Akkustik: Drehzahl eines Otto-Motors aus Frequenz errechnen?



  • Hiho!
    Ich war vor kurzem mit meinem Auto beim TÜV.
    Um zu Testen, wie viel Abgase bei einer bestimmten Drehzahl aus dem Auspuff kommen, hat der Prüfer eine Sonde in den Auspuff gelegt.

    Auf dem Monitor waren nicht nur Abgaswerte zu sehen, sondern auch die momentane Drehzahl des Motors, also muss in der Sonde ein Mikrofon sein, welches die Frequenz aufzeichnet.

    Nun fand ich das ganze recht interessant, und wollte mal schauen, ob ich auch so ein Programm schreiben kann. Auf den ersten Blick könnte man behaupten, dass die akkustische Frequenz des Motors gleich der Umdrehungszahl ist. Dem ist aber nicht so.

    Ich habe mit einem Mikrofon den Motor im Stand bei etwa 1000 Umdrehungen/m aufgezeichnet. Am PC habe ich mit einem Programm, womit man normalerweise Gitarrenseiten stimmt (sich damit aber auch wunderbar andere Frequenzen messen lassen) die Akkustische Motorfrequenz anzeigen lassen, welche bei extakt 40Hz liegt. (Ist ein 4 Zylinder)

    Rechnerisch komme ich aber auf 16,66hz (1000u/m/60 = 16,66u/s)
    Demnach müsste der Motor viel Tiefer klingen als er es eigentlich tut.
    Zudem habe ich das gefühl, desto mehr Zylinder ein Motor hat, desto tiefer klingt er. (Kann aber auch täuschen, da er gleichzeitig leiser ist).
    Von daher liegt die Vermutung nahe, das die Frequenz von der Zylinderanzahl abhängig ist. Hat da jemand Ahnung?



  • naja, dazu musst du wissen, was alles bei dem Motor das Geräush verursacht. Erstmal sicherlich Zylinder, schliesslich wird immer, wenn ein Zylinder nach unten geht eine kleine Benzinwolke entzündet, welche einen Ton gibt. wenn man danach geht, müsste ein 4-Zylinder bei 1000u/m sone Frequenz abgeben:

    f=4*1000/60=1000/15=200/3 also rund 66hertz...



  • Dachte ich zuerst auch, aber die Messungen ergeben genau 40hz. Ich habe einmal direkt am Auspuff und später direkt am Motor gemessen. Das Ergebnis war nach wie vor 40hz +/- 2.
    Demnach müsste ein Motor mit 6 Zylindern höher klingen als einer mit eben 4 Zylindern. Ich kann es ja mal nachmessen und schauen, wie dort die Akkustische frequenz liegt.



  • *Text gelöscht, sollte genauer lesen, was mein Vorposter schreibt*



  • Hallo,

    schon etwas spät, aber ich weiß nicht, ob du das schon bedacht hast: Dein 4-Zylinder läuft in Reihe, d.h. einen akkustischen Ausschlag macht ein Zylinder nach dem anderen. Um das auf die Drehzahl übertragen zu können, musst du die Frequenzzahl durch 4 teilen, da eine Motorumdrehung je vier akkustische Ausschläge bedeutet. Bei V-Motoren zünden dagegen zwei Zylinder zleichzeitig, da ist eine Umdrehung des Motors gleich drei akkustischen Ausschlägen, obwohl es zwei Zylinder mehr sind (auf den V6 bezogen).

    Auf jeden Fall interessantes Ding, bin auf deine Forschungsergebnisse ganz scharf. 😃

    Gruß Borschtsch



  • Borschtsch schrieb:

    da eine Motorumdrehung je vier akkustische Ausschläge bedeutet.

    Ein Viertakter zündet nur bei jeder zweiten Umdrehung.



  • Moin,

    MFK schrieb:

    Borschtsch schrieb:

    da eine Motorumdrehung je vier akkustische Ausschläge bedeutet.

    Ein Viertakter zündet nur bei jeder zweiten Umdrehung.

    Jau, weil der verdichten muss. Das ist an sich aber nicht von großer Bedeutung, da uns nur die reine Umdrehung interessiert. Bei der zündlosen Umdrehung entsteht ebenfalls ein Geräusch; nur weiß ich nicht, ob dieses viel leiser ist. Auf jeden Fall müsste aber die Wellenlänge eine andere sein, da eine Umdrehung ohne Zündung etwas(?) langsamer abläuft.

