Rezonator Helmholtza

Jest to układ akustyczny złożony z komory połączonej szyjką z otwartą przestrzenią (rys.1). Jego nazwa pochodzi od nazwiska XIX-wiecznego niemieckiego uczonego Hermanna von Helmholtza.

Rys. 1. Rezonator Helmholtza

Układ rezonansowy tworzą tu sprężystość powietrza zgromadzona wewnątrz komory o objętości V, bezwładność powietrza o masie M zgromadzona w szyjce oraz rezystancja promieniowania otworu R. Przykładem rezonatora Helmholtza jest bardzo powszechnie stosowana obudowa głośnikowa typu bass-reflex.

Rezonatory Helmholtza znalazły szerokie zastosowanie w akustyce. Stosowane były zupełnie świadomie już w starożytności do kształtowania warunków akustycznych w amfiteatrach. Często odkrywane są również podczas prac konserwatorskich w budowlach średniowiecznych, gdzie zamurowane i zapomniane od lat nie mogły pełnić swojej roli. Pojedynczy r.H. ma zbyt małą skuteczność jak na potrzeby akustyki pomieszczeń, dlatego stosuje się układy rezonatorów. Współcześnie występują one najczęściej w postaci układów rezonatorów połączonych równolegle lub szeregowo (rys.2) tworzących ustrój akustyczny.

R.H. jest elementem działającym w wąskim paśmie częstotliwości. Poszerzenie efektywnego pasma pracy można uzyskać dzięki ustrojom złożonym z rezonatorów nastrojonych na różne częstotliwości lub łącząc rezonatory z materiałami dzwiękochłonnymi. Wadą ustrojów zbudowanych w oparciu o r.H. jest brak możliwości dokładnego ustalenia parametrów ustroju na etapie jego projektowania. Z tego powodu istotna jest weryfikacja pomiarowa (w komorze pogłosowej) parametrów ustroju zanim zostanie on użyty w konkretnej aplikacji.

Uproszczony wzór na częstotliwość rezonansu pojedynczego rezonatora - pomijający wpływ rezystancji promieniowania oraz wpływ masy współdrgającej - jest następujący:


gdzie:
c - prędkość dźwięku
A - przekrój szyjki
V - objętość komory
L - długość szyjki

W akustyce wnętrz rezonatory Helmholtza wykorzystuje się najczęściej w zakresie średnich i wysokich częstoliwości. Ze względu na możliwe do osiągnięcia mniejsze wymiary, w zakresie niskich częstotliwości znacznie częściej stosowane są tzw. rezonatory płytowe.

Rys. 2. Fragment ustroju zbudowanego w oparciu o równoległe połączenie rezonatorów Helmholtza.