Настройка деки гитары резонатор гельмгольца

Акустический резонатор Гельмгольца

Явление резонанса оказывает влияние на все колебательные процессы – механические, электрические, звуковые. Акустика – одна из таких прикладных дисциплин, где влияние резонанса особенно ощутимо. С нежелательными резонансами приходиться бороться, полезные нужно использовать. Динамические головки, используемые в системах воспроизведения звука – пример механической колебательной системы, работающей с заходом в область резонанса.

Кроме механических колебательных систем, в электроакустических преобразователях широко используются акустические колебательные системы, в которых отдельные элементы представляют собой газообразную среду. Акустические колебательные системы используются в виде полостей, каналов, объемных резонаторов, которые в сочетании могут образовывать сложные устройства, по своему действию аналогичные резонансным контурам, фильтрам и т.д. С их помощью можно выделять или подавлять определенные участки звукового диапазона частот.

Поведение механических колебательных систем обычно рассматривают на примере грузика на пружинке. Эту же модель часто используют и при анализе работы акустических систем – удобно и наглядно.

Медные резонаторы Гельмгольца, созданные на основе изначального дизайна:

Примером простейшей акустической колебательной системы является резонатор Гельмгольца. Он представляет собой сосуд сферической формы с открытой горловиной. Воздух в горловине является колеблющейся массой, а объем воздуха в сосуде играет роль упругого элемента. Разумеется, такое разделение справедливо лишь приближенно, так как некоторая часть воздуха в полости обладает инерционным сопротивлением. Однако при достаточно большой величине отношения площади отверстия к площади сечения полости точность такого приближения вполне удовлетворительна. Основная часть кинетической энергии колебаний оказывается сосредоточенной в горле резонатора, где колебательная скорость частиц воздуха имеет наибольшую величину.

Строго говоря, резонатор представляет собой систему с распределенными параметрами. Однако если размеры резонатора малы по сравнению с длиной волны действующих на резонатор колебаний, то практически можно рассматривать такую систему, как систему с сосредоточенными параметрами. Собственная частота резонатора Гельмгольца равна:

F = (C₀ / 2π) · √(S / (V · L))

F – частота, Гц;

C₀ – скорость звука в воздухе (340 м/с);

S – сечение отверстия, м 2 ;

L – длина отверстия, м;

V – объем резонатора, м 3 .

Например, для сосуда объемом 1 л с горловиной длиной 1 см и сечением 1 см 2 частота резонанса составит примерно 170 Гц. Обратите внимание, что длина волны для этой частоты составляет около 2 м, что значительно больше характерных размеров резонатора. Следовательно, не может быть и речи о стоячей акустической волне в самом резонаторе. Действительно, в полости можно возбудить только волны, длина которых меньше характерного размера резонатора:

λ ≤ 3 √V

Для данного примера это частоты выше 3 кГц. Другой вариант резонатора – органная труба. Стоячие волны в таком резонаторе возможны лишь для тех случаев, когда на длине трубы укладывается нечетное число четвертей длин волн. Соответственно, резонансные частоты будут равны:

F = (C₀ / 4L) · (2p – 1)

p = 1, 2, 3…

Хотя резонансных частот несколько, однако, сильнее всех выражена первая мода колебаний. Этому случаю соответствует четвертьволновый резонатор длиной:

Для частоты настройки 27 Гц длина трубы составит примерно 3,1 м. Неудивительно, что церковные органы имеют колоссальные размеры. Однако пора от теории перейти к практике.

Как уже отмечалось в начале статьи, акустические резонаторы можно использовать для усиления или ослабления определенного диапазона звуковых частот. Самый наглядный пример акустического “усилителя” – фазоинвертор акустической системы, представляющий собой все тот же резонатор Гельмгольца, возбуждаемый “изнутри”. Если резонатор Гельмгольца возбуждать снаружи, он становится режекторным (подавляющим) фильтром, поглощающим энергию внешних колебаний. Глубину режекции можно увеличить, увеличив потери в горле резонатора при помощи звукопоглощающего материала.

