Резонатор Гельмгольца

[Skalk]

Пользуясь вашим on-line калькулятором, возник вопрос.
В расчётах Резонатора Гельмгольца есть параметр: "Эффективная глубина зазора". Который рассчитывается автоматически.
Не могу понять что имеется ввиду. Разъясните пожалуйста.

Заранее СПАСИБО!!!

[Андрей Смирнов]

Частота резонатора определяется его внутренним объемом и массой воздуха, заключенной в горле резонатора длиной L и с сечением площадью S.

Резонатор Гельмгольца.JPG (25.59 KiB) Viewed 59676 times

В реальности в колебательном процессе участвует не только воздух, заключенный в объеме горла, но и некоторая присоединенная часть воздуха с одной и с другой стороны горла. В расчетной формуле учитывается увеличение присоединенной массы воздуха с помощью добавочного коэффициента K=1,2. Таким образом, если мы говорим о щелевом резонаторе, то появляется параметр "эффективная глубина зазора" аналогичная параметру "эффективная длина горла" резонатора.

[Skalk]

Спасибо!
Ещё вопрос. Какое минимальное расстояние от источника звука до резонатора, для эффективной работы последнего?

[Андрей Смирнов]

Как такового, ограничения по минимуму расстояния от источника до горла резонатора Гельмгольца нет.
Если резонатор имеет распределенный форм-фактор (например, перфорированная гипсовая панель), то для поглощения вблизи только одной частоты необходимо, чтобы на поверхность поглотителя падала плоская волна. Если же источник будет расположен очень близко к поверхности перфорированной гипсовой панели, то поглощение звука будет иметь более широкополосный характер с меньшей добротностью.

[Dr.Sound]

Андрей, добрый день. У меня, как обычно, возникли "интересные" вопросы по теме:
1. если одновременно на одной и той же поверхности плоского резонатора Гельмгольца сделать несколько различных типов перфорации с различными диаметрами отверстий и различной суммарной площадью перфорации, равномерно распределив каждый вариант в периметре панели. Корректно ли в данном случае будет рассматривать данное устройство в качестве полноценного относительно широкополосного (по числу вариантов перфорации) низкочастотного поглотителя?
Каково минимально-допустимое расстояние между соседними отверстиями, относящимися к разным вариантам перфорации?
Каким образом в данном случае влияет на эффективность работы устройства расстояние от тыльной поверхности перфорированной панели до поверхности стены/потолка? А также каково влияние толщины и плотности минераловатного наполнителя на технические характеристики резонатора?
2. как оценить количественную достаточность данных устройств в студии (хотя бы на уровне "не менее, чем...") для достижения их действительной эффективности? Ведь согласно данным, приводимым в тематической литературе, по сравнению с панельными (8db.) и, тем более пористыми поглотителями (6 db.), они имеют гораздо большую эффективность (добротность). Кроме того, в некоторых источниках указывается, что для действительно эффективной работы данных устройств их внутрений суммарный объём должен составлять не менее 10% от объёма помещения;
3. известно, что резонаторы Гельмгольца, вне зависимости от конструктивного исполнения, работают по принципу поглощения давления звуковой волны. Значит ли это, что также, как и другие акустические устройства данного типа, их нужно размещать в областях максимального звукового давления или это - исключительный случай. Вопрос не праздный так, как он непосредственно связан с вопросом о размещении RoomLеnses;
4. кстати, а что Вы думаете по поводу этих устройств?
5. если конструктивно в многослойной конструкции сложного широкополосного низкочастотного поглотителя разместить резонатор Гельмгольца непосредственно за пористым поглотителем с воздушным зазором, будет ли работа резонатора в данном случае такой же эффективной?
6. является ли какая либо конструкция резонатора Гельмгольца приоритетной по отношению к остальным? Главным образом интересует соотношение эффективности трубчатых, щелевых и перфорированных акустических конструкций.

