On the use of Helmholtz resonators as sound attenuators

Summary In the present paper a nonlinear acoustic theory is proposed, to accurately describe the properties of a generalized type of Helmholtz resonators. The theory may be used as a layout tool to design sound attenuators for combustion facilities. The present investigation shows that, in addition to the nonlinear effects, the effects due to thermoacoustic boundary layers and the first frequency correction to the Helmholtz approximation should be taken into account, in order to predict the frequency-dependent attenuation properties of Helmholtz attenuators with the accuracy required by typical technical applications. A series of experiments is presented which is used to validate the theoretical predictions.

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Zusammenfassung In der vorliegenden Abhandlung wird eine nichtlineare akustische Theorie vorgeschlagen, mit der das Verhalten einer verallgemeinerten Art von Helmholtzresonatoren beschrieben werden kann. Die Theorie kann als Werkzeug zur Auslegung von Schalldämpfern für Verbrennungsanlagen benutzt werden. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass neben den nichtlinearen Effekten auch die Einflüsse der thermoakustischen Grenzschichten und der ersten Frequenzkorrektur zur Helmholtzapproximation berücksichtigt werden müssen, damit die frequenzabhängigen Eigenschaften von Helmholtzdämpfern mit technisch ausreichender Genauigkeit beschrieben werden können. Mit einer Reihe von Experimenten werden die theoretischen Ergebnisse untermauert.