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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Luftfiltersystem sowie ein Verfahren zur Bestimmung einer Art und/oder eines Zustands eines Luftfilters.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, ein Luftfiltersystem mit einem Drucksensor zu versehen. Steigt im Luftfilter der Differenzdruck zum Atmosphärendruck an, kann hieraus auf eine Sättigung bzw. einen Defekt des Luftfilters geschlossen werden. Das Luftfiltersystem kann in diesem Fall einen Warnhinweis ausgeben, um einen Austausch des Luftfilters bzw. eines Luftfilterelements vorzuschlagen.
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Drucksensoren sind jedoch in einigen Fällen störungsanfällig und aufwändig herzustellen. Es ist auch aus
DE 10 2009 047 614 A1 und
WO 2019/009379 A1 bekannt, eine Luftfilterverschmutzung über Schalldruck zu erfassen.
WO 2019/201700 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung der Sauberkeit von Partikelfiltern anhand von akustischen Daten und dem Vergleich eines akustischen Spektrums mit einem akustischen Kalibrierungsspektrum.
WO 2019/046381 A1 beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung von Daten über den Zustand eines Luftfilters, um eine Empfehlung zu generieren, wie z.B. einen Hinweis auf einen zu ersetzenden Luftfilter.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Luftfiltersystem und ein Verfahren anzugeben, die eine verhältnismäßig einfache Überwachung eines Luftfilters ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Luftfiltersystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
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Erfindungsgemäßes Luftfiltersystem
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch ein Luftfiltersystem mit einem Luftfilter und einer Auswerteeinrichtung, wobei das Luftfiltersystem ein mit der Auswerteeinrichtung verbindbares erstes Mikrofon aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Art, einen Füllzustand und/oder einen Defekt des Luftfilters mittels des vom ersten Mikrofon aufgenommenen Schalls zu bestimmen, wobei das Luftfiltersystem ein Smartphone aufweist, wobei das Smartphone das erste Mikrofon in Form eines Smartphone-Mikrofons aufweist.
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Erfindungsgemäß ist somit zumindest ein erstes Mikrofon zur Aufnahme einer Schallabgabe des Luftfilters im Betriebszustand vorgesehen. Die Auswerteeinrichtung ist eingerichtet, anhand des vom ersten Mikrofon aufgenommenen Schalls zu bestimmen, um welche Art von Luftfilter es sich handelt, insbesondere, ob es sich um ein bestimmungsgemäßes Originalteil handelt. Hierdurch kann ein Kopierschutz realisiert und die Qualität des Luftfilters sichergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Auswerteeinrichtung bestimmen, ob der Luftfilter verstopft ist bzw. einen zu hohen Füllzustand aufweist. Auch andere Defekte des Luftfilters können von der Auswerteeinrichtung bestimmt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine umfangreiche, aber einfache Überwachungsmöglichkeit eines Luftfilters.
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Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Schalldruckpegel (Sound Pressure Level [SPL]) der Schallabgabe, insbesondere zur Bestimmung des Füllzustands des Luftfilters, mit dem Schalldruckpegel einer zuvor aufgenommenen Schallabgabe zu vergleichen. Die Differenz der Schalldruckpegel zwischen einem leeren Luftfilter und einem auszutauschenden verschmutzten (gefüllten) Luftfilter beträgt dabei typischerweise ca. 5 dB. Die Auswerteeinrichtung ist daher vorzugsweise dazu ausgebildet, Schalldruckpegeldifferenzen zwischen 0 dB und 20 dB, insbesondere zwischen 2 dB und 15 dB, besonders bevorzugt zwischen 3 dB und 10 dB zu unterscheiden.
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Je stärker der Luftfilter verschmutzt (gefüllt) ist, umso stärker ist der Schalldruckpegel gedämpft. Die Auswerteeinrichtung ist daher vorzugsweise dazu ausgebildet, die Dämpfung des Schalldruckpegels der Schallabgabe mit dem Schalldruckpegel einer gespeicherten Schallabgabe zu vergleichen.
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Der Luftfilter kann ein Gehäuse aufweisen, in dem ein Luftfilterelement des Luftfilters auswechselbar angeordnet sein kann. Der Luftfilter ist vorzugsweise in Form eines Motorluftfilters oder eines Kabinenluftfilters ausgebildet.
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Die Auswerteeinrichtung kann serverbasiert, insbesondere cloudbasiert, ausgebildet sein.
