Abgasschalldämpfer Vergleich
Jeder kennt die üblichen Verdächtigen, aber wird die Abgasausgang dadurch bei euch wirklich leise? Und ich meine damit flüsterleise, sodass man nur noch ein leises angenehmes rauschen hört. Im Wohngebiet hört man ja auch die Essen rauschen, aber das sind mind. 10kW und vielleicht sogar "aufgeladen", wir haben 2kW und das Ding macht einen Lärm...
Das war für mich der Anlass mich etwas näher mit der Materie zu befassen. Ich habe mir etwas Literatur zugelegt, im Internet recherchiert und mittlerweile 4 Abgasschalldämpfer zum Vergleich daliegen. Als Audio-Equipment habe ich nur mein Smartphone mit installiertem Recorder, dB-Messer, Spectrometer (FFT) und Tongenerator. Das taugt zumindest für Vergleichsmessungen.
Starten wir mal mit den Systemen:
* mitgelieferter Schalldämpfer mit Kondenswasserloch, zusammen gepunktet
* ebay-Schalldämpfer (s. Bild, der schwarze)
* Eigenbau "nach Gefühl" (s. Bild der INOX)
* Eigenbau nach Messung und Berechnung
Ein paar übliche Dämpfer-Kategorien, mit Eigenschaften:
* Absorptionsdämpfer - dämpfen besonders gut die hohen Frequenzen, geringe Strömungsverluste
* Reflexionsdämpfer - gut für tiefere Frequenzen, höhere Strömungsverluste, je nach Aufbau
* ANC "Antischall" - aktiv mit Mikrofon, Lautsprecher und abgestimmter Regelung/Verstärkung
Alle Dämpfer kann man auch "hintereinanderschalten", sichtbar oder unsichtbar. Die Eigenschaften ändern sich allerdings dadurch, d.h. die Dämpfungswirkung summiert sich nicht einfach.
Und hier noch die Literatur:
* kurze Erläuterung, kleine Rechnung und Übungen dazu im pdf-Format, super für den Einstieg: http://wandinger.userweb.mwn.de/LA_Akustik/
* "Handbuch Fahrzeugakustik" von Peter Zeller: einige Abschnitte, etwas verstreut zu allen Dämpfer-Varianten, Formeln für mich rel. schwer nachvollziehbar
* "Physik für Ingenieure" Springer/VDI: Grundlagen zur Akustik und verständliche Herleitung der Grund-Formeln, damit kommt man aber dort nicht weiter
* wikipedia natürlich, z.B: "Vierpoltheorie", "komplexer Wechselstrom", "Helmholtzresonator"
So, das soll zur Einleitung erst einmal ausreichen.
Hochgeladene Dateien:
Sehr gut recherchiert. Ein super Start, wenn man Überlegungen in der Richtung hat.
Ich persönlich finde die Diesel Heizung aber nicht laut und ich kann nicht nachvollziehen, warum die Chinesen ständig einen "Abgasschalldämpfer" dazu tun. Der eigentlich kaum was ändert, wenn man ihn drauf steckt.
In einem Motor explodiert ein Gasgemisch, was den Lärm verursacht. Bei den Diesel Heizungen fällt mir nur der Lüfter ein und der leise vor sich hinzischende Brenner. Der Ventilator auf 5000 RPM ist eigentlich am lautesten.
Test des Absorbers "Eigenbau nach Messung und Berechnung"
Wie versprochen hier die "erste Staffel der Absorbertests".
Beschreibung des Dämpfers
* s. Skizze
* großes Rohrs 82,5 x 3,2 (innen ca. D1=76 mm), d.h.
* Länge innen 2m (2*L)
* Volumen ca. 9L
* kleines Rohr 25 x 2 (innen D2=21 mm)
* hineinragen des inneren Rohrs (Einlaufrohr) ca. 95 cm (L1)
Unten wird man sehen, dass es nicht auf den Zentimeter ankommt, da die Abgastemperatur eine wesentliche Rolle spielt.
Berechnung
Die folgende Berechnung basiert auf den Erkenntnissen aus dem Buch "Handbuch Fahrzeugakustik", S. 163.