    Gruß Borschtsch



  • Perner schrieb:

    Hiho!
    Ich war vor kurzem mit meinem Auto beim TÜV.
    Um zu Testen, wie viel Abgase bei einer bestimmten Drehzahl aus dem Auspuff kommen, hat der Prüfer eine Sonde in den Auspuff gelegt.

    Auf dem Monitor waren nicht nur Abgaswerte zu sehen, sondern auch die momentane Drehzahl des Motors, also muss in der Sonde ein Mikrofon sein, welches die Frequenz aufzeichnet.

    Nun fand ich das ganze recht interessant, und wollte mal schauen, ob ich auch so ein Programm schreiben kann. Auf den ersten Blick könnte man behaupten, dass die akkustische Frequenz des Motors gleich der Umdrehungszahl ist. Dem ist aber nicht so.

    Ich habe mit einem Mikrofon den Motor im Stand bei etwa 1000 Umdrehungen/m aufgezeichnet. Am PC habe ich mit einem Programm, womit man normalerweise Gitarrenseiten stimmt (sich damit aber auch wunderbar andere Frequenzen messen lassen) die Akkustische Motorfrequenz anzeigen lassen, welche bei extakt 40Hz liegt. (Ist ein 4 Zylinder)

    Rechnerisch komme ich aber auf 16,66hz (1000u/m/60 = 16,66u/s)
    Demnach müsste der Motor viel Tiefer klingen als er es eigentlich tut.
    Zudem habe ich das gefühl, desto mehr Zylinder ein Motor hat, desto tiefer klingt er. (Kann aber auch täuschen, da er gleichzeitig leiser ist).
    Von daher liegt die Vermutung nahe, das die Frequenz von der Zylinderanzahl abhängig ist. Hat da jemand Ahnung?

    Bist Du Dir wirklich sicher das der TÜV-Ingenieuer nur die Sonde in den Hintern Deines Auto geschoben hat :p .

    Also mein Bruder arbeitet in Autobranche und hat mal Motortester etc. an Autowerkstädten verkauft. Gewöhnlich schliessen die mehr an dein Auto an!

    Zudem koennen da auch vielle Störgeräusche drin sein durch Abnutzung jeglicher Teile. Da ist es allemal besser die Drehzahlmessung anders zu machen. Eben
    an sich drehenden Teilen oder?

    mfg sclearscreen 🙂

    Also KFZ-Prüftechnik hat solche anderen Messeinrichtungen zumindest auch.
    Diese Messeinrichtungen auf diser Art haben/brauchen dann sicherlich auch keine so Ding wie Störgeräuschfilterung. Nur falls Du jetzt damit konterst.

    Aber ich gebe zu kann ja auch Prüftechnik mit anderen Messverfahren geben,
    obwohl ich glaube der TÜV hat ausser der Sonde noch mehr an Dein Automobil
    angeschlossen.



  • Hallo sclearscreen,

    sclearscreen schrieb:

    Aber ich gebe zu kann ja auch Prüftechnik mit anderen Messverfahren geben, obwohl ich glaube der TÜV hat ausser der Sonde noch mehr an Dein Automobil angeschlossen.

    Waren auch meine ersten Gedanken, es gibt aber wirklich teuere Geräte, die die Drehzahl aus Vibration/Schall berechnen. Wahrscheinlich geht es viel schneller als mit Zündkabel-Induktion o.ä.

    Gruß Borschtsch



  • Borschtsch schrieb:

    Hallo sclearscreen,

    sclearscreen schrieb:

    Aber ich gebe zu kann ja auch Prüftechnik mit anderen Messverfahren geben, obwohl ich glaube der TÜV hat ausser der Sonde noch mehr an Dein Automobil angeschlossen.

    Waren auch meine ersten Gedanken, es gibt aber wirklich teuere Geräte, die die Drehzahl aus Vibration/Schall berechnen. Wahrscheinlich geht es viel schneller als mit Zündkabel-Induktion o.ä.

    Gruß Borschtsch

    jup hmm da muss fuer solche Gerät wie Du schon sagst die Werkstatt tiefer in die Tasche greifen. Frage ist nur ob die Zeitersparnis wirklich so gross ist beim Messen. Aber immerhin wenn man die Sonde in den Auspuff dud....

    Gruss

    P.S.: Und gebt Euch heute nicht zu sehr die Kante oder is ja glaube das Gegenstueck zum Frauen/Mutter-Tag heute 😃



  • Außer der Sonde wurde nur die Stromverstorgung für die Sonde an meine Batterie angeklemmt, da es eine Transportable ist.
    Theoretisch dürfte es möglich sein, aus Schall eine bestimmte Frequenz zu ermitteln. Jeder Ton, sei es von einer Gitarre, einem Klavier oder eben das Brummen eines Motors besteht aus einem Grundton und vielen Nebentönen. Ohne diese Nebentöne würde sich alles wie eine reine Sinusschwingung anhören. Diese Nebentöne machen es uns Menschen gerade erst möglich Instrumente oder gar Menschen an der Stimme zu erkennen.