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Die Auswerteeinrichtung und/oder das erste Mikrofon kann/können zur Bewertung bzw. Aufnahme von Schall im Bereich zwischen 0 Hz und 6000 Hz, insbesondere zwischen 500 Hz und 2000 Hz, vorzugsweise zwischen 600 Hz und 1000 Hz und/oder 1200 Hz und 1700 Hz, eingerichtet sein. Es hat sich gezeigt, dass die Geräuschabgabe des Luftfilters im Betriebszustand in diesem Frequenzbereich besonders aufschlussreich ist.
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Insbesondere im Frequenzbereich zwischen 600 Hz und 1000 Hz wurde ein direkter, insbesondere linearerer, Zusammenhang zwischen dem Füllstand des Luftfilters und dem Schalldruckpegel festgestellt. Die Auswerteeinrichtung ist daher vorzugsweise zur Bewertung der Schallabgabe zwischen 600 Hz und 1000 Hz ausgebildet.
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Das erste Mikrofon kann in Form eines Luftschallmikrofons ausgebildet sein, um eine besonders aussagekräftige Überwachung des Luftfilters zu ermöglichen. Das Luftschallmikrofon kann an einem Gehäuse des Luftfilters angeordnet sein, vorzugsweise auf der Rohluftseite des Luftfilters.
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Weiter bevorzugt kann der Luftfilter einen Wartungsschalteranschluss („service port“) aufweisen.
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Das Luftfiltersystem umfasst ein Smartphone, wobei das Smartphone das erste Mikrofon in Form eines Smartphone-Mikrofons aufweist. Smartphones sind weit verbreitet und regelmäßig verfügbar. Hierdurch können Analysen eines Luftfilters einfach und spontan vorgenommen werden.
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Das Smartphone kann dazu ausgebildet sein, einen Nutzer bei der Ausrichtung des Smartphones mittels Augmented-Reality-Anzeigen zu unterstützen. Hierdurch kann das Luftfiltersystem auch durch einen ungeübten Nutzer schnell überprüft werden.
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In den Rahmen der Erfindung fällt weiterhin eine Smartphone-App zur Bestimmung der Art bzw. des Zustands des Luftfilters.
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Eine besonders präzise Zustandsbestimmung des Luftfiltersystems wird ermöglicht, wenn das Luftfiltersystem ein mit der Auswerteeinrichtung verbindbares zweites Mikrofon aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Art, den Füllzustand und/oder den Defekt des Luftfilters mittels des vom ersten Mikrofon und zweiten Mikrofon aufgenommenen Schalls zu bestimmen.
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Das zweite Mikrofon kann in Form eines Luftschallmikrofons und/oder eines Smartphone-Mikrofons ausgebildet sein.
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Besonders bevorzugt ist das erste Mikrofon stationär am Luftfilter, insbesondere am Gehäuse, vorzugsweise auf der Reinluftseite, des Luftfilters, und das zweite Mikrofon in Form eines mobilen Smartphone-Mikrofons, vorzugsweise auf der Rohluftseite des Luftfilters, ausgebildet. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache, aber dennoch sehr zuverlässige Analysemöglichkeit des Luftfilters.
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Generell ist in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung bei der Verwendung eines einzigen Mikrofons dieses Mikrofon auf der Rohluftseite des Luftfilters angeordnet oder ausgebildet und bei der Verwendung mehrerer Mikrofone ein Mikrofon auf der Rohluftseite und ein Mikrofon auf der Reinluftseite des Luftfilters angeordnet oder ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Art und/oder eines Zustands eines Luftfilters, insbesondere eines zuvor beschriebenen Luftfilters, mit den Verfahrensschritten:
- C) Aufnehmen einer Schallabgabe des Luftfilters im Betriebszustand;
- D) Zuordnen der Schallabgabe zu einer Luftfilterart und/oder einem Luftfilterzustand;
- E) Ausgeben der Luftfilterart und/oder des Luftfilterzustands.
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Im Verfahrensschritt D) kann die Schallabgabe dabei zunächst einem bestimmten Klangmodell zugeordnet werden. Beispielsweise kann die Schallabgabe im Verfahrensschritt D) anhand bestimmter Schall-Charakteristika einer bestimmten Luftfilterart zugeordnet und ausgehend davon anschließend Defekte des Luftfilters bestimmt werden.
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Im Verfahrensschritt D) wird vorzugsweise der Schalldruckpegel der Schallabgabe mit dem Schalldruckpegel einer zuvor aufgenommenen Schallabgabe, insbesondere in einem ersten Betriebszustand, verglichen.
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Vorzugsweise geht dem Verfahrensschritt C) folgender Verfahrensschritt voraus:
- A) Aufnehmen und Speichern zumindest einer Schallabgabe eines Luftfilters in einem, vorzugsweise idealen, ersten Betriebszustand, insbesondere Aufnehmen und Speichern mehrerer Schallabgaben eines Luftfilters in verschiedenen Betriebszuständen.
