Physik Forum

Hallo Leute,
ich bin neu hier im Forum und brauch mal einen fachkundigen Rat. Ich möchte akustische Messungen in einem kleinen Raum durchführen (228 Liter). in diesem Raum kann mittels eines Belüftungssystems eine gewünschte Temperatur (-40 bis +180°C) eingestellt werden, dies ist für meine Messung extrem wichtig. In dem Raum ist ein quasi schwingungsfrei gelagerter Elektromotor (aufgehangen an Gummibändern), diesen möchte ich hinsichtlich seiner Geräuschemission prüfen (Schleifgeräusche, Rattern, Klicken,...). Das Problem ist das die Geräusche des Lüfters die Geräusche die ich eigentlich aufnehmen will überdecken. Die gewonnen Daten werden nicht akustisch sondern rein digital erfasst und mit einer Software ausgewertet. Kann ich die Geräusche des Lüfters einzeln aufnehmen und dann bei meiner eigentlichen Messung gegenpolig mit den wirklichen Signalen verrechnen? Dann müssten sich, laut der Theorie zu Antischall und aktiver Geräureduktion, die Töne des Lüfters zumindest rechnerisch eliminieren und übrig bleiben würden die Geräusche die mein Elektromotor verursacht. Könnt ihr mir da irgendwie behilflich sein?

Hallo

Hmm, das könnte schierig werden. Das Problem ist, dass das Lüftergeräusch nur schlecht vorhersagbar ist und wohl eher einem Rauschen als einem Klang ähnelt. Einfach herausrechnen geht daher nicht.

Aber du könntest zb. folgendes probieren: Platziere ein Mikrofon in der Nähe des Lüfters, so dass dieses quasi nur die Geräusche des Lüfters aufnimmt. Die restlichen Mikrofone kommen zum Motor. Dann lässt du den Lüfter mal laufen, während der Motor noch stillsteht. Das Lüftergeräusch kommt zunächst beim Lüftermikrofon an und anschließend (um eine gewisse Zeit verzögert und vermutlich auch mit verändertem Spektrum und Lautstärke) bei den anderen Mikrofonen. Falls es dir gelingt die Verzögerungszeit und die Übertragungsfunktion zu ermitteln hast du schon so gut wie gewonnen. Dann kannst du in Betrieb das Signal vom Lüftermikrofon nehmen, durch die errechnete Übertragungsfunktion schicken, um die berechnete Zeit verzögern und von den anderen Signalen abziehen.

Ein kleiner Schwachpunkt dieser Methode ist, dass das Lüftermikrofon natürlich auch einen kleinen Teil des Motorgeräusches aufnimmt, das dann mit gerechnet wird.


Ein andere Möglichkeit wäre es mehrere (viele) Mikrofone zu nehmen, deren räumliche Position relativ zum Motor bekannt ist. Dann berechnest du von jedem Mikrofon die Signallaufzeit bis zum Motor. Dann verschiebst du jedes Signal mit der ihm zugehörigen Signallaufzeit und mittelst über alle Signale. Heraus kommt ein Signal, dass sehr eng mit dem Schall des Motors korrelliert aber nur wenig mit allem anderen Quellen. Das setzt aber voraus, dass die Kammer in der der Motor läuft möglichst frei von Reflexionen ist.

Du könntest den Spieß auch umdrehen und die Verzögerungszeiten statt dessen bis zum Lüfter berechnen. Auf diese Weise kannst du ermitteln welchen Schall nur der Lüfter abgibt und diesen dann von allen anderen Mikrofonen abziehen.


Viel einfacher wäre es natürlich den nervigen Lüfter einfach wegzulassen und den Raum stattdessen anders zu temperieren. zb. mit einem Peltierelement, das Heizen und Kühlen kann. Wenn die Kammer auch thermisch gut isoliert ist wird sich nach einer gewissen Zeit eine konstante Raumtemperatur einstellen. Was du dazu allerdings brauchst ist Zeit.

Du könntest natürlich während der Schallmessungen den Lüfter auch einfach abstellen. Ein Messung dauert ja höchstens ein paar Sekunden, so schnell ändert sich die Temperatur nicht. Danach schaltest du den Lüfter wieder ein und "fährst" zur nächsten Temperatur, usw.