    Ihr müsst mal wenn ihr im Auto sitzt und der Motor vor sich hinläuft einfach mal mitsummen und langsam mit der Stimme etwas tiefer gehen. Irgendwann erreicht ihr einen Punkt wo ihr merkt, dass ich mit dem Motorgeräusch auf einer "Ebene" seid. Genau dann habt ihr den Grundton getroffen, in meinem Fall die 40hz.

    Um einen Grundton herauszufinden gibt es ein verfahren, dass das gesamte Frequenzspektrum analysiert und die stärkste Frequenz (so genannte Peaks) als Grundton annimmt. Ich denke mal, dass dieses Gitarren-Stimm-Programm damit arbeitet.

    Von daher ist es also egal ob z.B. ein Sport auspuff eingebaut ist, was meine Forschungsergebnisse bestätigen. Selbes Auto, Sportauspuff mit lauterem, anscheinend Tieferen Ton, aber Grundton trotzdem 40hz.

    Ich denke das Problem liegt an den Reihenweisen explosionen. Ich frage am Besten mal in nem Autoforum nach, wie mein Motor genau arbeitet.



  • Ich habe jetzt herausgefunden, dass im Motor pro Umdrehung 2 Explosionen stattfinden. Also 1000upm/60m*2hz = 33,33hz.
    Ich schätze die 40hz kommen durch Überlagerung anderer mechanischer Nebenschwingungen wie z.B. Lichtmaschine zustande.

    Wenn das Drehzahl/Frequenzverhältnis linear ist, wird es ein Leichtes sein so ein Programm zu realisieren. Ansonsten bastel ich mir mit dem Gaus ne annäherungsfunktion. 🙂



  • Perner schrieb:

    Wenn das Drehzahl/Frequenzverhältnis linear ist, wird es ein Leichtes sein so ein Programm zu realisieren. Ansonsten bastel ich mir mit dem Gaus ne annäherungsfunktion. 🙂

    Häng dich direkt an den Drehzahlsensor. Ist einfacher 😉



  • Das wäre ja langweilig. 😉 Mit dem Programm will ich ja gerade testen ob das ohne weiteres möglich ist, eine annähernd genaue Drehzahl +/-250upm nur am Motorgeräusch herauszufinden.

    Es gibt so ein typ, der hat es sogar geschafft für ne Vespa ein Programm zu schreiben, womit man anhand des Motorgeräusches die Leistungskurve berechnen lassen konnte. Man musste nur diverse parameter wie z.B. Radumpfang, cw-wert und Maximalgeschwindigkeit angeben. Danach die Vespa auf gerader Strecke voll ausfahren, so dass es keinen Geschwindigkeitszuwachs gibt.
    Aus Maximalgeschwindigkeit, momentandrehzahl sowie der Reibung und den Luftwiderstand den es zu überwinden gibt, wird dann das maximale Drehmoment bzw. die Leistung ermittelt.

    Ist schon ne feine Sache die Mathematik. 🙂



  • Ich denke das habt ihr euch nur so hingeschummelt mit den 33,3Hz=40Hz

    Denkt den Spaß doch mal durch mit einem Einzylindermotor, dann ist es einfacher.
    Alle 2 Umdrehungen ein Ausstoßtakt(=Ursache für Druckdifferenz im Abgas= Schall???)

    das heißt bei 1200 min-1(Leerlauf) --> 10Hz --> nicht hörbar
    bei 12000 min-1 (Nenndrehzahl) --> 100Hz --> Brummen

    tatsächlich sollte aber jedem bewusst sein, dass man ein Motor bei Leerlaufdrehzahl hörbar ist und unter Nenndrehzahl ziemlich hohen Ton macht.

    Bei einem Test mit einem Akustikmessgerät zur Lautstärkenfeststellung hat dieses bei meinem Motor auch Frequenzen im zweistelligen kHz -Bereich aufgezeichnet.

    ALSO: Was ist die Ursache für den Auspuffsound, wenn nicht die Bewegung des Kolbenbodens?



  • Perner schrieb:

    Man musste nur diverse parameter wie z.B. Radumpfang, cw-wert und Maximalgeschwindigkeit angeben.

    50% Ungenauigkeit beim cw-Wert-Raten. 😞


Log in to reply