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Hierdurch kann eine aktuelle Aufnahme mit zumindest einer zuvor aufgenommenen Aufnahme abgeglichen und analysiert werden.
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Das Speichern der Schallabgabe(n) erfolgt vorzugweise, insbesondere anonymisiert, in einem Cloud-Speicherplatz. Hierdurch können mehrere Nutzer auf (eine) bereits aufgenommene Schallabgabe(n) und somit auf einen entsprechenden Erfahrungsschatz zurückgreifen.
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Auf den Verfahrensschritt A) kann folgender Verfahrensschritt folgen:
- B) Bewerten der gespeicherten Schallabgaben mit einem Machine-Learning-Algorithmus.
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Hierdurch kann die Zuverlässigkeit des Messergebnisses signifikant verbessert werden. Beispielsweise können mittels des Machine-Learning-Algorithmus Hintergrundgeräusche erkannt und ausgeblendet werden.
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Die Zuordnung der Schallabgabe zu einem Luftfilterzustand im Verfahrensschritt D) kann auf Grundlage von Frequenzen der Schallabgabe zwischen 0 Hz und 6000 Hz, insbesondere zwischen 500 Hz und 2000 Hz, vorzugsweise zwischen 600 Hz und 1000 Hz und/ oder 1200 Hz und 1700 Hz, erfolgen. In diesem Frequenzband bzw. in diesen Frequenzbändern kann der Luftfilterzustand bzw. die Luftfilterart besonders zuverlässig bestimmt werden. Insbesondere im Frequenzband zwischen 600 Hz und 1000 Hz wurde ein direkter Zusammenhang, insbesondere linearer Zusammenhang, zwischen dem Schallpegel und dem Füllzustand des Luftfilters festgestellt.
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Die Verfahrensschritte C) und E) werden vorzugsweise auf (mit) einem Smartphone durchgeführt. Weiter bevorzugt wird der Verfahrensschritt A) auf (mit) einem Smartphone durchgeführt.
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Der Verfahrensschritt B) und/oder der Verfahrensschritt D) wird vorzugsweise auf einem Server, insbesondere einem cloudbasierten Server, durchgeführt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen. Die zuvor genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Luftfiltersystems mit einem Luftfilter und einem Smartphone;
- 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Art bzw. eines Zustands eines Luftfiltersystems;
- 3 eine schematische Darstellung einer aktuellen und einer gespeicherten Schallabgabe eines Luftfilters.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Luftfiltersystem 10 mit einem Luftfilter 12. Der Luftfilter 12 weist ein Gehäuse 14 und ein in das Gehäuse 14 austauschbar einsetzbares Luftfilterelement 16 auf. Der Luftfilter 12 weist einen Einlass 15a auf der Rohluftseite des Luftfilters 12 und einen Auslass 15b auf der Reinluftseite des Luftfilters 12 auf. Das Luftfilterelement 16 trennt die Rohluftseite von der Reinluftseite. Um die Art des Luftfilters 12, insbesondere des Luftfilterelements 16, bzw. deren/dessen Zustand zu bestimmen, weist das Luftfiltersystem 10 ein erstes Mikrofon 18 auf. Das erste Mikrofon 18 ist vorzugsweise in Form eines Luftschallmikrofons ausgebildet. Das erste Mikrofon 18 ist weiter bevorzugt im Bereich eines Wartungsschalteranschlusses 20 angeordnet. Das erste Mikrofon 18 ermöglicht die Aufnahme der Schallabgabe des Luftfilters 12 im Betriebszustand.
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Die Aufnahme des ersten Mikrofons 18 wird, insbesondere drahtlos, an eine Auswerteeinrichtung 22 übertragen. Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung 22 auf einem, insbesondere cloudbasierten, Server hinterlegt. Die Auswerteeinrichtung 22 empfängt die Aufnahme des ersten Mikrofons 18 und bewertet diese insbesondere sowohl im Frequenzbereich zwischen 600 Hz und 1000 Hz als auch zwischen 1200 Hz und 1700 Hz, um anhand der Aufnahme Aussagen über den Luftfilter 12, insbesondere das Luftfilterelement 16, treffen zu können.
