亥姆霍兹是德国19世纪伟大的物理学家和生理学家，大家所熟知的力学三大基本守恒定律之首的“能量守恒定律”就是他最大的科学成就。而亥姆霍兹共振原理，则是亥姆霍兹在声学领域的著名成就之一。本期，上海蒙康技术人员将讲解声学设计上常常涉及到的亥姆赫兹共振理论。

空腔共振吸声构造，是在构造中封闭有一定体积的空气，通过开口或小孔与声场空间连通，如亥姆霍兹共振器。各种穿孔板(如穿孔石膏板、金属板、纤维水泥板、木板等)、狭缝板等背后设置空气层形成的吸声构造。亥姆霍兹共振器吸声原理是：当孔深t和孔径d比声波波长小得多时，孔径中空气柱作用类似于质量块，而空腔V比孔径大得多，作用相当于空气弹簧，于是形成”共振系统——弹簧质量块系统”。当外界入射声波的频率和系统的固有频率相等时，孔径中的空气柱由于共振而剧烈振动并与孔壁摩擦从而消耗声能。穿孔板吸声构造可看成是许多并联的亥姆霍兹共振器。

该类吸声构造在共振频率附近吸声系数最大，离共振峰越远吸声系数越小。吸声频率特性与穿孔率、板厚、板后空气层厚度以及空气层内是否填充多孔材料有关，穿孔率大小取决于孔径与孔距之比。

为了展宽穿孔板后空腔构造的吸声频率范围并提高其吸声系数，一种方法是在穿孔板后铺设多孔吸声材料，另一种方法是采用孔径小于l mm的微穿孔板。微穿孔板常用金属薄板制作，其后一般不再铺设多孔材料，适用于高温、高湿、洁净和高速气流等环境中。

不过，如果穿孔率超过20％时，穿孔板已成为多孔材料的面层而不再属于空腔共振吸声构造。对于一个亥姆霍兹共鸣器而言，当其内部空气受到外界波动的强制压缩时，管道内的空气会发生振动性的运动，而空腔内的空气对之产生恢复力（换句话说共振腔内的空气是一个“空气弹簧”）。在声波波长远大于共鸣器几何尺度的情形下，可以认为共鸣器内空气振动的动能集中于管道内空气的运动，势能仅与腔体内空气的弹性形变有关。

f0是亥姆霍兹共鸣器的最低共振频率，c是声速，S是管道的截面积,d是管道的直径，l是管道的长度,V 是空腔的容积。在强度为一定振动作用下,在这个频率时，管道内空气振动速度达到最大。这就是所谓“亥姆霍兹共振原理”。

亥姆霍兹共鸣器是一种高效率的声能转换装置，既可以在内部设计吸音材料成为“共振吸音结构”，也可以通过驱动其内部空气，将微小的振动转换为强度很高的声波从管口传输出去。亥姆霍兹共鸣器的应用范围很广，作为吸声装置最典型的应用就是音乐厅、电影院吸音墙的微结构