Querschnitts-Sprung m=13 (m=D1²/D2²)
Die max. Dämpfung von über 20dB für die gewählte Bauweise (L= ca. L1) liegt bei L/lambda = 0.5 (lambda = c/f).
d.h. bei einer Frequenz von: f = c/2*L
Die minimale Dämpfung liegt bei L/lambda = 1, d.h. bei einer Frequenz von: f = c/L
Schallgeschwindigkeit c [m/s] = 344 bei 20°C, 361 bei 50°C, 387 bei 100°C
Man sieht, dass eine Berechnung wegen der Temperaturabhängigkeit nur ungefähr möglich ist.
Die Wellenlänge lambda ist der wesentliche Faktor bei allen Dämpfer-Varianten und diese liegt z.B. für 100 Hz zwischen 3,4m und 3,9m.
Gehen wir mal davon aus, dass die Abgastemperatur zwischen 100°C und 50°C liegt, ergeben sich folgende Werte:
Unser Absorber ist auf eine Frequenz von 180-193 Hz abgestimmt, d.h. erreicht "genau" dort die max. Dämpfung.
Durch die spezielle Dämpfungscharakteristik werden aber auch Frequenzen zwischen ca. 100 und 300 Hz noch mit fast 15 dB bedämpft.
Das Minimum der Dämpfungswirkung (0dB) liegt zwischen 361 und 387 Hz.
Darüber hinaus wiederholt sich die Dämpfungswirkung alle n Wellenlängen, d.h. wiederholt sich mit 361-387 Hz.
Um es zu vereinfachen nehmen wir mal 200+-100 Hz als optimale Frequenz (15 dB Wirkung) und damit 400 Hz als Wiederholung:
* Dämpfung fast 15 dB bei ca. 100-300, 500-700, 900-1100, 1300-1500 usw.
* 0dB Dämpfung bei ca. 400, 800, 1200, 1600 usw.
Die Abmessungen des Absorbers sind kein Zufall, sondern bewusst gewählt, da ich bei meinen ersten Messungen mit dem schwarzen Dämpfer (s. Einleitung) extreme Amplituden bei 100-200 Hz gesehen habe. Dieser ist ja ein Absorptionsdämpfer, optimiert für höhere Frequenzen.
Normalerweise hätte ich L=1,5m wählen müssen, das war mir aber einfach zu groß, denn daraus hätte sich eine Gesamtlänge von 3m ergeben.
So, nach der ganzen trockenen Theorie nun die praktischen Versuche.
Messung (22er Pumpe) und Auswertung
Aufbau
DN50-Klappenmodul - schwarzer DN25 Schlauch - Heizung - 60er flexINOX - 1,20cm DN21 Rohr - 180° Bogen - 2m-Absorber - 120er flexINOX
Man sieht, dass die Gesamtlänge doch erheblich ist. Das müssten ca. 5-6m Luft und Abluftführung sein. Ein Foto war leider nicht sinnvoll möglich, daher nur die Skizze.
Ablauf
* Kennlinie: 0.8-1800, 2.5-5000 (für 11er Kennlinie die Öl-Werte einfach x2 nehmen)
* 0,8kW (1Hz), 1,2kW (1,5Hz), 1,6kW (2Hz), 2kW (2,5Hz)
* Abgasklappe offen/geschlossen
* Auswertung mit scilab, A-Weighting mit xcos von scilab
* Messreihe 30 s, Auswertung in 5 s-Schnipseln
* Berechnung: loudness=20*log10(max(abs(x)))
* Berechnung FFT
Erkenntnisse
* geschlossene Klappe dämpft die Lautstärke 2-5dB
Bei Leistungserhöhung...
* Lautstärke steigt wie erwartet (-55dB...-44dB bei offener Klappe, -59dB...-48dB bei geschlossener)
* bei offener Klappe nehmen die Amplituden aller Frequenzen zu, 500-2000Hz deutlich
* bei geschlossener Klappe nehmen die Amplituden der Frequenzen 500-1000Hz sogar ab, die trotzdem messbare Zunahme scheint über das gesamte Spektrum verteilt zu sein
Bei Nutzung des A-Weighting (die deutsche Seite ist leider nicht so ausführlich) für die Auswertung liegen alle dB-Werte wie erwartet etwas tiefer, es ergeben sich sonst keine neuen Erkenntnisse.
