ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 5
1.1 Акустические резонаторы 5
1.2 Влияние формы резонатора на присоединенную длину 17
1.3 Метод электроакустических аналогий 36
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 44
2.1 Методика проведения эксперимента. Оценка погрешности измерения 44
2.2 Резонатор со сферической камерой с двумя горловинами 47
2.3 Резонатор с кубической камерой с двумя горловинами 50
2.4 Резонатор с цилиндрической камерой с двумя горловинами 51
2.5 Ансамбль резонаторов со сферической камерой, расположенных на одной
оси 53
2.6 Ансамбль резонаторов со сферической камерой различных конфигураций.. 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 82
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 86
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Резонансные явления встречаются во всех колебательных системах: в механике, акустике, оптике, электрических цепях. Для полезных резонансов всегда пытаются найти практическое применение (например, радиоприемники), нежелательные резонансы всегда пытаются погасить (колебания мостов). Одним из примеров простейшей колебательной системы является резонатор Гельмгольца, представляющей собой сосуд с горлом. Проявление интереса к исследованию резонатора Гельмгольца обусловлен тем, что его можно использовать для решения различных прикладных задач: от глушения
нежелательных шумов до усиления колебаний на необходимых частотах. По принципу резонатора Гельмгольца работают фазоинверторы акустических систем, которые инвертируют фазу звуковой волны, исходящей от задней части диффузора динамика, и на выходе фазоинвертора данная волна суммируется с волной, излучаемой фронтальной частью диффузора, что существенно увеличивает звуковое давление на частоте настройки фазоинвертора. Для снижения уровня шумов в жидких средах трубопроводных систем авторами работ [19, 31] предлагается использование резонатора Гельмгольца в качестве реактивного глушителя. Их активно используют для проектирования защитных экранов от шума [23, 18]. Помимо этого, акустические резонаторы можно использовать для генерации звуковых колебаний, которые позволяют увеличить интенсивность разных физических явлений и процессов. Например, в вибрационном горении [30].
С учетом такого широкого круга применения резонатора Гельмгольца, различными авторами [1, 2, 5, 6, 11, 16, 17, 20, 24, 25, 26, 27, 37] в своих работах проведены исследования для уточнения собственной частоты акустического резонатора. Ведь для его более эффективного использования необходимо точное попадание в резонанс. Однако в основном исследования собственной частоты проводились для резонаторов, состоящих из одного горла и одной камеры. Рассмотрению же более сложных систем, имеющих большее число элементов (горловин и камер) в отличие от классического акустического резонатора, посвящено небольшое количество работ [10]. Хотя применение ансамбля резонаторов Гельмгольца было бы перспективно там, где необходимо усилить или ослабить более одной частоты, например, в системах выпуска отработавших газов в автомобилях или в различных звукопоглощающих конструкциях. Помимо этого, в работе [22] была предложена модель, в которой поровое пространство представлено в виде связанных резонаторов Гельмгольца, с помощью которой удалось улучшить воспроизведение спектра шума, зарегистрированного экспериментально при фильтрации газа через пористую среду.
Целью данной работы являлось экспериментальное исследование влияния конфигурации ансамбля резонаторов Гельмгольца на его частотные характеристики. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
• разработка лабораторной установки и методики исследования;
• создание ансамбля резонаторов Гельмгольца с различными вариантами конфигурации;
• разработка компьютерной программы построения амплитудно-частотной характеристики ансамбля резонаторов по регистрируемым сигналам;
• проведение экспериментальных исследований частотных характеристик ансамбля акустических резонаторов.
В ходе данной работы были решены следующие задачи:
• разработана методика исследования частотных характеристик акустических резонаторов;
• спроектирована и собрана лабораторная установка для экспериментальных исследований;
• написана программа на Matlab для обработки экспериментально полученных звуковых сигналов и получения спектров;
• собраны 75 конфигураций акустических резонаторов и исследованы их частотные характеристики.
В результате проведенного исследования частотных характеристик ансамбля связанных резонаторов Гельмгольца, сделаны следующие выводы: для ансамбля резонаторов, расположенных на одной оси:
• число резонансных частот ансамбля резонаторов равнялось числу камер резонаторов. При добавлении горловины в ансамбль соосных резонаторов значения частот собственных колебаний увеличивались. При добавлении камеры в ансамбль соосных резонаторов появлялась еще одна резонансная частота;
• полученные значения собственных частот для всех ансамблей резонаторов, расположенных на одной оси, меньше граничной частоты, вычисленной по формуле (1.53);
для ансамбля резонаторов, произвольной конфигурации:
• по аналогии с соосными резонаторами, при добавлении (изъятии) горловины в ансамбль резонаторов значения частот собственных колебаний увеличивались (уменьшалось). Число резонансных частот ансамбля резонаторов меньше либо равняется числу камер резонаторов;
• ансамбли резонаторов, которые имеют в своей конструкции одинаковое число горловин и камер, но отличаются конфигурацией, в большинстве случаев имеют разный набор собственных частот колебаний.
