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Der (Nicht-)Klang von Elektrofahrzeugen

Bachelorarbeit 2012 28 Seiten

Musikwissenschaft

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abstract

1. Einleitung

2. Schall & Schallwahrnehmung

3. Klang und seine Bedeutung
3.1. Ökologie von Gibson
3.2. Bedeutungshaltiger Schall
3.3. Bedeutung von Klang

4. Der Klang von Elektrofahrzeugen
4.1. Der Klang eines Autos
4.2. Fehlender Klang beim Elektrofahrzeug
4.2.1. Sicherheit
4.2.2. Interaktion, Emotion & Identität
4.3. Konkrete Vorschläge für Klänge
4.4. Der Prozess der Klangfindung beim Elektrofahrzeug

5. Schlussfolgerung und Diskussion

6. Literaturverzeichnis

Abstract

Daily life is full of sounds and noises. Sound provides information about its source and has a certain meaning. This paper deals with the so-called „silent cars“, electric vehicles which have virtually no sound. On the one hand a lower sound level of future cars is a benefit, on the other hand some problems - like the lack of security for blind persons - may arise. This paper describes the process of finding an adequate sound for electric vehicles. The first part explains the nature of sound, its origin, propagation and perception. Sound and its meaning and how we are able to decipher this meaning is explained in the second part. The last part deals with the design of sound of electric cars.

1. Einleitung

Klänge und Geräusche[1] umgeben uns im Alltag ständig. Manche sind unvermeidbares Nebenprodukt einer Bewegung oder einer Verhaltensweise (man denke an Verkehrslärm, quietschende Türen oder eine Bohrmaschine, deren Lärm in eine Wohnungen dringt), andere Klänge werden absichtlich und bewusst erzeugt: etwa Musik, Sprache oder die akustischen Signale an Fußgängerampeln, um blinden Menschen ein gefahrloses Überqueren der Straße zu ermöglichen. Allen Klängen ist gemein, dass sie Information für den Empfänger beinhalten. Schall informiert uns über die Position und Art der Schallquelle (vgl. Jauk 2009a) und trägt eine Bedeutung in sich.

Werden Klänge und Geräusche bewusst geformt und zu einem gewissen Zweck eingesetzt, spricht man von „Sound design“ oder „Akustik-Design“. Im Film ist die Gestaltung von Klang zur emotionalen Verstärkung schon lange im Einsatz, aber auch in anderen industriellen Bereichen wird vermehrt mit klanglicher Gestaltung gearbeitet, um Produkte attraktiver zu machen. Die Fahrzeugindustrie arbeitet sehr stark mit der künstlichen Gestaltung von Klängen, um Fahrzeugen die passende klangliche „Hülle“ zu verpassen. Ein sportliches Image kann über das Motorengeräusch transportiert werden, der satte Klang einer zufallenden Autotür vermittelt Sicherheit. Neben der emotionalen Wirkung hat Klang bei Autos auch einen praktischen Nutzen: Das Motorengeräusch informiert Fußgänger über das Herannahen eines Autos, der Fahrer erlangt durch akustische Informationen im Innenraum Aufschluss über die Fahrgeschwindigkeit und den Zustand des Fahrzeugs.

Bei Elektrofahrzeugen[2] allerdings steht die Industrie vor dem Problem, dass mit dem Verbrennungsmotor die charakteristische Klangquelle eines Fahrzeugs wegfällt und ein solcher Klang nun erst künstlich kreiert werden muss. Ausgehend von einem theoretischen Teil ist es Ziel dieser Arbeit, herauszufinden, welche Klänge für Elektrofahrzeuge möglich sind und nach welchen Kriterien deren Auswahl stattfindet. In weiterer Folge ist der grundsätzlich theoretische Zugang auch in der Lage, das kulturelle Phänomen Musik und ihren funktionalen Aspekt zu erklären.

2. Schall & Schallwahrnehmung

Im folgenden Kapitel wird das grundlegende Wesen von Schall sowie seine Entstehung, Ausbreitung und Wahrnehmung erläutert. Dies ist für ein weiteres Verständnis notwendig.

„Schall ist das Artefakt der Schwingung eines schwingungsfähigen Materials.“ (Jauk 2009a) „Schall kann definiert werden als momentane und örtliche Änderung des Druckes und damit der Dichte der Materie.“ (Brüderlin 2003, S. 19).