Langzeittest 24/7 mit 1,2kW (1,5Hz) und prinzipielle Eigenschaften
* Absorber nimmt sehr viel Platz weg und ist rel. schwer
* viel Material, also rel. teuer (ca. 50EUR), habe daher für die paar Tage Versuch kein INOX genommen
* während Start treten Resonanzen durch die ersten plötzlichen Zündungen auf, und es scheint, dass diese die Flamme zum erlöschen bringen
* Startversuch ist mind. 2x nötig, vermutlich, weil dann die kontinuierliche Verbrennung schneller erreicht wird und der Löscheffekt nicht so groß ist
* subjektiv: Auslass ist extrem leise, aber hörbar (der INOX-Absorber s.o. war subjektiv besser, Messungen müssen noch durchgeführt werden)
* Auslass des Dämpfers ist handwarm
* Ausfall der Heizung nach 1 Woche wegen Kondenswasser, festgestellt an Blubbergeräuschen beim Startversuch
* Ablauf nachgerüstet, 5l abgelassen und erneut gestartet (Startprobleme nur mit Heißluftpistole zu beheben)
* viel Kondensat, da Rohroberfläche viel Wärme abgibt und somit Wasserdampf ausfällt
* Abschaltung nach weiteren 4 Tagen, 2l Kondensat abgelassen, kein Start mehr möglich - Umrüstung auf Standard-Absorber
* Rauch, welcher während Start entsteht, wird rel. spät sichtbar, daher Ursachensuche schwer und "mal schnell Abschalten und neu probieren" kaum möglich
Kondensat:
* Laut Internet bis 0.9l je Liter Heizöl möglich
* Ausfall als der Absorber etwas über halbvoll war, also wahrscheinlich als Ausgang des inneren Rohres verschlossen war
Zusammenfassung
Mit den Apps auf dem Smartphone bin ich nicht sehr weit gekommen, also habe ich mir scilab auf dem PC installiert mich etwas eingearbeitet und die Auswertung damit gemacht.
Wenn es Bedarf an der scilab-Datei gibt, dann kann ich diese hier gern zur Verfügung stellen.
dB-Werte sind immer Relativwerte. Ein Vergleich wird erst möglich, wenn ich mit dem selben Audio-Equipment weitere Messungen aufgenommen habe.
Eine Messung mit ausgeschalteter Heizung wäre hier auch schon hilfreich gewesen, habe ich aber nicht durchgeführt, da mir das mit den relativen Werten noch nicht bewusst war.
Versuch macht klug - das Material wird wohl als Basis für eine schöne stabile Werkbank dienen 🙂.
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Nachtrag zum Test des Absorbers "Eigenbau nach Messung und Berechnung"
Heute habe ich die 0 Hz/0 kW Messung durchgeführt (also Heizung aus). Außerdem die Messung ganz ohne Schalldämpfer.
Hier also der Nachtrag mit Bezug auf die 0-Messung für die geschlossene Zuluft-Klappe:
Messwerte (A-Weighted in Klammern), geschlossene Klappe:
0kW (aus) : -60dB (-61dB)
0,8kW (1Hz) : -59dB (-61dB), +2dB ( 0dB) ==> Dämpfung ca. 18dB
1,2kW (1,5Hz): -52dB (-56dB), +8dB (+5dB) ==> Dämpfung ca. 20dB
1,6kW (2Hz) : -49dB (-53dB), +11dB (+9dB) ==> Dämpfung ca. 22dB
2kW (2,5Hz) : -48dB (-51dB), +12dB (+10dB) ==> Dämpfung ca. 23dB
Ich habe heute mit dem selben Equipment gemessen, wie damals. Leider scheint heute die Aufhängung des Mikros anders gewesen zu sein, so dass die 0-Messung um "-2" korrigiert werden musste, damit der minimale Wert wenigstens auf "0" geht. Die Absolutwerte würde ich also nicht auf die Goldwaage legen.
Absolutwerte kleiner 0 würden bedeuten, dass die Heizung mit diesem Absorber die Umgebungslautstärke verringert - theoretisch möglich (Gegenschall) aber ziemlich unwahrscheinlich.