В акустических системах первой отечественной стереофонической радиолы “Симфония” в качестве низкодобротного двухчастотного режекторного фильтра использовался резонатор Гельмгольца. Он представлял собой отдельный объем в нижней части корпуса с двумя отверстиями диаметрами 23 и 31 мм в горизонтальной перегородке. Частоты настройки составляли 50 и 100 Гц. Фильтр предназначался для частичного подавления 1-й и 2-й гармоник сетевой частоты лампового усилительного тракта, а также устранял неизбежный “горб” на АЧХ в области 60-80 Гц, характерный для обычных в то время высокодобротных динамиков (Qts

Кстати, и сегодня этот путь можно считать очень перспективным для использования высокодобротных динамических головок в корпусах небольшого объема. Это позволяет сохранить высокую чувствительность акустической системы и получить при этом гладкую АЧХ, что актуально именно для car audio. Методика расчета предельно проста. Сначала рассчитываем или измеряем частоту резонанса головки в корпусе заданного объема, затем рассчитываем на эту частоту резонатор Гельмгольца. В конструкции современных акустических систем, однако, резонатор Гельмгольца используется крайне редко. Динамические головки низкой добротности и высокая мощность усилителей позволяют обойтись без этих ухищрений. Все же несколько примеров удалось найти.

Профессиональный сабвуфер DYNACORD Alpha B-3 использует запатентованную технологию Planar WaveguideTM – плоский волновод со встроенным резонатором Гельмгольца. Благодаря взаимодействию резонанса волновода и резонатора Гельмгольца получен высокий уровень звукового давления на низких частотах.

Профессиональный сабвуфер DYNACORD Alpha B-3:

Аналогичную конструкцию имеет автомобильный сабвуфер Pioneer TS-WX30. При объеме корпуса всего 5 литров его чувствительность достигает 100 дБ, но, правда, Гельмгольц здесь ни при чем. В данном случае режекторный фильтр в основном предназначен для подавления струйных шумов фазоинвертора.

Автомобильный сабвуфер Pioneer TS-WX30

Резонатор Гельмгольца иногда используют при акустической обработке салонов автомобилей для подавления низкочастотных объемных резонансов салона. Однако данный конструктивный прием труднореализуем на практике ввиду существенных габаритов резонаторной батареи, проблем ее компоновки, уменьшения полезного объема багажного отделения и т.п. С ростом частоты настройки габариты резонаторов существенно уменьшаются, поэтому в области средних частот они используются заметно чаще. Акустические резонаторы – “голосовики” использовали много столетий назад при строительстве соборов и театров. И сегодня четвертьволновые резонаторы, и резонаторы Гельмгольца успешно используются в качестве элементов акустических студий и концертных залов. Немало примеров можно найти и других областях. Система впуска современного двигателя легкового автомобиля оборудуется устройствами шумопоглощения. Это или резонаторы Гельмгольца “в чистом виде”, подключенные параллельно к участкам впускного трубопровода, или семейство горлышек, образованное отверстиями перфорации трубопровода и охваченное герметичным кожухом. Также используют четвертьволновые резонаторы в виде тупиковых трубчатых отростков с жестким донышком, подключаемых к участкам трубопровода.

В патенте Германии № 4033269 описан глушитель выхлопа ДВС с перестраиваемым резонатором Гельмгольца. Частота настройки такого режекторного фильтра изменяется в зависимости от оборотов двигателя специальной следящей системой. Кстати, череп, как и любая замкнутая полость с отверстием, тоже является резонатором Гельмгольца. По некоторым данным, резонансной областью для черепа являются частоты 20-25 Гц. Как известно, облучение человека звуковыми колебаниями частотой 25 Гц в течение 30 минут при определенной интенсивности источника вызывает эпилептический припадок… Так что поаккуратнее с сабвуферами!

Источник

Тема: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

Опции темы

Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

Подскажите, пожалуйста, если есть два одинаковых 5-литровых резонатора, настроенных на одинаковую частоту (86 Гц), но у одного горло диаметром 1 см и длиной 1 см, а у другого диаметр горла 5 см и длина горла 27 см, то в чем будет разница их влияния на звук?
Есть ли такой параметр, как мощность резонатора? Может быть тот, что с бОльшим горлом, будет ослаблять частоту сильнее? Я не нашел нигде рассуждений про мощность ослабления звука, везде говорят только про резонансную частоту. Но очевидно же, что например 10-литровый будет мощнее, чем 1-литровый, настроенный на ту же частоту.

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

Во первых, есть такое понятие как акустический импеданс. Я с этим понятием немного на «Вы», но могу с уверенностью сказать, что бОльший диаметр горла обладает меньшим импедансом, и таким образом, лучше «шунтирует» вблизи себя звуковые волны.
Во вторых, что совершенно точно, это характер течения воздуха в горле. Добротность резонатора зависит от потерь на трение воздуха в горле, и при переходе течения из ламинарного в турбулентное, добротность резко падает. А чем уже горло, тем выше скорость воздуха при прочих равных, и турбулентный режим наступит при много меньшей громкости. Но это скорее применимо для приличных давлений, например при гельмгольце внутри АС.