Schall benötigt zur Ausbreitung ein Medium, das bekannteste ist Luft. Ändert sich nun durch Druckeinwirkung der Abstand der Moleküle in der Luft, schwingen einzelne Teilchen hin und her und „geben diese Bewegung an die benachbarten Teilchen weiter“ (Brüderlin 2003, S. 21), wodurch es zu einer Ausbreitung des Schalls kommt. Im freien Feld, ohne Begrenzungen, die zu Reflexionen führen können, breitet sich der Schall kugelförmig, d.h. in alle Richtungen gleich aus (vgl. Brüderlin 2003, S. 21). Die Schallgeschwindigkeit, in Abhängigkeit des Mediums und dessen Temperatur, beträgt in der Luft 344 m/s bei 20°C (vgl. Hellbrück & Ellermeier 2004, S. 62). Für den Menschen hörbar sind Schwingungen im Bereich von 20 bis 20.000 Hertz.

Die einfachste Schwingung, die eine solche Druckschwankung anregen kann, ist die Sinusschwingung, in ihrer hörbaren Form auch Sinuston oder reiner Ton genannt. Sie ist periodisch, d.h. ihre Wellenform bleibt über die Zeit unverändert gleich und wiederholt sich in regelmäßigen Abständen (vgl. Hellbrück & Ellermeier 2004, S. 54).

In der Natur kommen Sinustöne nicht vor, sie sind nur mittels technischer Hilfsmittel herzustellen: „Vor dem Aufkommen von Stimmgabeln und Oszillatoren war es [...] zweifelhaft, ob Hörorgane jemals mit einer einzigen Frequenz konfrontiert wurden, bzw. reine Töne hörten.“ (Gibson 1982a, S. 119ff.). Wir empfinden diese Töne als unnatürlich und „dünn“ (Hellbrück & Ellermeier 2004, S. 54). Spricht man von Tönen in der Natur oder der Musik, sind damit immer Sinustöne mit sogenannten Obertönen gemeint, das sind weitere Sinustöne, die in einer ganzzahligen vielfachen Frequenz der Grundschwingung mitschwingen. Auf die Grundfrequenz haben diese Obertöne keine Auswirkungen, sie sind allerdings für die Klangfarbe eines Tones oder Instruments ausschlaggebend (vgl. Hellbrück & Ellermeier 2004, S. 55).

Sinustöne und Klänge weisen periodische Schwingungen auf, während Geräusche keine Periodik zeigen. Hellbrück & Ellermeier treffen hier die Unterscheidung zwischen belebter Natur (Tiere, Musik), die vorwiegend periodischen Schall erzeugt und unbelebter Natur (Wind, Wasser, Regen, Donner, Maschinen), in der meist aperiodischer Schall anzutreffen ist (vgl. 2004, S. 55).

Die Schallwahrnehmung läuft hauptsächlich im Gehör ab[3]. Das menschliche Gehör umfasst beide Ohren und die zugehörigen Muskeln und dient neben dem Identifizieren der „Richtung eines Schallereignisses [...] sowie der Natur des betreffenden Schalles“ auch der „Erfassung von Eigengeräuschen, insbesondere der eigenen lautlichen Äußerungen.“ (Gibson 1982a, S. 104f.). Das einzelne Ohr ist ein „untergeordnetes Organ, das dafür da ist, Vibrationen der Luft weiterzuleiten und in Nervenerregung umzusetzen“ (Gibson 1982a, S. 104f.)

Aus der Physiologie ergibt sich ein dreiteiliger Aufbau des Ohres, der hier in vereinfachter Weise dargestellt wird: das Außenohr und die Ohrmuschel fangen den Schall auf und leiten ihn an das Trommelfell weiter;

Im Mittelohr „setzt [...] der Hammer am Trommelfell an und überträgt dessen Bewegungen über den Amboß auf den Steigbügel [...].“ (Brüderlin 2003, S. 84f.). Durch dieses Hebelsystem werden „eintreffende Schwingungen mit großer Amplitude und kleinem Druck in solche mit kleiner Amplitude und großem Druck“ (Brüderlin 2003, S. 85) umgewandelt;