mfg Fritz

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Hallo Fritz,

danke für deine Antwort und die vielen Ideen. Bin überrascht das es doch recht viele Ansätze gibt das Problem anzugehen. Die schlechte Vorhersagbarkeit ist mir mittlerweile leider auch aufgefallen -.-
Die Idee mit dem Peltier-Element ist mir neu, scheitert aber an dem vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad und den Umsetzungskosten.
Ich hab das glaube ein bisschen ungünstig formuliert. Der Raum in dem ich messe gehört zu einem sogenannten Umweltsimulationsschrank, diesen kann ich schlecht zerlegen und den Kühl-/Heizkreislauf ersetzen.
Der Schrank soll in 20°C-Schritten eine Temperaturkurve von -40°C bis +80°C abfahren, auf einer Temperaturstufe 5 min die Temp. halten und dann zur nächsten Stufe heizen.
Der Lüfter lässt sich leider nicht separat ausschalten. Wenn ich den Schrank ausschalte damit der Lüfter Ruhe gibt kann ich meine Messung durchführen jedoch beginnt der Schrank wieder im ersten Programmpunkt wenn ich ihn wieder anschalte.
Der Messraum ist alles andere als Reflexionsfrei, die Wände sind aus einfachem rostfreien Blech gefertigt und neigen gelegentlich dazu eine Eigenfrequenz zu haben die der Frequenz des Lüfters, oder einem anderen Teil des Systems, nahe kommt, was das bedeutet brauch ich wohl nicht zu erklären...

Die Ideen mit mehreren Mikrofonen werden wohl an der finanziellen Umsetzung scheitern da Messmikrofone sehr kostenintensiv sind und die Signaleingänge meines Messwertaufnehmers sind auch schon alle belegt.

Es ist frustrierend, alle Ideen sind durchaus sehr gut und auch in der Praxis umsetzbar, leider haben sie alle einen Haken -.-

Ich komme wohl langsam zu dem Schluß den Prozess zu lassen wie er ist und damit zu leben das er nicht vollautomatisiert werden kann.
Sollte trotzdem noch jemand eine Idee haben: nur raus damit, die Hoffnung stirbt zuletzt.

mfg LW

Hallo



Möglicherweise (oder fast sicher) lässt sich der Schrank zb. über eine serielle Schnittstelle steuern. So könntest du zb. über einen PC das "Temperaturprogramm" vorgeben, hast du das mal versucht?
Bitte genauere Angaben zum Klimaschrank. (die Typenbezeichnung) Dann können wir dir hier vielleicht weiterhelfen.

Was die Innenwände betrifft so könnte es schon viel helfen sie zb. mit Akustik-Schaumstoff oder auch nur Eierkartons auszukleiden. Falls du die Wände nicht bekleben willst/kannst dann könntest du auch eine große Kartonschachtel suchen und das Zeug da rein basteln. Alles ist besser als 6 Wände aus glattem Edelstahl!

mfg Fritz

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Hallo

Der Schrank lässt sich über eine serielle Schnittstelle steuern, auf diese Weise gebe ich dem Schrank ja das Temperaturprogramm vor. Mit Binder hab ich deswegen schon gesprochen. Die Antwort des Herstellers war aber ernüchternd, denn der Lüfter lässt sich nicht ausschalten während der Schrank angeschaltet ist. Zumindest ist das bei dem vorhandenen Modell der Fall.
Es handelt sich um einen MK240(E3.1) von Binder

Eine große Kartonschachtel wo ich das zeug reinbastel gestaltet sich schwierig da das was ich in den Schrank bastel grade so reinpasst außerdem behindert die Schachtel dann die Zirkulation der Luft und damit die gleichmäßige Temperaturverteilung im Raum. Auf die Idee mit Eierkartons oder Schaumstoff kam ich auch schon, das sind ja aber quasi die Vorbereitungen darauf weitere Mikrofone zu kaufen um dann mit Verzögerungszeit und Übertragungsfunktion usw. das Lüftergeräusch zu eliminieren. Und die Idee fällt aufrund der nötigen Investition in die Mikrofone schon aus.

Der Kostenpunkt ist bei meinem Problem sehr entscheidend da der Schrank und die Messelektronik schon 5-stellige Beträge verursacht haben. Weitere Kosten wird niemand bereit sein zu tragen, daher such ich nach einer Problemlösung ohne nenneswerten finanziellen Aufwand.

mfg LW

Na und, dann schalte den Schrank eben während der Akustik-Messung aus, und nachher wieder ein. Kannst du das über die serielle Schnittstelle machen? Ansonsten kannst du ja den ganzen Schrank über ein vom PC gesteuertes Relais aus und einschalten. Nach dem Einschalten musst du dem Schrank halt wahrscheinlich die neue Temperatur mitteilen.

Ein wenig akustische Dämpfung würde ich auf jeden Fall in den Schrank einbauen. Das ist Grundvoraussetzung für alle akustischen Messungen. Wie gesagt: Alles ist besser als 6 glatte Wände. Ansonsten bekommst du ja Stehwellen in dem Schrank! Im Notfall leg halt nur ein Stück Teppich in den Schrank, das dämpft auch schon ein bisschen.