[Dr.Sound]

Зная о личной неприязни Андрея Смирнова к данной теме, всё же задам ему несколько вопросов касаемо, акустического эффекта от использования Roomlens.
1.Насколько я понимаю, с точки зрения акустики, конструкция одного блока Roomlens (состоящего из трёх труб одинакового диаметра и длины, установленных на общем основании) представляет собой комплект резонаторов Гельмгольца, настроенных на разные частоты (вопрос о рассеивающем эффекте устройства умышленно опускаю - там всё понятно)?
2.Опять же, если я правильно понимаю, поскольку используется три открытые с двух сторон трубы со вставленными в них минераловатными вставками, то фактически, мы имеем шесть обособленных резонаторов и, следовательно, значение резонансной частоты каждого отрезка соответствующей трубы определяется объёмом воздуха, заключённого между срезом трубы и поверхностью звукопоглощающей вставки, а также длиной этого отрезка и внутренним диаметром трубы?
3.По какой формуле можно расчитать резонансную частоту отрезка трубы постоянного диаметра, ограниченного в данном случае не твёрдой стенкой, а звукопоглощающей вставкой?
4.В рекомендациях по DIY-изготовлению минераловатные вставки в разных трубах имеют различную длину - или это всего лишь технический момент для обеспечения заданной длины отрезков с разных сторон одной и той же трубы и, следовательно, заданных параметров конкретного резонатора?
5. Имеет ли в данном случае значение то, какая труба используется - толстостенная или тонкостенная?
6.Акустический эффект от использования Roomlens сравнивают с устройством "голосников" в старых церквях, однако мне не совсем понятна основная мысль...?

[Андрей Смирнов]

Я даже не представляю, откуда информация о моей якобы неприязни к этим девайсам
1. открытые с двух сторон трубы нельзя считать резонаторами Гельмгольца
2. резонансные явления в трубах естесственно будут, но какие сказать трудно, это требует решения волновых уравнений
3. резонансную частоту отрезка трубы, ограниченного не твёрдой стенкой, а звукопоглощающей вставкой посчитать невозможно, т.к. звукопоглощающий материал не является ограничителем объема из-за своего конечного значения сопротивления продуванию.
4. а какие параметры собственно задаются? Об этом нет никаких данных, кроме качественных оценок "нравится/не нравится"
5. а на что это должно влиять?
6. "голосники" в старых церквях это резонаторы Гельмгольца, их назначение понятно, а назначение Roomlens мне неясно.

Могу сказать только одно, по конструкции этот девайс похож на Басклинер Андрея Гнутика http://acoustic.ua/articles/116. Его принцип работы и назначение вполне понятны. Но басклинер работает на НЧ, поэтому диаметр трубы достаточно большой. Зачем похожий принцип применять в диапазоне СЧ неясно.

[Dr.Sound]

Спасибо. Ну, в общем, понятно откуда неприязнь .

[Dr.Sound]

Андрей, добрый день.
Ответьте, пожалуйста на такой вопрос: сохранится ли эффективность перфорированного или щелевого резонатора Гельмгольца при размещении минераловатной панели непосредственно на его рабочей поверхности? В качестве примера можно рассмотреть эффективность ППГ3, уложенной непосредственно на пористую панель Ecophon (без воздушного зазора) при монтаже подвесного потолка в зонах площадок первых отражений (по поводу минваты поверх ППГ3, то есть, с её тыльной стороны - всё понятно).

[Андрей Смирнов]

При размещении минераловатной панели непосредственно на рабочей поверхности перфорированного или щелевого резонатора Гельмгольца резонансная частота не поменяется. Изменится величина коэффициента поглощения. Насколько изменится это предмет не очень простых вычислений и оценок.

[Dr.Sound]

Андрей, спасибо.

[ba0504]

Частота резонатора определяется его внутренним объемом и массой воздуха, заключенной в горле резонатора длиной L и с сечением площадью S.

