亥姆霍茲是德國19世紀偉大的物理學家和生理學家，大家所熟知的力學三大基本守恒定律之首的“能量守恒定律”就是他最大的科學成就。而亥姆霍茲共振原理，則是亥姆霍茲在聲學領域的著名成就之一。本期，上海蒙康技術人員將講解聲學設計上常常涉及到的亥姆赫茲共振理論。

空腔共振吸聲構造，是在構造中封閉有一定體積的空氣，通過開口或小孔與聲場空間連通，如亥姆霍茲共振器。各種穿孔板(如穿孔石膏板、金屬板、纖維水泥板、木板等)、狹縫板等背后設置空氣層形成的吸聲構造。亥姆霍茲共振器吸聲原理是：當孔深t和孔徑d比聲波波長小得多時，孔徑中空氣柱作用類似于質(zhì)量塊，而空腔V比孔徑大得多，作用相當于空氣彈簧，于是形成”共振系統(tǒng)——彈簧質(zhì)量塊系統(tǒng)”。當外界入射聲波的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相等時，孔徑中的空氣柱由于共振而劇烈振動并與孔壁摩擦從而消耗聲能。穿孔板吸聲構造可看成是許多并聯(lián)的亥姆霍茲共振器。

該類吸聲構造在共振頻率附近吸聲系數(shù)最大，離共振峰越遠吸聲系數(shù)越小。吸聲頻率特性與穿孔率、板厚、板后空氣層厚度以及空氣層內(nèi)是否填充多孔材料有關，穿孔率大小取決于孔徑與孔距之比。

為了展寬穿孔板后空腔構造的吸聲頻率范圍并提高其吸聲系數(shù)，一種方法是在穿孔板后鋪設多孔吸聲材料，另一種方法是采用孔徑小于l mm的微穿孔板。微穿孔板常用金屬薄板制作，其后一般不再鋪設多孔材料，適用于高溫、高濕、潔凈和高速氣流等環(huán)境中。

不過，如果穿孔率超過20％時，穿孔板已成為多孔材料的面層而不再屬于空腔共振吸聲構造。對于一個亥姆霍茲共鳴器而言，當其內(nèi)部空氣受到外界波動的強制壓縮時，管道內(nèi)的空氣會發(fā)生振動性的運動，而空腔內(nèi)的空氣對之產(chǎn)生恢復力（換句話說共振腔內(nèi)的空氣是一個“空氣彈簧”）。在聲波波長遠大于共鳴器幾何尺度的情形下，可以認為共鳴器內(nèi)空氣振動的動能集中于管道內(nèi)空氣的運動，勢能僅與腔體內(nèi)空氣的彈性形變有關。

f0是亥姆霍茲共鳴器的最低共振頻率，c是聲速，S是管道的截面積,d是管道的直徑，l是管道的長度,V 是空腔的容積。在強度為一定振動作用下,在這個頻率時，管道內(nèi)空氣振動速度達到最大。這就是所謂“亥姆霍茲共振原理”。

亥姆霍茲共鳴器是一種高效率的聲能轉換裝置，既可以在內(nèi)部設計吸音材料成為“共振吸音結構”，也可以通過驅(qū)動其內(nèi)部空氣，將微小的振動轉換為強度很高的聲波從管口傳輸出去。亥姆霍茲共鳴器的應用范圍很廣，作為吸聲裝置最典型的應用就是音樂廳、電影院吸音墻的微結構