Amplitudenmodulation von Schallwellen

Physsiphus · Anmeldungsdatum: 05.02.2025 Beiträge: 2

Meine Frage:
Es existieren zwei rotierende Geräte, die jede für sich einen Ton entsprechend ihrer Drehzahl abgeben, incl. Oberwellen.
Bei diesen Schallquellen handelt es sich um den in einer Wärmepumpe eingebauten Kompressor und einen großen Ventilator, der die Luft durch den Verdampfer bläst.

Nun bildet sich in Abhängigkeit der beiden Drehzahlen immer mal wieder eine Störfrequenz, die gut hörbar ist und auf den ersten Blick nichts mit den Frequenzen der zwei rotierenden Komponenten zu tun haben mag.

Gegeben:
Die höher frequente Quelle ist der Lüfter mit 300Hz.
Die tiefer frequente Quelle ist der Kompressor mit (hier) 50Hz.
Die störende Frequenz ist dann 250Hz.
(der Störbereich überstreicht die Frequenz von 250...260Hz, bedingt durch einen störenden Kompressorfrequenzbereich von 40...50Hz).
Schiebt man den Kompressor 5Hz nach oben, wandert die Störung 5Hz nach unten.

Das Bildungsgesetz konnte ich also ausfindig machen, aber nicht dessen genaue Wirkungskette und damit auch nicht deren mathematische Beschreibung.

Meine Ideen:
Ich als Nachrichtentechniker habe sofort an eine Amplitudenmodualtion gedacht:
Bei Amplitudenmodulation ergeben sich bei 300Hz-50Hz und 300Hz+50Hz zwei Spektrallinien, also bei 250 und 350Hz, wenn man die 300Hz-Komponente als Träger betrachtet.
Dass nur der untere Spektralbereich hörbar ist, mache ich an Gehäuseresonanzen fest, die diesen Frequenzbereich akustisch hervorheben (Resonanzen sind ein generelles Problem bei Wärmepumpen mit Blechverkleidungen und inneren Verrohrungen - die Behebung der Resonanzen durch Dämmmaßnahmen ist das geläufige Mittel der Wahl).

Aber wie bildet sich diese Frequenz?
Um eine Amplitudenmodulation zu bekommen, muss man zwei Frequenzen multiplizieren. Aber wo und wie multiplizieren sich zwei Schallquellen nach der Abstrahlung?

Eine Form der Multiplikation in der Nachrichtentechnik ist die mit null und eins, also ein "Zerhacker" als Amplitudenmodulator.
Deshalb dachte ich auch sofort an die Lüfterschaufeln, deren 3 Stück der Lüfter besitzt. Dieser würde den Kompressorschall dann entsprechend mit 900Hz "zerschneiden", was dann zwei Spektralanteile um plus/minus 900Hz erzeugen würde, aber nicht um 300Hz.

Entsprechend der Fourierreihe gäbe es weitere Spektralpaare um 2700Hz (x3) und 4500Hz (x5),..., aber nicht bei 300Hz (x1/3).

Hat jemand eine Idee, wie dieses Spektrum um 300Hz, der Lüfterrotationsfrequenz, entsteht?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7461

Willkommen im Physikerboard!

Das ist einfach eine Schwebung, die durch die additive Überlagerung zweier Schallwellen entsteht.

Aus den Additionstheoremen folgt ja:

Also eine Schallwelle mit der Durchschnittsfrequenz, die mit der Differenzfrequenz lauter und leiser wird.

Musiker nutzen das, um ihre Instrumente zu stimmen. Die Schwebung bei der Überlagerung des Tones einer A-Saite mit dem der auf dem 5.Bund gegriffenen E-Saite muss verschwinden, dann stimmen die Töne überein.

Viele Grüße
Steffen

Physsiphus · Anmeldungsdatum: 05.02.2025 Beiträge: 2

Danke für die schnelle Antwort!
Dann habe ich wohl zu kompliziert gedacht. Den Effekt der Schwebung hatte ich immer nur mit nah beieinanderliegenden Frequenzen in Verbindung gebracht. Da hier die beiden Frequenzen mit 50 und 300 Hz ziemlich weit auseinander liegen, kam ich schnell auf den Pfad einer Modulation. Muss ich mir nochmal durchdenken, was passiert, wenn man den Abstand zweier nah beieinander liegenden Frequenzen zunehmend vergrößert.

A-Freak als Gast · Gast

Wobei aus einer Schwebung durch Addition von zwei Schallwellen oder Vibrationen sehr wohl auch eine neue Frequenz entstehen kann wenn diese auf ein mechanisch nichtlineares Element treffen.

Also z.B. eine Blechwand die sich durch eine Verspannung in eine Richtung leichter als in die andere Richtung durchbiegen kann.

Wenn die jetzt durch Unwucht vom Kompressor mit 50Hz vibriert und in einer Halbwelle für die 300Hz steifer ist als in der anderen Halbwelle, dann ergibt das eine Amplitudenmodulation mit den Seitenbändern von 250 und 350Hz