Geräusche, Vibrationen und Rauheit (NVH): Die Wissenschaft hinter komfortablen Autos

NVH, kurz für Geräusche, Vibrationen und Rauheit, ist einer der wichtigsten, aber gleichzeitig am wenigsten sichtbaren Aspekte moderner Fahrzeugkonstruktion. Während PS-Zahl, Beschleunigung und Kraftstoffverbrauch leicht messbar sind, bestimmt NVH das Fahrgefühl. Es beeinflusst Komfort, wahrgenommene Qualität, Ermüdung und sogar den wahrgenommenen Wert eines Fahrzeugs. In diesem ausführlichen Artikel erfahren Sie alles Wissenswerte über NVH im Auto – von der Bedeutung bis hin zu den Testmethoden.

Was ist NVH (Geräusch-, Vibrations- und Härtekomfort) bei Autos?

NVH steht für Geräusche, Vibrationen und Rauheit und bezeichnet eine Kerndisziplin der Automobiltechnik, die sich damit befasst, wie unerwünschte Geräusche und mechanische Bewegungen in einem Fahrzeug erzeugt, übertragen und wahrgenommen werden. NVH beschränkt sich nicht auf ein einzelnes System, sondern umfasst das gesamte Fahrzeug – vom Antriebsstrang und der Federung bis hin zur Karosseriestruktur und den Innenraummaterialien.

In der Praxis bestimmt der NVH-Wert, ob sich ein Auto komfortabel oder unkomfortabel anfühlt. Zwei Fahrzeuge mit ähnlichen Motoren und Leistungsdaten können sich aufgrund ihres NVH-Wertes völlig unterschiedlich anfühlen. Ingenieure analysieren den Energiefluss im Fahrzeug und ergreifen Gegenmaßnahmen, um diesen zu kontrollieren, bevor er Fahrer und Passagiere erreicht. Die NVH-Entwicklung vereint Physik, Akustik, Materialwissenschaft, Elektronik und die menschliche Wahrnehmung und ist damit einer der komplexesten Aspekte der Fahrzeugentwicklung.

Was versteht man unter dem Begriff „Geräusch“ im Zusammenhang mit NVH?

Im Bereich der NVH-Technik (Geräusch-, Vibrations- und Härtetechnik) bezeichnet der Begriff „Geräusch“ alle unerwünschten Geräusche, die vom Fahrzeug während des Betriebs erzeugt werden. Geräusche werden nicht allein durch ihre Lautstärke definiert; Tonhöhe, Frequenz und Konsistenz spielen ebenso eine wichtige Rolle. Geräusche werden im Allgemeinen in zwei Kategorien eingeteilt:

• Luftschall: Darunter versteht man Schall, der sich durch die Luft ausbreitet, bevor er in den Fahrgastraum gelangt. Beispiele hierfür sind Windgeräusche, Reifengeräusche, Ansauggeräusche des Motors und Abgasgeräusche. Aerodynamische Form, Dichtungsqualität und Schalldämmung beeinflussen den Luftschallpegel maßgeblich.

• Körperschall: Körperschall entsteht durch Vibrationen in einem festen Bauteil. Diese Vibrationen breiten sich durch die Fahrzeugstruktur aus und führen dazu, dass Verkleidungen, Zierteile oder Scheiben Schall abstrahlen. Getriebegeräusche und Antriebsgeräusche fallen häufig in diese Kategorie.

NVH-Ingenieure konzentrieren sich auf die Geräuschunterdrückung in bestimmten Frequenzbändern, da das menschliche Gehör auf bestimmte Bereiche, insbesondere zwischen 1.000 und 5.000 Hz, besonders empfindlich reagiert.

Was bedeutet der Begriff „Vibration“ im Zusammenhang mit NVH?

Vibration ist eine mechanische Schwingung, die durch sich bewegende oder rotierende Bauteile erzeugt wird. In Fahrzeugen ist Vibration unvermeidbar; entscheidend ist, wie sie kontrolliert und isoliert wird. Zu den Vibrationsquellen gehören:

• Verbrennungskräfte im Motor

• Elektromagnetische Kräfte im Elektromotor

• Rotierende Wellen und Zahnräder

• Unebenheiten der Straßenoberfläche

• Federungsbewegung

Vibrationen werden durch Frequenz, Amplitude und Richtung charakterisiert. Niederfrequente Vibrationen werden oft als Rütteln oder Dröhnen wahrgenommen, während höherfrequente Vibrationen als Summen im Lenkrad oder in den Pedalen spürbar sein können. NVH-Ingenieure verwenden Isolationskomponenten wie Lager, Buchsen und Hilfsrahmen, um zu verhindern, dass Vibrationen in den Fahrgastraum übertragen werden.

Was bedeutet der Begriff „Härte“ im Zusammenhang mit NVH?

Rauheit ist die subjektive menschliche Reaktion auf plötzliche oder unregelmäßige Kräfte. Es geht nicht um die Lautstärke, sondern darum, wie abrupt die Energie auf den Körper einwirkt. Ein Fahrzeug kann leise sein und sich dennoch hart anfühlen. Beispielsweise kann eine straffe Federung Stöße von Schlaglöchern selbst bei geringem Geräuschpegel deutlich übertragen. Das menschliche Nervensystem reagiert stark auf schnelle Kraftänderungen, was die Rauheit zu einem der am schwierigsten zu optimierenden NVH-Elemente macht. Die Rauheit wird beeinflusst durch:

• Fahrwerksgeometrie und Dämpfung

• Buchsensteifigkeit

• Flexibilität der Reifenflanke

• Sitz- und Innenraumkonformität

Die Reduzierung von Härte erfordert oft Kompromisse bei der Fahrpräzision und der Rückmeldung von der Straße.