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Das Luftfiltersystem 10 kann dabei einen Speicher 24 aufweisen, der vorzugsweise cloudbasiert ausgebildet ist. Der Speicher 24 kann eine Vielzahl von früheren Aufnahmen aufweisen. Die Aufnahmen können, insbesondere anonymisiert, von verschiedenen Nutzern stammen. Die Aufnahmen bilden einen Erfahrungsschatz, anhand dessen die Auswerteeinrichtung 22 präzise Aussagen hinsichtlich der Art bzw. des Zustands des Luftfilters 12 treffen kann. Die Auswerteeinrichtung 22 kann einen Machine-Learning-Algorithmus 26, insbesondere in Form eines neuronalen Netzes, aufweisen, um die Einschätzung der Aufnahme zu erlernen.
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Das Luftfiltersystem 10 weist ein Smartphone 28 mit einem zweiten Mikrofon 30 auf. Die Aufnahme des zweiten Mikrofons 30 wird, insbesondere drahtlos, an die Auswerteeinrichtung 22 übertragen. Mithilfe der Aufnahme des zweiten Mikrofons 30 kann die Art bzw. der Zustand des Luftfilters 12 präziser bestimmt werden. Die Art bzw. der Zustand des Luftfilters 12 kann alternativ auch einzig basierend auf dem zweiten Mikrofon 30 bestimmt werden. Das erste Mikrofon 18 muss nicht zwingend vorgesehen werden (in diesem Fall ist das „erste“ Mikrofon das Mikrofon 30).
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Art bzw. des Zustands eines Luftfilters, insbesondere mit einem in 1 gezeigten Luftfiltersystem 10, deren Bezugszeichen zum besseren Verständnis nachfolgend zitiert werden.
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In einem Verfahrensschritt A) wird eine Schallabgabe eines Luftfilters 12 durch ein erstes Mikrofon 18, ein zweites Mikrofon 30 und/oder ein bzw. mehrere weitere Mikrofone aufgenommen und als Referenzaufnahmen gespeichert. Vorzugsweise werden mehrere Schallabgaben, insbesondere eine Vielzahl von Schallabgaben, aufgenommen und als Referenzaufnahmen gespeichert.
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Die Aufnahmen können in einem Verfahrensschritt B) mit einem Machine-Learning-Algorithmus bewertet werden, beispielsweise um Aufnahmen idealer Luftfiltersysteme 10 und/oder Umgebungsgeräusche herauszufiltern.
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Die Verfahrensschritte A) und B) werden vorzugsweise vor der tatsächlichen Bestimmung der Art bzw. des Zustands des Luftfiltersystems 10 durchgeführt.
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In den Verfahrensschritten C), D) und E) werden eine Schallabgabe des Luftfilters im aktuellen Betriebszustand aufgenommen, die Schallabgabe zu einer Luftfilterart und/oder einem Luftfilterzustand zugeordnet und die Luftfilterart und/oder der Luftfilterzustand ausgegeben, insbesondere angezeigt.
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3 zeigt die Aufnahme von Dämpfungen in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 6000 Hz. Mit durchgezogener Linie ist eine aktuelle Dämpfung dargestellt; mit gestrichelter Linie ist eine gespeicherte Dämpfung eines gleichen Luftfilters 10 in einem ersten (idealen) Betriebszustand dargestellt. Insbesondere im Frequenzbereich zwischen 500 Hz und 2000 Hz ist ersichtlich, dass die aktuelle Dämpfung im Vergleich zur gespeicherten Dämpfung erhöht ist, was auf einen beladenen Luftfilter 10 hindeutet. Die Auswerteeinrichtung 22 kann dann darauf hinweisen, dass eine Wartung vorgenommen werden sollte.
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Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung zusammenfassend eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Identifikation und/oder Zustandserfassung eines Luftfilters 12, insbesondere eines austauschbaren Luftfilterelements 16, durch Schallanalyse. Die Schallanalyse erfolgt vorzugsweise nach Aufnahme einer Schallabgabe über einen vorgegebenen Frequenzbereich und Vergleich dieser Schallabgabe mit einer oder mehreren zuvor aufgenommenen Schallabgaben. Die Aufnahme erfolgt mittels eines Mikrofons 18, 30, vorzugsweise mittels mehrerer Mikrofone 18, 30, wobei besonders bevorzugt zumindest ein Mikrofon 18, 30 in Form eines Smartphone-Mikrofons ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird zumindest ein Schalldruckpegel, insbesondere mehrere Schalldruckpegel bei verschiedenen Frequenzen, der Schallabgabe mit einer gespeicherten Schallabgabe zur Charakterisierung des Luftfilters 12 verglichen. Vorzugsweise wird zumindest ein Schalldruckpegel der Schallabgabe bei einer Frequenz zwischen 500 Hz und 1100 Hz mit einem Schalldruckpegel einer gespeicherten Schallabgabe bei derselben Frequenz verglichen, insbesondere um den Füllzustand des Luftfilters 12 zu bestimmen.
