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赫尔姆兹共鸣器

赫尔姆兹共鸣器(Helmholtz Resonator) Helmholtz_resonator.jpg

赫尔姆兹共鸣器,英文Helmoltz Resonator, 是最基本的声学元件之一,其最初的结构是一个带有细颈管口的球状空腔,如右图所示,主要作用是共振吸声。该共鸣器是由著名的德国科学家发明并首次使用该结构装置进行声学频率方面的研究,因此也就以他的姓氏而命名。

赫尔姆兹共鸣器的共振原理:

如上图所示,当空腔在外界力或者波动的作用下进入空腔后,空腔内的空气压缩,压力变大;而当该外力或波hhr1_wm.jpg动消失后,空腔内的气压要大于外界压力,在压差的作用下,空腔内的空气就会向外移动。当这一过程随外界波动的变化而不断重复时,相当于空腔内的空气发生了振动,其性质实际上也相当于单自由度的自由振动,如左图所示。
管道内的空气相当于弹簧,细颈管道内的空气相当于质量块,由管道内的空气有效质量和腔体内的空气组成了一维振动系统,这样对作用力即声波就会有共振现象的发生,该共振也称为赫尔姆兹共振(Helmholtz Resonance)。

赫尔姆兹共鸣器的相关计算公式:

其共振频率计算公式为:hhr03_wm.jpg

其传递损失(Transmission Loss)为:

hhr04_wm.jpg

当增加共振器的容积时,其导致传递损失的频率波峰部分向低频移动,当增加管道直径的话会导致吸声效果减小,传递损失变小。

赫尔姆兹共鸣器在消除低频噪声方面效果显著,因此被广泛应用在汽车进排气系统的减振、降噪,也被称之为赫尔姆兹共振消声器,但由于其消频范围太窄,因此一般是同四分之一波长管等其他声学元件结合使用,以达到最佳的降噪效果。

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