Резонатор Гельмгольца
Дивовижні властивості порожніх посудин людство знає давно. Античні архітектори при будівництві театру використовували знання про звуковому резонансі: закладали стіни судини з бронзи, щоб голос акторів звучав голосніше. В акустиці широко застосовуються резонатори Гельмгольца. Гельмгольц — це німецький вчений, який обгрунтував теорію слуху з фізичної точки зору. З допомогою набору резонаторів, названих на його честь, можна аналізувати складні звуки з частотою коливань хвилі.
Як же працює резонатор? Він являє собою кулясте або у формі пляшки посудина з вузьким горлечком. Весь секрет полягає в звуковому резонансі коливань повітря, який знаходиться всередині. Звукова хвиля складна. Вона складається з багатьох коливань. Але кожен з резонаторів найкраще відгукується на ту частоту, яка дорівнює його власної, тобто частоту коливання повітря, укладеного в порожнині. Від чого вона залежить?
Якщо резонатор менше довжини звукової хвилі, то його принцип дії такий же, як у пружинного маятника. Повітря в вузькій шийці рухається набагато швидше, ніж в самому резонаторі. Саме коливання в шийці судини відіграють головну роль. Виходить, що кінетична енергія зосереджена переважно в цьому вузькому місці. Пружну енергію несе маса повітря, що знаходиться всередині резонатора.
Повітря в шийці набагато менше, ніж всередині, тому зміною його об’єму під час коливань прийнято нехтувати. Умовно вважається, що вся ця маса пересувається як єдине ціле, як повітряна пробка, а об’єм повітря всередині резонатора сильно змінюється. Виходить, що повітря всередині працює як пружина в коливальній системі. Його приплив перекриває шлях в посудину іншому повітрю, а відтік знижує тиск і перешкоджає выпусканию повітря зсередини. Коли повітряна пробка йде вниз, вона стискає прилеглий шар повітря всередині резонатора, тобто підвищує його щільність. В результаті зростання тиску приводить в рух наступний шар повітря, потім ще один і т. д. Таким чином, стиснення поширюється по верствам, передає свій імпульс, і виникає звукова хвиля.
Тепер зрозуміло, що причиною страшних голосів в прибутковому будинку був звуковий резонанс. Завивання вітру і інші шуми з вулиці — це невпорядковані гармонійні коливання різної частоти. Їх називають чистими тонами. При проходженні через стіну всі частоти, крім резонансних, слабшали. Резонансні частоти — це ті, що збігалися з частотами повітря в порожніх судинах. Більш того, вони могли навіть посилитися. Городові впадали в паніку, бо чули невластиві людині і живим істотам звуки. Справа в тому, що наша мова звучить на частоті, набагато більшою 100 герц, а «домовик» видавав незвично низькі звуки.
