Entwicklung einer Validierungsumgebung im IPEK-X-in-the-Loop-Framework und Ableitung einer Validierungsmethodik für emotionalisierende Sound Designs zur Beeinflussung des Fahrverhaltens am Beispiel der Erhöhung des Sicherheitsabstands = Development of a Validation Environment in the IPEK-X-in-the-Loop Framework and derivation of a Validation Methodology for Emotionalising Sound Designs to influence Driving Behaviour using the example of increasing the Safety Distance

Der Stand der Forschung im Bereich der Wirkung auditiver Reize auf Emotionen zeigt, dass Emotionen durch bestimmte Tonkombinationen und Klangcharakteristiken induziert und verändert werden können. Ergebnisse aus dem Bereich der Verkehrspsychologie zeigen wiederum, dass Emotionen das Fahrverhalten beeinflussen. Trotz dieser Erkenntnisse fehlt es bisher an Forschung, die untersucht, wie emotionalisierende künstliche Fahrzeuggeräusche das Fahrverhalten über eine Induktion von Emotionen beeinflussen können.
Im ersten Teil dieser Arbeit wird deshalb untersucht, ob ein emotionsstimulierendes, künstlich erzeugtes aktives Fahrzeuggeräusch (emotionalisierendes Sound Design) das Fahrverhalten und damit die Verkehrssicherheit beeinflussen kann. ... mehrIm Rahmen des Sound Designs soll die Induktion von Angst bzw. Bedrohung durch ein entsprechend gestaltetes emotionalisierendes aktives Sound Design für eine Beeinflussung des Fahrverhaltens genutzt werden. Zur Erhöhung der Verkehrssicherheit wird eine positive Beeinflussung des gefahrenen Sicherheitsabstands angestrebt. Für die Untersuchung der Wirkung von Sounds auf Emotionen, auf die Wahrnehmung von Sicherheitsabständen und auf das Fahrverhalten in Bezug auf Sicherheitsabstände wurden drei Probandenstudien durchgeführt:
Für die erste Studie wurden mehrere potenziell emotionalisierenden Sounds generiert. Diese wurden in einer Probandenstudie hinsichtlich ihrer emotionalen Wirkung bewertet. Hierdurch wurden Sounds identifiziert, die als Basis für die Entwicklung eines emotionalisierenden Sound Designs genutzt werden können. Des Weiteren wurden die Klangcharakteristiken der Sounds unter Verwendung psychoakustischer Analysen quantifiziert, um mögliche objektive Optimierungsgrößen für eine emotionalisierende Wirkung zu identifizieren. Die Studie zeigt, dass bestimmte Klangcharakteristiken wie Schwankungsstärke, Impulshaltigkeit und Tonhaltigkeit innerhalb der Sounds mit der Wahrnehmung von Bedrohung und Angst korrelieren.
In der zweiten Studie wurde die Wirkung ausgewählter emotional effektiver Sounds der ersten Studie sowie auf Basis der Erkenntnisse aus der ersten Studie neu erzeugter emotionalisierender Sounds auf die Wahrnehmung von Sicherheitsabständen in einer Online-Videostudie untersucht. Die Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede bzgl. des quantitativ geschätzten Sicherheitsabstands, wobei bedrohliche Sounds zu einer niedrigeren Schätzung führten. Die Wahrscheinlichkeit, dass der Sicherheitsabstand als zu gering im Vergleich zu angemessen bewertet wurde, war bei einigen bedrohlichen Sounds zwei- bis dreimal höher als bei den positiven Sounds. Bedrohliche Sounds führten mehrheitlich auch zu einer Erhöhung der gewünschten Änderung des Sicherheitsabstands.
Die dritte Studie untersuchte die Wirkung eines auf Basis der zuvor identifizierten und optimierten Sounds entwickelten emotionalisierenden Sound Designs auf das Fahrverhalten in einem Fahrsimulator. Dabei wurde ein dynamisches Sound Design getestet, das basierend auf dem Zeitabstand (Sicherheitsabstand in Sekunden) von einem beruhigenden positiven Sound zu einem bedrohlichen negativen Sound bei niedrigem Zeitabstand überführt wird. Die Ergebnisse zeigen, dass das Sound Design das Fahrverhalten innerhalb von Teilnehmenden positiv beeinflusste, indem es die Dauer des Fahrens in niedrigen Zeitabstands-Bereichen verringerte und den durchschnittlichen Zeitabstand in den meisten Fällen erhöhte.