Im Innenohr befindet sich die sogenannte Schnecke. Sie ist ein sich spiralförmig verjüngender Gang, der mit Flüssigkeit gefüllt ist. Druckwellen, die über das ovale Fenster in die Schneckenflüssigkeit übertragen werden, „pflanzen sich [...] in der Schnecke bis zum Helikotrema fort und kehren von dort im unteren Teil des Schneckenkanales zum runden Fenster zurück.“ (Brüderlin 2003, S. 86). Die Basilarmembran in der Mitte der Schnecke beginnt abhängig von der Frequenz zu schwingen, was wiederum von den Haarzellen des Corti‘schen Organs registriert und als bestimmter Tonhöheneindruck an das Gehirn weitergeleitet wird. Über die Lautstärke gibt die Menge der erregten Haarzellen Aufschluss, da diese „nur ganz oder gar nicht erregt werden können.“ (Brüderlin 2003, S. 87). Während Brüderlin die Aufgabe in der „Umwandlung von Schall in Hirnfunktionen“ (2003, S. 84) sieht, beginnt für Gibson die Auswertung der Information im Schall bereits im Ohr:

Sinne, die selbst tätig sind, vermitteln nicht einfach nur Signale oder Nachrichten, die in den Nervenfasern zum Gehirn aufsteigen; im Gegenteil, sie sind so etwas wie Fangarme oder Vorfühler. [...] Die Wahrnehmungssysteme [...] muss man als Einrichtungen verstehen, die ständig selbst auf der Suche nach Information über die Umgebung sind [...] (1982a, S. 22f.).

Da aufgrund der Anordnung links und rechts am Kopf „unsere beiden Ohren [...] von derselben Schallquelle verschiedene Schalleindrücke aufnehmen“ (Brüderlin 2003, S. 88), sind wir in der Lage, die ungefähre Richtung und Entfernung einer Schallquelle zu bestimmen.

Das von der Schallquelle abgewandte Ohr nimmt den Schall später wahr als das ihm zugewandte, woraus sich eine Zeitdifferenz ergibt, die vom Ohr mit sehr großer Genauigkeit zur Richtungsortung verwendet wird. Gibson beschreibt hier folgendes Experiment: „Identische Klicks, die den beiden Ohren um nur wenige Tausendstel Sekunden zeitlich verschoben geboten werden, erwecken den Eindruck, entweder rechts oder links im Kopfe zu liegen, je nachdem, welcher Klick in welcher Hörmuschel früher erklingt.“ (1982a, S. 117).

Außerdem bilde die Form des Kopfes „besonders für mittlere und hohe Frequenzen einen Schallschatten, so dass für das der Schallquelle abgewandte Ohr die höheren Frequenzen gedämpft erscheinen.“ (Brüderlin 2003, S. 88). Es ergibt sich eine Intensitätsdifferenz. Für Gibson stellen die Zeit- und Intensitätsdifferenz nicht jeweils zwei verschiedene Empfindungen dar, wenn beide Ohren gemeinsam als ein Wahrnehmungssystem betrachtet werden, sondern viel mehr „einen einzigen relationalen Reiz für dieses Gesamtsystem“ (1982a, S. 112). Auch die beiden Variablen Zeit- und Intensitätsdifferenz könne man als eine „einzige Größe, nämlich als Betrag der Reizasymmetrie oder eines Reizungleichgewichts [...]“ (1982a, S.112f.) betrachten.

„Außerdem war bisher noch kein Beobachter fähig, innerhalb einer statisch-experimentellen Schallsituation irgendeinen Empfindungsunterschied zwischen den beiden Ohren festzustellen. Binaurale Differenzen werden als solche nicht wahrgenommen. Was wahrgenommen wird, ist einfach nur die Richtung, aus der der Schall kommt.“ (1982b, S. 115).

Schall liefert auch Information über den Raum: „Kurze Verzögerungen (early reflections) und hochfrequente Klanganteile vermitteln kleine Räume und Nähe der Schallquelle, hohe Verzögerungen und dumpfer Klang vermitteln große Räume und große Entfernung der Schallquelle.“ (Jauk 2009a).

