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亥姆霍兹共振原理 1970/01/01 19:06 点击:2215 / 回复:0

    亥姆霍兹(H·von·Haimuhuozi),是德国19世纪伟大的物理学家和生理学家,我们大学所学

的力学三大基本守恒定律之首的“能量守恒定律”就是他最大的科学成就。而亥姆霍兹共振原理,

则是亥姆霍兹在声学领域的著名成就之一。

    首先,建立一个由理想刚体构成的密闭空腔,这个空腔就叫做“亥姆霍兹共振腔”,在空腔的

表面开一个面积相对于空腔表面积很小的孔,在孔上插入一根空心刚体管道,组成的结构就称为“

亥姆霍兹共鸣器”。

    对于一个亥姆霍兹共鸣器而言,当其内部空气受到外界波动的强制压缩时(无论强制力施加于

空腔内的空气还是管道内的空气,施加的外力是来自声波还是腔体振动),管道内的空气会发生振

动性的运动,而空腔内的空气对之产生恢复力(换句话说,共振腔内的空气是一个“空气弹簧”)

。在声波波长远大于共鸣器几何尺度的情形下,可以认为共鸣器内空气振动的动能集中于管道内空

气的运动,势能仅与腔体内空气的弹性形变有关。这样,这个共鸣器是由管道内空气有效质量和腔

体内空气弹性组成的一维振动系统,因而对施加作用的波动有共振现象,其固有频率是   
。公式中f0是亥姆霍兹共鸣器的最低共振频率,c是声速,S是管道的截面积,d是管道的直径,l是

管道的长度,V是空腔的容积。在强度为一定的振动作用下,在这个频率时,管道内空气的振动速度

达到最大。

    这,就是所谓的“亥姆霍兹共振原理”。

    亥姆霍兹共鸣器是一种高效率的声能转换装置,它既可以在内部设计吸音材料,成为“共振吸

音结构”,在管口处具有相当强大的消耗接近f0频率的外界声波的吸音能力,或者,也可以通过驱

动其内部空气,将微小的振动转换为强度很高的声波从管口传输出去。

    由于这是一种不需要任何独立能源,完全依靠外界振动激发的高效率声能转化装置,所以亥姆

霍兹共鸣器的应用范围很广,作为吸声装置,其最典型的应用就是音乐厅、电影院吸音墙的微结构

,而作为扩声装置,其最典型的应用就是各种乐器的共鸣箱。

文章:youk [1970/01/01 19:06]
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