Wenn der Kasten schon 10-tausende Euros gekostet hat, dann werden wohl noch ein paar Euros für Relais und Schaumstoffmatten da sein oder? Mit etwas Hirnschmalz lässt sich oft viel mehr erreichen als mit einer dicken Brieftasche. Andere Leute bauen sich ihren "Klimaschrank" mit einer gebrauchten Kühlbox und einem Arduino um weniger als 50€.

Was helfen dir die teuersten Mikrofone wenn dein Kasten Nachhallzeiten einer Tropfteinhohle erreicht? Nimm lieber ein paar einfache Elektret-Mikrofone um ein paar Cent, gute Mikrofonverstärker kann man sich mit ein wenig Fachwissen auch selber bauen, und sorge für einen reflexionsarmen Raum.

mfg Fritz

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Über die Schnittstelle kann ich nur ein Programm schreiben welches der Schrank dann schrittweise abarbeitet. Ums genau zu nehmen dient die Schnittstelle nur dazu das auf dem PC geschriebene Programm auf den Schrank zu übertragen. Die Software für den PC kann genau dasselbe wie das Bedieninterface vom Klimaschrank, nur halt ein bisschen übersichtlicher und schneller. Der Schrank lässt sich nur über den Hauptschalter ein- und ausschalten. Wenn ich den Schrank für meine Messung ausschalte kann ich das Temp.-programm als sinnfrei abstempeln und in de Tonne treten. Zu Stehwellen oder ähnlich schlimmen Phänomenen ist es bisher nicht gekommen.


genau das is ja der Haken. hätte ich Fachwissen bräuchte ich ja niemanden fragen.

Selbst mit selbstgebauten Verstärkern und günstigen Mikrofonen hab ich immer noch das Problem das die Eingänge meines Messwertaufnehmers schon alle belegt sind. Ich muss also mit der Ausstattung arbeiten die vorhanden ist.

Etwas Teppich, Schaumstoff o.ä. wird sich bestimmt finden, werde das mal ausprobieren und auch mal schauen ob das nich vllt einen ungünstigen Einfluss auf die Heiz-/Kühlleistung hat.

mfg LW

OK, folgender Vorschlag: Kauf dir eine Relaiskarte für den PC (die gibts schon um wenige Euro) um den Klimaschrank per PC aus und ein schalten zu können. Dazu braucht es noch etwas Installationszubehör (Schuko-Stecker, Schuko-Dose, Kabel, Dose für Relaiskarte) Dann schreibst du dir ein kleines Programm für den PC (zb. in Matlab), das den gesamten Ablauf steuert:

1. Klimaschrank einschalten
2. nächste Soll-Temperatur an den Klimaschrank übertragen
3. warten bis die Temperatur erreicht ist
4. Klimaschrank abschalten
5. Schall aufzeichnen
6. zum nächsten Messpunkt springen und wieder bei 1. beginnen.

D.h. du schickst dem Klimaschrank nicht das komplette Temperaturprofil sondern immer nur die nächste Soll-Temperatur.

mfg Fritz

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Sind die Relaiskarten denn für solch eine Belastung ausgelegt? Immerhin läuft der Schrank mit 400V und 11,3A. Nennleistung sind 6,5 kW. Ansonsten klingt das durchaus umsetzbar.

mfg LW

Hmm, also 3 phasig. Ja geht auch, brauchst du halt stärkere Relais' (ein Schütz)
http://www.pollin.de/shop/dt/Mzg5OTU2OT ... 25_40.html

Etwas sanfter wäre es evtl. den Hauptschalter am Gerät durch ein Relais zu ersetzen, der schaltet vermutlich ohnehin ein internes Schütz. Aber dazu müsste man das Gerät modifizieren...

mfg Fritz

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also im Prinzip mit der Relaiskarte das Schütz ansteuern und das schaltet dann den Schrank aus und ein. Klingt einleuchtend und nachvollziehbar.

Ich bin dann mal auf der Suche nach jemandem der Programmieren kann, bis später.

Vielen lieben Dank für die Hilfe, die Ratschläge und die Geduld.

mfg LW

Programmieren könnte ich auch...

Aber was machst du dann eigentlich noch selbst?

mfg Fritz

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Gute frage, darauf weiß ich jetz auch keine Antwort.
Aber dieses Beispiel zeigt mal wieder wie weit die Praxis von dem entfernt ist was man im Studium lernt. Wenn ich es nicht schaffen sollte schreib ich es auf die To-Do-Liste für den nächsten Praktikanten der sich mit dem Problem rumärgern darf. Warum solls dem besser gehen als mir?