PC.

Testziel: Bewertung der Schallqualitätskenngrößen des Lüftergeräuschs unter verschiedenen Betriebsbedingungen, um:

• die subjektive Geräuschperformance verschiedener Kühl- und Lüfterregelstrategien zu vergleichen,
• quantitative Eingangsdaten für NVH-Reviews bereitzustellen (z. B. überschreitet die Lautheit das Ziel, ist die Schärfe zu hoch?).
• eine Grundlage für weitere Optimierungen der Schallqualität zu schaffen (z. B. Unterdrückung von Pfeiffrequenzen, Glättung von Drehzahlübergängen).

Mögliche Testumgebungen sind:

• Ein halbfreier (halbreflexionsarmer) Raum bzw. ein leisest Raumlabor (empfohlen) oder
• eine ruhige Büro-Umgebung für frühe, vergleichende Bewertungen.

Messsystem: SonoDAQ + OpenTest-Schallqualitätsmodul

Auf der Hardwareseite verwenden wir ein CRYSOUND-SonoDAQ-Mehrkanal-Datenerfassungssystem (für detaillierte Modellspezifikationen kontaktieren Sie uns bitte), zusammen mit einem oder mehreren Messmikrofonen, die je nach Testanforderung in der Nähe des PC-Lüfters oder an der Hörposition platziert werden.

Abbildung 2 - Mehrkanal-Datenerfassungssystem SonoDAQ Pro

Natürlich unterstützt OpenTest auch die Anbindung über openDAQ, ASIO, WASAPI und andere gängige Audio-Schnittstellen, sodass Sie vorhandene DAQ-Systeme oder Audio-Interfaces, wo sinnvoll, weiterverwenden können.

Auf der Softwareseite ist das Schallqualitätsmodul eines der Messmodule in OpenTest. In Kombination mit FFT-Analyse, Oktavbandanalyse und Schal peg elanalyse deckt es die meisten gängigen Anforderungen in der Audio- und Schwingungsprüfung ab.

Konfiguration der Messparameter

Nachdem Sie ein neues Projekt in OpenTest erstellt haben, gehen Sie wie folgt vor:

1. Kanal­konfiguration und Kalibrierung

• Wählen Sie in der Ansicht Channel Setup die zu verwendenden Mikrofonkanäle aus und stellen Sie Empfindlichkeit, Abtastrate und Frequenzbewertung nach Bedarf ein.
• Verwenden Sie einen Schallkalibrator (z. B. 1 kHz, 94 dB SPL), um die Messmikrofone zu kalibrieren, damit Lautheit und verwandte Kenngrößen eine verlässliche absolute Referenz haben.

2. Wechseln Sie in das Modul "Measure > Sound Quality"

• Wählen Sie die zu berechnenden Kenngrößen: Lautheit, Schärfe, Prominenz.
• Legen Sie Analysebandbreite, Frequenzauflösung und Zeitmittelungsmodi fest.
• Konfigurieren Sie optional Testdauer und Bezeichnungen für verschiedene Betriebszustände.

Im Kern wandeln Sie in diesem Schritt die "Berechnungsdefinitionen" in ISO 532, DIN 45692 und ECMA-74 in ein wiederverwendbares OpenTest-Sound-Quality-Szenariotemplate um.

Erfassung von Schalldaten für verschiedene Betriebszustände

Sobald die Testumgebung eingerichtet und die Parameter konfiguriert sind, klicken Sie auf Start, um Schallqualitätsdaten unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu messen. Jeder Testdatensatz wird automatisch für spätere Analysen gespeichert.

Da die Schallqualität den Fokus auf das Geräusch im realen Betrieb legt, empfiehlt es sich, mehrere typische Zustände aufzunehmen, zum Beispiel:

• Leerlauf / Standby (Lüfter aus oder mit niedriger Drehzahl)
• Typische Bürobelastung (Dokumente, Surfen mit mehreren Tabs usw.)
• Hohe Last / Stresstest (CPU/GPU unter Volllast)

Mit dieser Aufteilung können Ingenieure klar nachverfolgen, welches Schallqualitätsresultat zu welchem Betriebszustand gehört.

