Calculadora de resonador de Helmholtz

Un resonador de Helmholtz es un volumen de aire encerrado que se conecta con el exterior mediante una abertura estrecha o cuello. El aire del cuello se comporta aproximadamente como una masa oscilante, mientras que el aire compresible de la cavidad actúa como un resorte. Juntos forman un oscilador acústico con una frecuencia de resonancia característica. Las botellas silban a esa frecuencia al soplar sobre su boca; el mismo principio se utiliza en puertos de altavoces bass-reflex, silenciadores de admisión, instrumentos musicales, absorbentes sintonizados y tratamientos acústicos arquitectónicos. La ecuación ideal multiplica la velocidad del sonido por el inverso de dos pi y por la raíz cuadrada del área del cuello dividida entre el producto del volumen de la cavidad y la longitud efectiva del cuello. En una abertura circular, el área es pi por el radio al cuadrado. Aumentar el área del cuello eleva la resonancia porque puede moverse más aire por la abertura. Aumentar el volumen o la longitud del cuello reduce la resonancia al aumentar la compliancia del sistema o la masa de aire en movimiento. Acústicamente, un cuello se comporta como si fuera más largo que el tubo medido, porque también se mueve el aire cercano a cada extremo. Esta calculadora aplica una corrección habitual que suma 1.7 radios del cuello a la longitud medida. La aproximación sirve para un cuello sencillo sin bridas con ambos extremos activos, pero la corrección exacta depende de las bridas, el espesor de pared, las superficies cercanas y de si un extremo desemboca en una cavidad grande. Un diseño detallado de altavoces o silenciadores puede requerir una corrección específica de la geometría. La velocidad del sonido varía con la temperatura, por lo que se estima como 331.3 metros por segundo multiplicados por la raíz cuadrada de uno más la temperatura Celsius dividida entre 273.15. La humedad y la composición del gas también influyen, pero no se incluyen. La longitud de onda es la velocidad del sonido dividida entre la frecuencia de resonancia y ayuda a evaluar la escala del diseño. El modelo de parámetros concentrados funciona mejor cuando las dimensiones de cavidad y cuello son pequeñas frente a la longitud de onda, de modo que la presión interior pueda considerarse casi uniforme. Los resonadores reales también presentan amortiguamiento. Las pérdidas viscosas del cuello, la conducción térmica, la radiación, los materiales porosos, las fugas y la vibración estructural ensanchan la resonancia y reducen su respuesta máxima. La ecuación ideal predice la frecuencia central, no el ancho de banda ni la intensidad de absorción. Usa el resultado para elegir una geometría inicial y después considera espesores y tolerancias de fabricación. Valida los diseños críticos mediante medición de impedancia, pruebas de presión sonora o simulación acústica adecuada, especialmente si la cavidad es irregular, el puerto está muy abocinado o interactúan varios resonadores.