Статьи

Резонаторы акустические и принцип их работы

Акустический резонатор применяется в сабвуферах

Акустический резонатор применяется в сабвуферах

Что такое резонатор для акустики, назначение и способы применения мы сейчас рассмотрим, только лучше начать все по порядку, для понимания принципа его работы.
Так как автоакустика сейчас модное веяние, полезно изучить и свойства, которыми обладает резонатор акустический, тем более он может применяться в машине, не только в акустических системах.

Звуковые волны и их свойства

Звуковая волна (звук) – так у нас принято называть волны, которые воспринимаются человеческим ухом:

  • Диапазон так называемых «звуковых» частот находится в пределах
  • примерно от 20Гц до 20кГц
  • Волны, имеющие частоту ниже 20Гц называют инфразвуком, а более 20кГц — ультразвуком
  • Волны из звукового диапазона легко распространяются не только через газы (воздух), но и через любые жидкости (так называемые продольные волны) и даже в твердых телах (это продольные и ещё поперечные волны)
  • Однако волны, распространяющиеся в газообразной среде – главной среде нас интересующей — представляют особенный интерес

Изучает звуковые явления специальный раздел физики, с которым лучше ознакомиться, прежде чем своими руками делать сабвуфер, называемый акустикой:

  • При распространении звуковой волны в газе и молекулы и атомы колеблются вдоль распространения волны, что приводит к изменениям в локальной плотности газа и его давления
  • Поэтому звуковые волны в газе (воздухе) часто называются волнами плотности либо волнами давления
  • Человеческое ухо, улавливая различные звуки прежде всего оценивает их по степени громкости, которая зависит от интенсивности волны
  • А воздействие звуковых волн на барабанные перепонки зависит от её звукового давления, амплитуды колебаний давления в самой волне
  • Человеческое ухо самый совершенный приемник, созданный самой Природой,   который способен воспринимать звуки в очень широком диапазоне звучания: от писка комара и до грохота извергающегося вулкана
  • Таким образом, наше ухо способно воспринимать даже волны, звуковое давление которых изменяется в миллионы раз
  • Интенсивность звука является пропорциональной квадрату звукового давления, а диапазон интенсивностей получается порядка 1012, невероятно!
  • Настолько огромный диапазон слышимости человеческого уха соответствует применению прибора, способного измерить и диаметр атома и размеры футбольного поля
  • Для примера скажем, что при разговоре людей в комнате излучаемая интенсивность звука примерно в 106раз превышает порог его слышимости, а интенсивность звучания при рок – концертах часто приближен к болевому порогу
  • Другой характеристикой звуковой волны, которая определяет их восприятие на слух, является так называемая «высота» звука
  • Колебания «гармонической» звуковой волны воспринимаются человеческим слухом, как музыкальные тона
  • Колебания с высокой частотой воспринимаются нами, как звучание высокого тона, а колебания с низкой частотой — как звучание низкого тона
  • Звучание, издаваемое музыкальными инструментами и звуки человеческих голосов могут значительно различаться диапазоном частот и высотой тона
  • К примеру, диапазон у самого низкого тембра мужского голоса — баса тянется от 80Гц и до 400Гц, а диапазон самого высокого тембра женского голоса — сопрано простирается от 250Гц и до 1050Гц
  • Гортань певца при этом работает акустическим резонатором
  • Как подключить акустику в машине – это совсем другая статья, эта про резонаторы

Что такое резонатор

Резонатором называется усилитель колебаний, а явление акустического резонанса состоит в том, что одна акустическая система приходит в колебание, когда рядом с ней звучит другая звуковая система с частотой колебаний, которая совпадает с частотой колебаний первой:

  • Резонатором может служить и натянутая струна, и открытый либо закрытый объем, к примеру, в виде деревянного, металлического или стеклянного цилиндра (трубки), пластина, прикрепленная к чему-либо с одного конца, либо камертон и другое
  • Внутри резонатора возбуждаются колебания от падающих на него даже слабых звуковых волн
  • Каким образом резонатор повышает интенсивность попадающих в него колебаний?