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

На эту тему в Акустическом журнале есть работа. Там исследовали как и на что влияет диаметр и форма горла. Есть работы по влиянию формы самого резонатора. Набираете в гугл «Акустический журнал акустика», идёте по адресу, открываете, там темы, выбираете нужную тему, открываете, читаете название работ и свободно скачиваете нужную.

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

Ваше сообщение слишком короткое. Оно должно быть не менее 2 символов.

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

Тут много разного http://www.akzh.ru/htm/rubr0408.htm обратите вниманте на Васильев, Влияние формы горлышка на добротность резонатора Гельмгольца

———- Сообщение добавлено 19:44 ———- Предыдущее сообщение было 19:33 ———-

Понятия мощность резонатора нет. Есть эффективность, которое определяется параметрами резонатора. Если провести аналогию с диффузором, то чем больше диаметр горла тем выше отдача. Но ничего не бывает бесплатно. Увеличение диаметра горла увеличит его длинну. Объём камеры =пружина, масса воздуха в горле=груз. Это элементарная модель РГ. Вам надо просто почитать теорию РГ и всё поймёте. Есть статья «Резонанс на ладони», в ней простым языком поясняется о резонаторах. Поищите, она есть в доступе

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

Больше интересно управление добротностью. Вроде как в приведенной мною статье про это написано, но в симуляторе я никакого эффекта не обнаружил.

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

хлопните по трубе ладонью.
тот который громче гудит при возбуждении изнутри — будет ослаблять сильнее звуки поступающие снаружи

———- Сообщение добавлено 09:54 ———- Предыдущее сообщение было 09:53 ———-

чем больше потрерь в РГ тем ниже добротность — узкое горло, углы на трубе, звукопоглотитель внутри это потери
т.е. если РГ набить звукопоглотителем или сделать трубу с иголку — он перестанет работать.

Если сделать слишком широкую трубу — начнут эхом вылетать от туда средние частоты.

А какая цель у вас?

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

тот, у которого больше диаметр горла, будет иметь меньше добротность. Его колебания будут затухать за меньшее число колебаний, т.к. энергия запасённая в 5 л объёма излучается через большую площадь и закончится раньше.

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

Странно, а в статье написано, что наоборот, при увеличении площади горла снижается добротность. Или я что-то не так понял?

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

я не претендую на истину, но чисто из практики:

допустим объём камеры равен 0 (просто труба)
и даже в этом случае она будет себя вести как резонатор.

Берём толстую длинную трубу и которкую тонкую, настроенные на одну частоту.

Хлопаем ладонью одновременно затыкая один конец и слушаем.

Толстая труба будет громче

в камере резонатора нет энергии — там пружина.
колебания не рассеиваются, а затухают.
и чем быстрее они затухают тем ниже добротность.
а в узкой трубе больше потерь — затухает быстрее

———- Сообщение добавлено 09:44 ———- Предыдущее сообщение было 09:44 ———-

да в инете статьи бакланы пишут, нередко путаются сами ))
скан учебника какой нибудь найти про резонатор их полно

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

В величине этого влияния.

Несомненно. Интуиция Вам правильно подсказывает.

Совсем не очевидно. При эквивалентных настройках резонатор бОльшего объема может обладать бОльшей добротностью — это верно. Но собственная добротность — это еще не степень влияния на звук. Это самое влияние зависит от величины связности полости резонатора с пространством, где звук. А сама эта связность пропорциональна площади сечения горла.

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

всё так. Потенциальная энергия сжатой проужины равна (kx^2)/2, где k — жёсткость, а x — длина сжатия. В каждом цикле колебания гельмгольца происходит преобразование потенциальной энергии сжатого газа в объёме в кинетическиую энергию движущегося газа в трубе. В момент когда скорость в трубе ноль, вся энергия находится в потенциальной форме сжатия или разрежения, а когда давление в камере равно атмосферному, вся энергия соредоточена в кинетической форме (mv^2)/2 движущейся струи. Так вот при каждом колебании часть энергии безвозвратно улетает на излучение наружу. Гельмгольц поёт. Чем шире горло, тем больше поток утекающей энергии. По аналогии чем больше калибр динамика, тем громче он может звучать, выше создать давление. Потому добротность падает с ростом сечения порта.

Re: Влияние параметров горла на свойства резонатора Гельмгольца

Ошибка Ваших рассуждений в том, что резонатор сам по себе не поет. Энергия в него попадает через горло, и уходит из него через то же горло. Поэтому, увеличивая площадь сечения горла Вы увеличиваете оба потока энергии — как наружу так и внутрь. Сама по себе добротность определяется отношением запаса энергии внутри резонатора к связности резонатора со внешней средой. Поэтому увеличение горла ВМЕСТЕ с увеличением объема резонатора добротность может и не снижать.

Источник