Um die Erforschung und Entwicklung von emotionalisierenden Sound Designs zukünftig unterstützen zu können, wird im zweiten Teil der Arbeit eine Validierungskonfiguration sowie eine Validierungsmethodik auf Basis der durchgeführten Untersuchungen abgeleitet.
Das Validierungsframework sowie dessen Validierungskonfigurationen wurden auf Basis der für die Studien verwendeten Versuchsumgebungen sowie des IPEK-X-in-the-Loop-Ansatzes entwickelt, um eine kontinuierliche Validierung von einer frühen Entwicklungsphase bis zur prototypischen Umsetzung eines emotionalisierenden Sound Design zu ermöglichen. Über die durchgeführten Studien hinaus wurde eine technische Lösung entwickelt, die eine Validierung eines emotionalisierenden Sound Design in realen Fahrzeugen ermöglicht. Abschließend wurde eine Validierungsmethodik gemäß des Forschungsstandes der KaSPro – Karlsruher Schule der Produktentwicklung nach Albers auf Basis des methodischen Vorgehens der Studien abgeleitet. Diese soll Entwickelnde zukünftig bei der kontinuierlichen Validierung emotionalisierender Sound Designs im Rahmen des Entwicklungsprozesses von der Findung erster zielführender Sounds bis hin zur prototypischen Umsetzung des Sound Designs unterstützen.
Diese Dissertation leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung und Validierung von emotionalisierenden Sound Designs zur Erhöhung der Verkehrssicherheit.

The current state of research on the effect of auditory stimuli on emotions demonstrates that emotions can be altered by certain combinations of tones and sound characteristics. Research in traffic psychology, on the other hand, indicates that emotions influence driving behaviour. Despite these insights, there is a lack of research investigating how different emotionalizing artificial vehicle sounds can influence driving behaviour through emotions.
The first part of this thesis therefore examines whether an emotionally stimulating, artificially generated active vehicle sound (emotionalising sound design) can influence driving behaviour and thus road safety. ... mehrIn the context of sound design, the induction of fear or threat is to be used to influence driving behaviour by means of an appropriately designed emotionalising active sound design. In order to increase road safety, the aim is to positively influence the driving safety distance. Three test subject studies were conducted to investigate the effect of sounds on emotions, on the perception of safety distances and on driving behaviour in relation to safety distances:
For the first study, a set of potentially emotionalizing sounds was generated. These were evaluated in a subject study regarding their emotional impact. This identified sounds that could be used as the basis for developing an emotionalizing sound design. Additionally, the sounds were quantified in terms of their sound characteristics using psychoacoustic analyses to identify possible objective optimization parameters for an emotionalizing effect. The study showed that certain sound characteristics such as fluctuation strength and impulsiveness within the sounds correlated with the perception of threat and fear.
In the second study, the impact of a selection of the evaluated sounds, as well as newly generated emotionalizing sounds based on the former findings, on the perception of safety distances in an online video study was investigated. The results showed significant differences in the estimated safety distance, with threatening sounds leading to a lower estimation and an increased desire for a greater distance. The probability that the safety distance was rated as too short compared to appropriate was two to three times higher for some threatening sounds compared to positive sounds.
The third study investigated the impact of an emotionalizing sound design, developed based on the identified and optimized sounds, on driving behaviour in a driving simulator. A dynamic sound design was tested, which switches between a calming positive sound and a threatening negative sound at a low time headway (safety distance in seconds). The results showed that the sound design positively influenced driving behaviour by reducing the duration of driving in low time headway areas and largely increasing the average time headway.
To support the future research and development of emotionalizing sound designs, a validation configuration and validation methodology were derived in the second part of the work based on the conducted studies. The validation framework and its configurations were developed based on the experimental environments used for the studies and the IPEK-X-in-the-Loop approach to enable continuous validation from an early development phase to the prototype implementation of an emotionalizing sound design. Beyond the conducted studies, a technical solution was developed to enable validation of an emotionalizing sound design in real vehicles. Finally, a validation methodology according to the state of research of the KaSPro - Karlsruhe School of Product Development by Albers was derived from the methodological investigations within the studies. In future, this should support developers in the continuous validation of emotionalising sound designs as part of the development process, from finding the first target-oriented sounds up to the prototypical implementation of the sound design.
This dissertation thus makes an important contribution to the development and validation of emotionalizing sound designs for enhancing traffic safety.