Was bedeutet „Fahrzeugakustik“ im Kontext von NVH (Geräusch-, Vibrations- und Härtekomfort)?

Fahrzeugakustik ist die Lehre vom Verhalten von Schall im und um das Fahrzeug. Im Bereich NVH (Geräusch-, Vibrations- und Harshness-Tests) konzentriert sie sich auf Schallausbreitung, -reflexion, -absorption und -resonanz im Fahrgastraum. Zur Fahrzeugakustik gehören:

• Kabinenresonanzmoden

• Stehende Wellen zwischen Innenflächen

• Schallabsorption durch Materialien

• Schallreflexion von Glas und harten Paneelen

Ein wichtiger Bestandteil der Fahrzeugakustik ist die Psychoakustik, die untersucht, wie Menschen Klangqualität wahrnehmen. Ingenieure optimieren nicht nur die Lautstärke, sondern auch den Klangcharakter, um sicherzustellen, dass Geräusche gleichmäßig, harmonisch und gezielt wahrgenommen werden.

Warum NVH in modernen Fahrzeugen so wichtig ist

NVH (Geräusch-, Vibrations- und Rauheitskomfort) gewinnt mit zunehmender Geräuschentwicklung bei Fahrzeugen immer mehr an Bedeutung. Verbesserungen bei Motoren, Aerodynamik und Elektrifizierung reduzieren herkömmliche Geräuschquellen und legen zuvor verborgene, kleinere und höherfrequente Störungen offen. Ein niedriger NVH-Wert ist verbunden mit:

• Verringerte Fahrerermüdung

• Verbesserter Komfort bei langen Fahrten

• Höhere wahrgenommene Verarbeitungsqualität

• Stärkere Markenidentität

In wettbewerbsintensiven Märkten zeichnet sich die NVH-Performance von Premiumfahrzeugen oft stärker aus als reine Leistungsdaten.

Hauptquellen für NVH (Geräusch-, Vibrations- und Rauheitsgeräusche) in Autos

• Antriebsstrang-NVH: Verbrennungsmotoren erzeugen NVH durch Verbrennungsvorgänge, Hubbewegungen und Abgasimpulse. Elektromotoren erzeugen NVH durch elektromagnetische Kräfte und hochfrequente Schaltgeräusche.

• NVH-Werte von Straße und Reifen: Reifen übertragen sowohl Geräusche als auch Vibrationen auf das Fahrzeug. Profil, Gummimischung, Reifendruck und Straßenbeschaffenheit beeinflussen das NVH-Verhalten.

• Aerodynamische NVH: Windgeräusche entstehen durch Strömungsablösung und Turbulenzen an Außenteilen wie Spiegeln, Türdichtungen und Dachreling. Die aerodynamischen NVH-Werte nehmen mit steigender Geschwindigkeit rapide zu.

• NVH-Effekte des Hilfssystems: Kühlventilatoren, Pumpen, Kompressoren und elektronische Module tragen zu NVH-Effekten bei, die in leisen Kabinen stärker wahrnehmbar sind.

Was ist eine NVH-Prüfung?

NVH-Tests sind Verfahren zur Messung und Analyse von Geräuschen und Vibrationen während des gesamten Fahrzeugentwicklungsprozesses. Zu den NVH-Testmethoden gehören:

• Mikrofone zur Schalldruckmessung

• Beschleunigungsmesser zur Schwingungsmessung

• Frequenz- und Ordnungsanalyse

• Modalanalyse zur Identifizierung von Resonanzstrukturen

Die Tests werden in kontrollierten Umgebungen wie Halbreflexionskammern sowie unter realen Straßenbedingungen durchgeführt. Subjektive Beurteilungen durch geschulte Ingenieure ergänzen die objektiven Daten.

NVH in Elektro- und Hybridfahrzeugen

Elektro- und Hybridfahrzeuge bringen neue Herausforderungen an den Geräusch- und Vibrationsbereich (NVH) mit sich, da sie Verbrennungsgeräusche eliminieren, die zuvor Nebengeräusche überdeckten. Zu den wichtigsten NVH-Aspekten bei Elektrofahrzeugen gehören:

• Tongeräusche von Elektromotoren

• Wechselrichter-Schaltfrequenzen

• Betrieb des Kühlsystems

• Zunehmende Dominanz von Reifen- und Fahrgeräuschen

Die NVH-Entwicklung für Elektrofahrzeuge basiert maßgeblich auf Software-Tuning, Hochfrequenz-Geräuschunterdrückung und psychoakustischer Optimierung.

Die Zukunft der NVH-Technik

Mit der zunehmenden Elektrifizierung und dem autonomen Fahren gewinnt die Geräusch- und Vibrationsdämpfung (NVH) weiter an Bedeutung. In leisen Fahrgastzellen werden alle verbleibenden Geräusche verstärkt, weshalb Präzision unerlässlich ist. Die zukünftige NVH-Entwicklung konzentriert sich daher auf Folgendes:

• Aktive Geräuschunterdrückungssysteme

• Adaptive Lager und Dämpfer

• Hochentwickelte, leichte Akustikmaterialien

• KI-gestützte NVH-Vorhersage und -Optimierung

NVH wird zunehmend als integriertes System konzipiert und nicht mehr als nachträgliche Optimierung behandelt.