The attachment Резонатор Гельмгольца.JPG is no longer available

В реальности в колебательном процессе участвует не только воздух, заключенный в объеме горла, но и некоторая присоединенная часть воздуха с одной и с другой стороны горла. В расчетной формуле учитывается увеличение присоединенной массы воздуха с помощью добавочного коэффициента K=1,2. Таким образом, если мы говорим о щелевом резонаторе, то появляется параметр "эффективная глубина зазора" аналогичная параметру "эффективная длина горла" резонатора.

Андрей, в случае конструирования щелевого Резонатора Гельмгольца - получается что роль горла будут играть щели. И соответственно длина горла = толщине панелей.
Но в Вашем калькуляторе показываются разные значения толщины панелей и глубины горла.
Это означает - нужно "наращивать" глубину щелей?
Или как устранить данное противоречие?

[Андрей Смирнов]

Вы путаете понятия. Ячейка "Толщина планки" расположена в исходных данных, а ячейка "Эффективная глубина зазора" расположена в результатах расчетов.
Калькулятор специально разработан таким образом, чтобы не надо было думать и гадать. Ввел исходные значения и получил результат... всё... Не надо "устранять никаких противоречий"

С точки зрения теории.
Резонатор Гельмгольца представляет собой колебательную систему "масса-пружина", в которой массой служит масса воздуха в горловине, а пружиной упругость воздуха между панелью и стеной. Но за счет вязкости воздуха в колебательном процессе участвует но только воздух, заключенный в горловине, но и небольшое количество присоединенного объема воздуха с обеих сторон панели (планки), что и показывает расчет.

[ba0504]

Понял, не буду усложнять )).

Я не увидел информации по габаритам изделия.
Есть глубина конструкции, а высота и ширина - любые?
Например, если я задумал у тыльной стены на полу поставить его и сделать шириной 2-2,5м, высотой 1,2-1,4м. Это нормально?
При разных размерах объем же разный воздуха, хотя по-моему читал у Вас что "количество пружин" (т.е. площадь конструкции, так условно представляем) значения не имеет.

И еще момент: у меня достаточно острый пик на 36 Гц (видели) - я предполагаю, что мне не надо делать внутри этого резонатора наполнение поглотителем (чтобы не снижать добротность) - нужно ли мне делать поглотитель или нет?

[Андрей Смирнов]

Линейные размеры конструкции поглотителя на частоту не влияют. Общая площадь поверхности поглотителя влияет только на фонд звукопоглощения.
В вашем случае действуют две моды, разделенные частотным интервалом около 3 Гц, поэтому резонатор надо настраивать на среднее значение частоты и выполнять его с минеральной ватой внутри. В противном случае потребуется два отдельных резонатора, что неудобно.
Перед конструированием девайса надо точно определить проблемные частоты с помощью RTA и генератора звука.

[ba0504]

Линейные размеры конструкции поглотителя на частоту не влияют. Общая площадь поверхности поглотителя влияет только на фонд звукопоглощения.
В вашем случае действуют две моды, разделенные частотным интервалом около 3 Гц, поэтому резонатор надо настраивать на среднее значение частоты и выполнять его с минеральной ватой внутри. В противном случае потребуется два отдельных резонатора, что неудобно.
Перед конструированием девайса надо точно определить проблемные частоты с помощью RTA и генератора звука.

Спасибо.

По второй части - что-то я в ступор вхожу. Я могу померить (в REW есть генератор и RTA), но не пойму, ведь кривая SPL будет немного меняться при перемещении АС или точки прослушивания, например. На нее ведь нельзя ориентироваться как на очень точную.

Я полагал, что надо работать с комнатными модами, которые и по калькулятору и по Водопаду у меня совпадают: 36 Гц, далее 74 Гц и 110 Гц. Все они относятся к продольной моде 1,2 и 3 порядка. Именно на этих частотах у меня по данным АЧХ пики и по водопаду - долгое время распада.
Еще Вы отмечали моду на 63 Гц (вертикальная), которая отстоит на 22 Гц от 41 Гц (поперечная) и они являются изолированными, что провоцирует провал. "В диапазоне частот между изолированными модами наблюдается как правило провал на АЧХ." Правда у меня провал на 45 Гц (это если по АЧХ смотреть). А по водопаду он более заметен (по мере распада) уже в районе 52 Гц. Т.е. я пока не разобрался в теории - на какой частоте образуется провал, если изолированные моды на частотах 41 и 63 Гц?