Abbildung 3 - Überlagerung mehrerer Schallqualitätsmessungen in OpenTest

Von mehreren Messungen zum einen Schallqualitätsbericht

Nachdem Sie mehrere Betriebszustände gemessen haben (z. B. Leerlauf, typischer Bürobetrieb und Volllast-Stresstest), können Sie in OpenTest Folgendes tun.

• Wählen Sie in der Datensatzliste die Datensätze aus, die Sie vergleichen und überlagern möchten:
  • Vergleichen Sie Lautheitsverläufe unter verschiedenen Bedingungen.
  • Prüfen Sie, ob die Schärfe während Beschleunigungen oder Drehzahlwechseln Spitzen aufweist.
  • Identifizieren Sie Zustände, in denen prominente schmalbandige Töne auftreten (hohe Prominenz).
• Speichern Sie im Data Selector die zugehörigen Zeitverläufe und Analyseergebnisse:
  • Exportieren Sie .wav-Dateien für spätere Hörtests oder subjektive Bewertungen.
  • Exportieren Sie .csv-/Excel-Dateien für weiterführende Statistik oder Modellierung.
• Klicken Sie in der Symbolleiste auf die Schaltfläche Report:
  • Geben Sie Projekt-, Prüflings- (DUT) und Betriebszustandsinformationen ein.
  • Wählen Sie die einzubeziehenden Schallqualitätskenngrößen und Diagramme (z. B. Lautheit über der Zeit, Balkendiagramme der Schärfe, Spektren mit markierter tonaler Prominenz).
  • Erzeugen Sie mit einem Klick einen Schallqualitätsbericht zur internen Abstimmung oder für die Einreichung beim Kunden.

Abbildung 4 - Beispiel eines Schallqualitätsberichts in OpenTest

Der erzeugte Bericht enthält Messbedingungen und Betriebsmodi,, zentrale Schallqualitätskenngrößen, wie Lautheit, Schärfe und Prominenz sowie einen Vergleich mit klassischen akustischen Kenngrößen (Schalldruckpegel, 1/3-Oktavspektren, Schallleistung usw.), sodass Projektteams anhand eines Satzes von Kenngrößen diskutieren können, die sowohl objektiv als auch eng mit der gehörten Wahrnehmung verknüpft sind..

Typische Anwendungsszenarien

In OpenTest können Sie für unterschiedliche Geschäftsbereiche jeweils eigene Schallqualitäts-Test szenarien aufbauen, zum Beispiel:

• Unterhaltungselektronik / IT-Equipment (Laptops, Router, Lüfter usw.)
  • Verwenden Sie Lautheit + Schärfe + (wo sinnvoll) Rauigkeit, um die "subjektive Behaglichkeit" verschiedener Thermik-/Lüfterstrategien zu bewerten.
  • Vergleichen Sie die Schallqualität über unterschiedliche Drehzahlkennlinien oder PWM-Schemata hinweg.
• Automotive-NVH / E-Antriebssysteme
  • Verwenden Sie Mehrkanalerfassung, um Innengeräusche und Geschwindigkeitssignale synchron aufzuzeichnen.
  • Kombinieren Sie Ordnungsanalyse mit Schallqualitätskenngrößen, um zu sehen, wie "scharf" ein E-Antriebs-Pfeifen ist und ob ausgeprägte Modulationen auftreten, die Rauigkeit verursachen.
• Haushaltsgeräte und Industrieanlagen
  • Wenn die Schallleistung die Normanforderungen bereits erfüllt, können Sie mithilfe von Schallqualitätskenngrößen weiter nach "lästigen Geräuschen" selektieren, anstatt sich ausschließlich auf dB-Werte zu stützen.

Wenn Sie Ihre Schallqualitätsprüfungen neu aufbauen oder erweitern, können Sie ISO 532 und ECMA-74 als Rückgrat verwenden und OpenTest die Umgebung, Erfassung, Analyse und Berichterstellung zu einer wiederholbaren Prozesskette verbinden lassen. So wird jeder Schallqualitätstest eindeutig nachvollziehbar und kann sich viel eher von einem Einzelexperiment zu einem langfristigen Engineering-Asset entwickeln.

Füllen Sie das untenstehende Formular aus ↓, um uns zu kontaktieren und eine Demo sowie einen Test des OpenTest-Schallqualitätsmoduls zu buchen. Sie können auch die OpenTest-Website unter www.opentest.com besuchen, um mehr über Funktionen und Anwendungsfälle zu erfahren.