Für die Entfernungsortung sind vor allem die Lautstärke und das Verhältnis an direkten und reflektierten Schall ausschlaggebend. Für die Höhenortung einer Schallquelle, die nicht so gut wie die Richtungsortung funktioniert, wird laut Brüderlin wieder der Schatteneffekt des Kopfes und der Ohrmuscheln verwendet, so dass eine Betonung verschiedener Frequenzbereiche zu verschiedenen Richtungsinterpretationen führt. Eine Betonung des Bereichs um 8 kHz etwa führe zum Eindruck, dass die Klangquelle oben ist, eine Betonung um 1000 Hz wirkt, als ob die Klangquelle hinter dem Kopf ist (vgl. 2003, S. 89).

Auf die Orientierungsbewegungen des Kopfes, die für Gibson ebenfalls entscheidend zur Lokalisationen einer Schallquelle dienen (vgl. 1982a, S. 115, nach Wallach 1940), wird hier nicht weiter eingegangen.

3. Klang und seine Bedeutung

Dieser Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Bedeutung von Klang und wie wir in der Lage sind, diese Bedeutung zu entschlüsseln.

3.1. Ökologie von Gibson

Da in diesem Text immer wieder auf das Wahrnehmungsmodell des amerikanischen Psychologen James J. Gibson verwiesen wird, erscheint eine (wenn auch verkürzte) Einführung in sein Konzept sinnvoll. Es handelt sich dabei um einen Zugang zur Wahrnehmung auf der Ebene der Umwelt (ökologisch) in Abgrenzung zum verbreiteten Zugang auf der Ebene der Physik (vgl. 1982b, S. 2). Gibson versteht die Sinne nicht als Eingänge für Empfindungen, sondern als Systeme für die Wahrnehmung, die „auch ohne Hilfe von Denkprozessen Informationen über Objekte der äußeren Welt erlangen können“ (1982a, S. 18). Dem geläufige Modell der Wahrnehmung stellt Gibson ein völlig neues Konzept gegenüber: „Die alte Idee, dass Empfindungen am Sinneseingang erst durch geistige Verarbeitung in Wahrnehmungen verwandelt werden, wird strikt zurückgewiesen.“ (1982b, S. 2).

Die fünf Wahrnehmungssysteme seien keine passiven Sinneswerkzeuge, vielmehr spricht er von ihnen als „Aufmerker für alles, was in [...] wechselnden Reizsituationen konstant bleibt.“ (1982a, S. 20): Bewegt sich ein Lebewesen, ändern sich die einfallenden Reizcharakteristika wie Schall- oder Lichtintensität in kurzer Zeit in teilweise extremer Weise. Die Frage ist nun, wie trotz dieser ständig sich ändernden Eindrücke ein Beobachter zu einer stabilen und konstanten Wahrnehmung kommt. Laut Gibson gibt es offensichtlich „Parameter einer höheren Ordnung [...], wie z.B. Intensitätsverhältnisse und Reizproportionen, die sich nicht ändern. [...] In ihnen liegt offenbar die wesentliche Information über die jeweils bleibenden Eigenheiten eines Lebensraumes beschlossen.“ (1982a, S. 20). Er nennt diese Parameter Invariante und die Wahrnehmungssysteme Aufmerker, die solche Invarianten explorieren.

In der Extraktionstheorie der Information (vgl. 1982b, S. 268f.) spricht er vom Wahrnehmen als ein „Registrieren ganz bestimmter Dimensionen von Invarianz im Reizfluss [...]“ und nicht bloß der Verarbeitung sensorischer Sinneseingänge.

3.2. Bedeutungshaltiger Schall

Sinustöne, die wie erwähnt nur mittels technischer Mittel zu erzeugen sind und in der Natur nicht vorkommen, verfügen über eine festgelegte Frequenz, eine festgelegte Amplitude und eine festgelegte Dauer. Solch ein Ton aber hat keinerlei Bedeutung, er ist eine „sinnleere Empfindung“ (Gibson 1982a, S. 118). Sogenannter bedeutungshaltiger oder sinnvoller Schall jedoch ist ungleich komplizierter aufgebaut:

„[...] Die Dauer kann variieren, je nach der Art der Abruptheit des Startes oder der Beendigung einer Schalldarbietung; oder in der Art der Wiederholungsfolgen, z.B. regelmäßig, rhythmisch oder nach anderen subtilen Strukturen von Zeitfolgen. Die Tonhöhe variiert in der Klangfarbe oder Tonqualität, in der Verwandtschaft zu Vokallauten, zu Geräuschen bzw. verschiedensten spezifischen Geräuschqualitäten - und alles dies mag sich außerdem noch in der Zeit ändern. Auch die Lautstärke kann in komplexer Weise zu- oder abnehmen, dazu in verschiedenen Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen, ja sogar in verschiedenen Arten der Änderung solcher Lautstärkeänderungen.“ (Gibson 1982a, S. 118).

