亥姆霍茲共振（Helmholtz resonance）指的是空氣在一個腔中的共振現象，例如在一個空瓶子的瓶口吹氣引起的共振。 在1850年代由赫爾曼·馮·亥姆霍茲設計並命名。
基本介紹
- 中文名：亥姆霍茲共振
- 外文名：Helmholtz resonance
- 領域：物理學
歷史,套用,
歷史
亥姆霍茲在他1862年出版的書中描述了：“On the Sensations”，一個可以在複雜環境中分辨出特殊波長的裝置，叫亥姆霍茲共振器，包括了一個已知容積的剛性容器，形狀非常接近球形，容器一端有一個細口，另外一端開了一個大口。
當共振器的‘嘴’放在耳邊時，某種特殊波長的機械波將被篩選出並被清楚的聽到。在亥姆霍茲的書中我們能看到這樣的句子：當我們“把共振器放在耳邊，來自背景中的大部分的機械波將會顯著耗散，但是如果捕捉到了特定的機械波，它將把這個機械波以最大的強度送到耳邊……。
一組不同尺寸的共振器作為商品出售，目的是為了在複雜機械波中過濾並分析特定波長的機械波。從柯尼希公司1889年的產品目錄中可知，一系列14個價值380法郎。
還有一種可調節的被稱為通用共振器（universal resonator），由兩個圓柱體組成，一個在另一個內部，通過滑動可以連續調節共振器的容積，進而調節諧振波長。 這種共振器被用在傅立葉分析中，相當於方程中的波長變換器。當空氣進入共振腔時，引起了腔內氣壓的變化。第一階段空氣被壓縮，氣壓上升，第二階段外力撤除後，高氣壓驅使空氣排出共振腔。又因為慣性，之後的氣壓會比平衡氣壓稍微的第一些，然後空氣又反覆進入共振腔。這個過程就是共振。共振開始和結束時會有一個漸進的過程。
連線埠（腔室的開口）被放置在外耳道附近，使得實驗者可以聽到機械波，並確定它的強度。 參與共振的空氣品質由第二個大一些的孔的位置決定，這個孔沒有一個瓶頸。一個開口容器可形成低品質因數Q值的亥姆霍茲共振器。
向一個容器通入氣體也被稱為亥姆霍茲共振。在這種情況下，瓶口的長度和直徑將影響共振波長和品質因數Q。
還有其他有關亥姆霍茲共振器的定義，比如亥姆霍茲共振器是通過吸收環境中的機械波而使得一個封閉空腔中的空氣產生熱量的裝置。此外，還有一個定義，亥姆霍茲共振指的是由均勻空氣流動使某一體積下的封閉空氣產生共振並發熱的現象。
套用
亥姆霍茲共振器的理論在機車和汽車尾氣排放管中也有套用，以通過向排氣管內添加空腔來改變排氣管和用於不同輸送功率的排氣管。在一些二衝程發動機中，亥姆霍茲共振器可用於替代簧片閥。 類似的效果也用於大多數二衝程發動機的排氣系統，使用反射的壓力脈衝給氣缸過度增壓（參見Kadenacy效應）。
亥姆霍茲共振器還被套用於減少飛行器引擎的共振(liners)上面。由兩部分組成：
- 一個單片金屬（或其它材料）上面有很多小孔以規則或不規則的形式分布，這就是所謂的阻力片；
- 一系列的“蜂窩腔”（但實際上起作用的是容積）。
它被套用於現今幾乎所有的飛行器引擎上。在飛機的內部或外部通常能見到多孔板，略低於一種蜂窩（honeycomb）結構。多孔板的厚度非常重要。有的時候會使用兩層的襯底，這種有著兩個自由度（Degrees Of Freedom）的叫做雙襯（"2-DOF liners"）為了和只有一個自由度的單襯（"single DOF liners"）區別。
這種效應也可用作減少飛行器翼的表面寄生阻力（表面摩擦阻力），效果可以減少到原來的60%。
亥姆霍茲共振還可以用來解釋高速行駛的汽車上稍微開一點側窗玻璃引起的抖動壓力，這種現象也稱為“側窗抖振”（side window buffeting）或者風悸動（wind throb）。