Ответов целых два:

  • Либо резонатор вбирает энергию рассеянную в пространстве
  • Либо усиление волн происходит за счет снижения продолжительности колебаний
  • И оба ответа одинаково справедливы
  • Например, в театрах Древнего Рима устанавливали специально так называемые «гармоники» – это открытые объемы, а горловина их соединялась с окружающим воздушным пространством
  • Воздушная масс в горловине приводится в колебательное движение под внешним звуковым давлением
  • А резонансная частота определяется этой массой, плюс гибкостью (сжимаемостью) воздушного объема в резонаторе
  • Скорость колебаний при резонансе в горле резонатора возрастает, возрастает и объемный поток
  • А ввиду того, что скорость колебаний падающей волны остается постоянной, при поддержании возрастающего потока деформируется фронт падающей волны
  • Затем деформацией охватывается тем большая зона, чем выше скорость колебаний в   горловине
  • Именно поэтому резонатор и концентрирует много большую энергию, содержащаяся в части попадающей в него волны, которая приходится на площадь его входного отверстия
  • Затем резонатор отдает всю накопленную энергию, после прекращения на него внешнего воздействия в окружающее его пространство

Переходим к автомобилю

Теперь понятно, зачем нужен резонатор на акустику, переходим к автомобильной:

  • Например сабвуфер DYNACORD Alpha B-3 использует уже запатентованную технологию, под названием «Planar Waveguide» — это плоский волновод со встроенным в него резонатором Гельмгольца (Гельмгольц — немецкий физик, изобретатель)
  • За счет взаимодействию резонанса от волновода и резонатора получается высокий уровень давления звука в низких частотах
  • Подобной конструкцией обладает автомобильный сабвуфер Pioneer, модели TS-WX30
  • Хотя объём корпуса его всего лишь 5литров, чувствительность его достигает 100Децибел, однако, сам Гельмгольц, в это не виноват
  • Тут применяется режекторный фильтр, предназначенный в основном для подавления шумов от фазоинвертора
  • Резонаторы Гельмгольца иногда применяются при акустической обработке автомобильных салонов для подавления резонансов салона
  • Хотя этот конструктивный прием очень труднореализуем на практике, из-за значительных габаритов самой батареи резонатора, трудностей ее компоновки, и заметного уменьшения объема багажника
  • С повышением частоты настройки размеры резонаторов заметно уменьшаются
  • А в средних частотах они применяются гораздо чаще
  • Акустические резонаторы, так называемые «голосовики» использовались много столетий назад, когда строились соборы и театры
  • Сегодня резонаторы Гельмгольца и четвертьволновые резонаторы, успешно применяются в акустических студиях и концертных залах

Есть много примеров применения в иных областях:

  • Эффект подавления шума при помощи акустических резонаторов широко применяется в современной архитектуре, автомобилестроении и даже авиастроении
  • Сегодня почти все авиационные двигатели покрывают несколькими слоями специального звукопоглощающего покрытия, состоящего из металлических листов с отверстиями, это шума подавляющие резонаторы

Как выглядит простой подавляющий шумы резонатор, фото ниже.

Резонатор для подавления шума

Резонатор для подавления шума

  • Системы впуска современных моторов легкового автомобиля уже оборудуется устройствами для шумопоглощения
  • Такие резонаторы Гельмгольца (даже в чистом виде), подключаются попутно к впускным трубопроводам, либо семейство горлышек, которое образовано отверстиями перфорации в трубопроводе и охватывается герметичным кожухом
  • Применяются четвертьволновые резонаторы, как тупиковые трубчатые отростки с жестким донышком, которые подключаются к участкам трубопровода
  • Существует в Германии есть патент, инструкция номер 4033269, там описывается глушитель к ДВС с регулируемым резонатором Гельмгольца
  • Частота настроек такого ре-жекторного фильтра должна изменяться в зависимости от числа оборотов мотора с помощью следящей системы
  • К стати сказать, череп человека, как впрочем любая закрытая полость, имеющая отверстие, также может быть резонатором Гельмгольца
  • По научным данным, резонансной областью черепа человека являются частоты в диапазоне 20-25Гц
  • А облучение человека звуковыми волнами частотой 25Гц всего 30минут при нужной интенсивности источника, однозначно вызывает эпилептический припадок, стоит задуматься, и быть поаккуратнее с самодельными сабвуферами, цена – ваше здоровье

Теперь, когда разобрались с теорией, назначением и применением резонаторов на практике, остается посмотреть видео урок по его изготовлению в домашних условиях.

Григорий Романчук
Григорий с детства обожал машины, а в подростковом возрасте, когда самостоятельно подключил автомагнитолу в отцовской девятке, понял, что машины будут его работой, хобби, призванием.
Подробнее

Рейтинг
статьи
Добавить
в избранное
Версия
для печати