Auralization of noise sources to support interior car sound design

Current trend in the automotive industry is to replace “traditional” internal combustion engines into electrical units. As a result, cars are becoming quieter, which brings sound sources originally masked by combustion engines to the top. One of the most industrially important “new” sources is wind noise. Performing investigation on sounds, especially on those which cannot be measured separately, require sophisticate methods, like auralization. This thesis is mainly focused on the development of a new time-saving auralization method, tailored for car interior applications, which preserve sufficient fidelity in terms of wind noise reproduction. The proposed method aims to make it possible to auralize wind noise without any prior knowledge of the geometry of the car under investigation. This goal is achieved by using a statistical model of key Room Impulse Response (RIR) parameters and early reflections. Quality of sound auralization highly depends on Head-Related Transfer Functions (HRTFs) used. A new approach for measuring and processing HRTFs targeted at auralizing sound in car cabins is proposed. The remaining question is to understand how many reflections are effectively needed for providing a realistic listening experience. Therefore Investigations on Room Impulse Response modifications are included in the thesis. Also a human-oriented approach to define the minimum accuracy required for source localization techniques when used in car interiors is presented. By exploiting sound source localization and separation it becomes possible to virtually relocate sources and to perform what-if analyses. The proposed approach for in-vehicle auralization can be a substantial economic benefit for car manufactures considering the high costs of wind tunnel tests.

Attualmente i maggiori produttori nel settore automotive cercano di sostituire i tradizionali motori a combustione interna con unità elettriche. Ne consegue che, essendo questi sistemi propulsivi molto meno rumorosi dei loro “colleghi” a combustione, essi influenzano non poco il confort acustico all’interno dell’abitacolo, in quanto rumorosità che prima non venivano percepite a causa dell’effetto “maschera” prodotto dal motore, risultano ora particolarmente di disturbo. Il “wind noise” è considerato, tra queste, quello più critico in termini di impatto sulla percezione dell’acustica dell’abitacolo da parte dei passeggeri. Lo studio di come queste “nuove” sorgenti di rumore possano influire su una sensazione di comfort acustico per gli occupanti dell’autovettura viene oggigiorno effettuato con tecniche di auralizzazione, in quanto offrono la possibilità di effettuare modifiche virtuali dell’acustica di una qualsiasi cavità, senza dover modificare realmente l’ambiente. La presente tesi vuole proporre un nuovo metodo di auralizzazione, specifico per l’ambito automotive, che sia in grado di riprodurre, con elevata fedeltà, il wind noise. Il metodo proposto consente di effettuare un’auralizzazione del wind noise senza la necessità di avere informazioni sulla geometria interna dell’abitacolo dell’autovettura oggetto di studio. L’approccio si basa su un modello statistico che tiene conto di alcuni parametri chiave della Room Impulse Response (RIR) associata alla cavità e delle “prime riflessioni” (early reflections). Dal momento che la qualità di una procedura di auralizzazione dipende, però, anche dal set di Head Related Trasfer Functions (HRTFs) usato, viene proposto un approccio per la misura e il processing di HRTFs specifiche per le cabine di autoveicoli. Oltre a ciò, poiché è importante definire quante riflessioni sono effettivamente necessarie per garantire una corretta e realistica riproduzione della rumorosità percepita all’interno dell’abitacolo, viene presentato uno studio sul corretto utilizzo della RIR. L’ultimo punto trattato nella presente tesi di dottorato consiste in un’analisi, da un punto di vista “human-oriented”, dell’accuratezza minima necessaria con cui, laddove il fine ultimo è l’auralizzazione delle rumorosità identificate, tecniche di localizzazione di sorgenti acustiche riescono a rilevare la presenza di un rumore. Il motivo di un tale studio è legato alla necessità di capire quale sia la capacità di distinguere rumori provenienti da direzioni differenti da parte degli occupanti di un’autovetttura e, soprattutto, di effettuare analisi di tipo “what-if”. Globalmente, quanto presente in questa tesi vuole rappresentare una soluzione integrata, economica ma efficace, per approcciare il problema dell’auralizzazione all’interno dell’abitacolo di un autoveicolo.