Так что вернее для выбора тактики борьбы с влиянием помещения - замеры АЧХ? Водопад? или расчитанные моды, если они совпадают с водопадом?

Я задумал следующие действия: Сделать резонатор Гельмгольца, настроенный на 36 Гц, Применить Tubetrap для частот 75-110Гц (график поглощения прилагаю). А по провалу на 45 Гц мыслей нет - надеюсь, что он должен сам уменьшиться, если удастся подавить комнатные моды на 36 и 74 Гц.
На правильном ли я пути?

[Андрей Смирнов]

Результаты расчета калькулятором могут немного отличаться от результатов натурных измерений из-за фазовых сдвигов, вызванных неравномерным поглощением внутренних поверхностей в комнате. Ориентироваться надо на результаты измерений.
Пики на АЧХ, как правило, возникают из-за совпадения двух и более мод по частоте.
Провал возникает не на какой-то определенной частоте, а МЕЖДУ двумя изолированными модами. Поэтому не обращайте внимание на форму провала.
Я не хочу комментировать вашу "тактику действий по устранению нежелательного влияния мод", т.к. она описывается одной фразой - "метод тыка".
Как я уже писал, простых решений в подобных случаях не бывает.
Правильно было бы перед началом ремонта выполнить акустическую подготовку комнаты с помощью общестроительных методов: выполнения каркасных облицовок стен и потолка, выполнение пола на лагах, адаптация натяжного потолка к требованиям акустики и т.п. Эти мероприятия помогли бы уменьшить нежелательное влияние комнаты на звук системы на НЧ. Затем провести измерения с установленной на свои места аппаратурой и принять решение о дополнительной обработке комнаты.
На текущий момент можно оперировать только дополнительными поглотителями, например, резонаторами Гельмгольца.

[ba0504]

Спасибо!

Вопрос по конструкции резонатора Гельмгольца:
1. Его установка у тыльной стены за диваном - нормально?
2 варианты щелей - сверху (вар А) или сбоку (вар В и С) - какой будет лучше работать?

Гельмголльц_resize.jpg (59.92 KiB) Viewed 55593 times

[ba0504]

Схема

[Андрей Смирнов]

Я задумал следующие действия: Сделать резонатор Гельмгольца, настроенный на 36 Гц, Применить Tubetrap для частот 75-110Гц (график поглощения прилагаю). А по провалу на 45 Гц мыслей нет - надеюсь, что он должен сам уменьшиться, если удастся подавить комнатные моды на 36 и 74 Гц.
На правильном ли я пути?
..........................................................
Вопрос по конструкции резонатора Гельмгольца:
1. Его установка у тыльной стены за диваном - нормально?
2 варианты щелей - сверху (вар А) или сбоку (вар В и С) - какой будет лучше работать?

Посмотрите внимательно на характеристику поглощения Tubetrap, разве его можно назвать НЧ поглотителем? Это дорогой, понтовый широкополосный поглотитель, эффект от которого легко воспроизводится панелями из обычной акустической минеральной ваты 45-70 кг/куб.м толщиной 100 мм.

Устанавливать резонатор Гельмгольца надо в то место комнаты, в котором уровень звукового давления на проблемной частоте максимален. Найти такие места можно с помощью генератора и анализатора RTA и выбрать наиболее подходящее с функциональной точки зрения.

Эффективность щелевого резонатор Гельмгольца пропорциональна его площади поверхности (со щелями).
Посмотрите на глубину резонатора в варианте А (2000 мм). Разве это выполнимая конструкция?
При подборе конструкции резонатора нужно оперировать всеми изменяемыми параметрами.

Возможно надо использовать не щелевой, а классический резонатор цилиндрической формы с одним портом.

Кстати, что-то мне с трудом верится, что в вашей комнате есть проблема на 36 Гц, это слишком низкая частота.