Акустические резонаторы

Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (31.VIII.1821-8.IX. 1894) - немецкий физик, математик, физиолог и психолог, положивший начало акустике. Он построил модель уха, позволившую изучить характер воздействия звуковых волн на орган слуха, решил задачу органной трубы, провел исследования колебания струн и акустических резонаторов. Помимо этого, Гельмгольц занимался проблемами электродинамики. Он создал колебательный контур = основу радиосвязи, под его влиянием Г. Герц провел исследования, приведшие к обнаружению электромагнитных волн.

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.

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.