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| Científicos del Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) han demostrado cómo se puede programar de forma fiable una rejilla de cobalto a temperatura ambiente. Además, han descubierto que por cada agujero ("antídoto") se pueden configurar tres estados magnéticos en una rejilla perforada magnética a escala nanométrica. Los resultados han sido publicados en la revista Scientific Reports. |
¿Qué es un resonador de Helmholtz?
La resonancia de Helmholtz lleva el nombre de Hermann von Helmholtz, quien creó un dispositivo resonador en la década de 1850. Solía identificar las diversas frecuencias y tonos musicales presentes en la música y otros sonidos complejos. Helmholtz describió en su libro de 1862, “Sobre las sensaciones del tono”, un aparato capaz de seleccionar frecuencias específicas de un sonido complejo. Entonces, el resonador de Helmholtz consiste en un recipiente rígido de un volumen conocido, de forma casi esférica, con un cuello pequeño. Tiene un orificio en un extremo y un orificio más grande en el otro extremo para emitir el sonido.
Frecuencia específica
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| Resonador según Helmholtz (Resonator von Helmholtz). |
Cuando el 'pezón' del resonador reside dentro de su oído, puede escuchar claramente una frecuencia específica del sonido complejo. En el libro de Helmholtz, leemos: Cuando “aplicamos un resonador al oído, la mayoría de los tonos que produce el aire circundante se amortiguan considerablemente; pero si suena el tono apropiado del resonador, rebuzna en el oído más poderosamente... A veces puedes escuchar el tono apropiado del resonador surgiendo en el silbido del viento. También el traqueteo de las ruedas de los carruajes o el chapoteo del agua. La resonancia de Helmholtz encuentra aplicación en motores de combustión interna, subwoofers y acústica.
La construcción
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| Un diseño de resonador de Helmoholtz. |
Una tubería acústica alberga el resonador de Helmholtz. La tubería comprende una cavidad y una parte de cuello, en donde un lado de la cavidad dispone la parte de cuello y se comunica con la cavidad y la tubería acústica. El resonador de Helmholtz comprende además una estructura de absorción de sonido, en el que la estructura de absorción de sonido llena la parte del cuello. La estructura fonoabsorbente incluye una pluralidad de orificios pasantes que comunican la cavidad con la tubería acústica, el diámetro hidráulico d y la porosidad phi de los orificios pasantes en la estructura fonoabsorbente cumplen las siguientes expresiones relacionales.
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| Una botella de coca cola es un resonador Helmholtz. |
Las especificaciones describen la expresión, en la que Re(Zb)apt representa el valor óptimo de resistencia acústica del resonador de Helmholtz. La R representa el coeficiente de reflexión de la tubería acústica aguas abajo del resonador de Helmholtz y es un número real. Además, Re(Zb) representa la resistencia acústica de entrada del resonador de Helmholtz. El Re(Zb) es la expresión relacional que está relacionada con el diámetro hidráulico d, la porosidad phi, la resistencia al flujo y la longitud de los orificios pasantes en la estructura fonoabsorbente. La invención se refiere además a un método de diseño del resonador de Helmholtz.
Materiales y Fabricación
Materiales de núcleo de nido de abeja
El nuevo concepto de revestimiento acústico consiste en áreas de pared rígidas y flexibles. Para asegurar una alta resistencia contra la compresión de la estructura del núcleo, las paredes parcialmente flexibles se realizan mediante cortes en las paredes rígidas. Los muros que representan la estructura de soporte del núcleo fueron realizados en aluminio ALMG3 H22. Están disponibles varios materiales de películas delgadas con alta amortiguación intrínseca del material, que se aplican sobre el área del borde de los segmentos de pared cortados. Las películas estaban hechas de poliuretano termoplástico convencional (TPU) de BASF. El material fue seleccionado debido a sus altas propiedades de amortiguación y alta resistencia a aceites, grasas, oxígeno y ozono. Se eligieron dos TPU con diferentes propiedades de elasticidad y amortiguación en diferentes espesores para las paredes flexibles. En este estudio se usaron películas delgadas para asegurar una interacción acústico-estructural máxima y, por lo tanto, una mayor disipación de energía acústica.
Las películas flexibles se cortaron de material TPU, que viene enrollado. Una medición del grosor del rollo en la dirección del ancho muestra que el grosor varía. Tiene su valor más alto en las regiones de borde de la película. El material de película utilizado para las paredes flexibles se cortó de la sección media del material básico debido al espesor no constante de las películas.
Conclusiones y Perspectivas
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| Resonador de Helmholtz en un vehículo. |
La integración de películas poliméricas de alta amortiguación como paredes flexibles dentro de las cavidades de los resonadores de Helmholtz presenta un alto potencial para mejorar el rendimiento de amortiguación del revestimiento acústico. Especialmente, un diseño con celdas resonadoras activas e inactivas alternas da como resultado una interacción acústico-estructural adicional de las paredes flexibles y produce un rendimiento de amortiguación de mayor banda ancha. El método de ranurado de tiras se utilizó como tecnología de fabricación para la estructura de núcleo de panal cuadrado, ya que permite una fabricación simple y reproducible de diferentes estructuras de pared flexibles para el revestimiento acústico. Usando este enfoque, se construyeron y analizaron experimentalmente diferentes muestras de revestimiento acústico geométricamente idénticas. La interacción acústico-estructura se verificó midiendo el nivel de presión sonora en las celdas vecinas activas e inactivas. El amortiguamiento está influenciado por un lado por la resonancia de Helmholtz, definida por la geometría de las cavidades y por otro lado por la dinámica de la estructura de la película. Por lo tanto, las propiedades viscoelásticas y físicas, así como las dimensiones de la película, afectan el comportamiento acústico resultante. En este estudio, el poliuretano termoplástico se analizó como un material prometedor debido a su alto rendimiento de amortiguación y propiedades elásticas acústicamente excitables. las propiedades viscoelásticas y físicas, así como las dimensiones de la película, afectan el comportamiento acústico resultante. En este estudio, el poliuretano termoplástico se analizó como un material prometedor debido a su alto rendimiento de amortiguación y propiedades elásticas acústicamente excitables. las propiedades viscoelásticas y físicas, así como las dimensiones de la película, afectan el comportamiento acústico resultante. En este estudio, el poliuretano termoplástico se analizó como un material prometedor debido a su alto rendimiento de amortiguación y propiedades elásticas acústicamente excitables.
Para su aplicación en nuevas góndolas de motores aeronáuticos, una reducción de la masa en relación con el espécimen ensayado, una adaptación de la resistencia de la estructura del núcleo y el cumplimiento de los requisitos integrales de la aeronave en caso necesario. Se requieren más investigaciones sobre la descripción de los factores que influyen, como la disposición y las dimensiones de las celdas de resonador activas e inactivas, el dimensionamiento de los orificios de compensación de presión o el material y el tamaño de película óptimos. Sin embargo, este estudio muestra la relevancia y el potencial de este novedoso concepto de revestimiento acústico con paredes flexibles (revestimiento FlexiS), no solo para motores aeronáuticos, sino en todo el campo de los absorbentes de sonido.