Trotzdem verarbeitet das Gehör solche Schallgebilde außerordentlich schnell und eindeutig. Gibson erwähnt als Beispiel für diese Schallgebilde etwa sprachliche Laute. Diese Gebilde seien als Schallspektren zu betrachten, in denen sich Frequenzen überlagern und miteinander in bestimmten Verhältnissen in Beziehung stehen. Ähnlich wie bei einem Akkord könne man nun dieses Spektrum transponieren, ohne dass sich die Information, die in dem Gebilde liegt, ändert:

„Man kann die Tonart verändern, und trotzdem klingt der Akkord gleich. In ähnlicher Weise bleiben die Vokalqualitäten erhalten, gleichgültig, ob ‚dieselben‘ Vokale von einer Männer oder Frauenstimme ausgesprochen werden. Die Information, die ein solches Schallspektrum liefert, liegt somit in den Frequenzverhältnissen, nicht in den Frequenzen selbst.“ (1982a, S. 119).

Das Gehör muss nun nicht jede Frequenz einzeln analysieren, sondern kann Zeit sparen, indem es die Frequenzverhältnisse nutzt, um Schallgebilde zu unterscheiden oder wiederzuerkennen.

3.3. Bedeutung von Klang

„Indem ein gehörter Klang immer auf seine Klangquelle

und diese auf die dahinterliegende Kraft verweist,

enthält Klang eine elementare symbolische Qualität,

auf der jede weitere kulturelle Logik aufbaut.“

(Jauk 2009, S. 232, zitiert nach Sheperd 1992).

Bewusste funktionale Gestaltung von Klängen erfordert Wissen darüber, wie überhaupt Klänge eine Bedeutung erlangen konnten. In der Natur und der Menschheitsgeschichte war Klang zuerst eine Begleiterscheinung einer Handlung oder eines Zustandes. Charles Darwin (1872) spricht von „Affektvokalisationen als Nebenprodukte funktionaler Verhaltensweisen bei der Anpassung an Umweltereignisse [...]“ (Scherer 1982, S. 15). Als Beispiele solcher Affektvokalisationen nennt er „das tiefe Einatmen bei Überraschung (um sich auf eine längere Anstrengung vorzubereiten) oder das Ausstoßen von Luft aus Mund und Nase bei Verachtung oder Abscheu (um unangenehme Gegenstände oder Gerüche loszuwerden).“ (1982, S. 15).

[...]


[1] Klang bezeichnet im Folgenden immer ein Schallsignal mit harmonischen Teiltönen, das im normalen Sprachgebrauch als „Ton“ bezeichnet wird. Im Gegensatz dazu bezeichnet ein Geräusch eine Hörempfindung, die aus nichtperiodischen Schwingungen besteht.

[2] Elektrofahrzeuge sind alle Fahrzeuge, deren Antrieb teilweise oder ausschließlich mithilfe eines Elektromotors erfolgt. Hybridfahrzeuge sind ein Spezialfall der Elektrofahrzeuge, die bei niedrigem Ladestand des Elektromotors von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Aufgrund des niedrigeren Geräuschpegels wird auch von „Silent Cars“ gesprochen.

[3] Schwingungen können auch mit anderen Körperteilen wahrgenommen werden, etwa mit den Zähnen. Vgl. auch tiefe Frequenzen, wo der „Bass gespürt wird“.

Details

Seiten
28
Jahr
2012
ISBN (eBook)
9783656835349
ISBN (Buch)
9783656835356
Dateigröße
441 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v283628
Institution / Hochschule
Karl-Franzens-Universität Graz – Institut für Musikwissenschaft
Note
1,00
Schlagworte
Akustik Elektrofahrzeuge E-Mobilität Silent Cars Sounddesign Sound-Design Elektromobilität Fahrzeug Geräusch Kraftfahrzeug Technische Akustik Verbrennungsmotor Elektromotor

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Titel: Der (Nicht-)Klang von Elektrofahrzeugen