Der absolute Dämpfungswert bezieht sich auf die Messung ohne jeglichen Dämpfer, Werte dafür folgen. Die Messwerte bestätigen die Berechnungen recht gut.
Messungen ganz ohne Schalldämpfer
Was wir bisher gelernt haben: dB-Werte sind relativ. Wir benötigen also 2 Referenzwerte:
* für die Lautstärke-Zunahme durch die Heizung: den 0-Wert (also Umgebungslautstärke am Messort ohne Heizung)
* für die absolute Dämpfungswirkung: die Lautstärke ohne Dämpfer
Messung (22er Pumpe) und Auswertung
Aufbau
DN50-Klappenmodul - schwarzer DN25 Schlauch - Heizung - 120er flexINOX - Flansch - 60er flexINOX
Ablauf
* 0kW (aus), 0,8kW (1Hz), 1,2kW (1,5Hz), 1,6kW (2Hz), 2kW (2,5Hz)
* Abgasklappe immer geschlossen (max. Dämpfungseffekt, keine Rauchbildung nach Startvorgang)
* Auswertung mit scilab, A-Weighting mit xcos von scilab
* Messreihe 30sec., Auswertung in 5sec-Schnipseln
* Berechnung: loudness=20*log10(max(abs(x)))
* Berechnung FFT
Messwerte (A-weighted in Klammern)
0kW (aus) : -58dB (-59dB)
0,8kW (1Hz) : -39dB (-40dB), +19dB (+19dB)
1,2kW (1,5Hz): -32dB (-33dB), +26dB (+26dB)
1,6kW (2Hz) : -26dB (-27dB), +32dB (+32dB)
2kW (2,5Hz) : -24dB (-25dB), +34dB (+34dB)
Erkenntnisse
Bei Nutzung des A-Weighting für die Auswertung liegen alle dB-Werte tiefer, wie erwartet. Dies wirkt ohne Schalldämpfer (also hier) gleichmäßig auf den gesamten Bereich, d.h. die Lautstärke-Erhöhung durch die Leistung ist gleich, mit oder ohne A-Weighting.
Mit Dämpfern ist das anders, da wirkt das A-Weighting zusätzlich.
Informationen zum Bild
Das Bild enthält die FFT-Werte, also so etwas wie die Amplitudenverteilung über die Frequenz. Daran kann man erkennen, welche Frequenzen durch die Heizung besonders stark zunehmen. Das ist u.a. interessant für die Auslegung der Absorber.
Wie kann man das Bild lesen
erste Spalte f21, f31, f41, f51: das ist die Differenz zur FFT der 0-Messung (1), f21 ist die Differenz zwischen 0 und 0.8kW, f31 zwischen 0 und 1.2kW usw
zweite Spalte f32, f42, f52: das ist die Differenz zur FFT bei 0.8kW, d.h. wie die Leistungszunahme auf die Frequenzen wirkt
dritte Spalte f43, f53: das gleiche bezogen auf 1.2kW
vierte Spalte f54: das gleiche bezogen auf 1.6kW
Die erste Spalte ist eigentlich am interessantesten, denn da sieht man, "Berge" bei ca. 250Hz, 3500Hz (teilt sich bei max. Leistung auf), 4000, 4700Hz (wandert bei max. Leistung Richtung 4300Hz) usw. Das wandern erkennt man dann auch in den weiteren Spalten, wenn die Werte unter 0 gehen und daneben Berge entstehen.
Prinzipiell ist man wahrscheinlich mit einem Absorptionsdämpfer erst einmal gut beraten, denn der bedämpft die höheren Frequenzen gut und rel. breitbandig, wäre da nicht der Berg bei 250 - 300Hz, um den muss man sich irgendwie getrennt kümmern, siehe mein Versuch mit dem 2m-Dämpfer. Das war bei mir so nicht praktikabel, aber vielleicht passt das ja bei irgend jemanden in die Werkstatt, wenn man sowieso ein 4m Abgasrohr nach draußen legen will und etwas INOX-Rohr über hat.
Die Messungen zum Standard und Absorptionsdämpfer folgen noch - also gespannt bleiben.
Hochgeladene Dateien: