亥姆霍兹旋转木马演示仪的实验设计

介绍了亥姆霍兹旋转木马在制作过程中的技术路线以及设计技巧.该装置利用亥姆霍兹共鸣器原理,把共鸣球颈口声压巧妙地转化为旋转的动力,可以通过演示旋转快慢来研究共鸣器共振强度与外界声源频率、强度以及自身物理参数的关系,经过演示实验证明教学效果良好.     

平面超薄准直器件的参数依赖性

本文设计了一具有高效强指向性的平面超薄人工结构,当平面声波垂直入射到该结构时,若中心狭缝处产生的F-P(Fabry-Perot)共振和两侧类亥姆霍兹凹槽的共振频率耦合时,会产生一具有高度指向性的准直声束。通过对结构两侧的凹槽阵列的作用、凹槽周期D和凹槽数量r的探讨,发现凹槽阵列可将散射声波转换成声表面波,大大提高了透射效率,同时结构的共振频率、声透射率和准直效果和D、r的变化关系不大,说明对该结构准直效应产生影响的是F-P共振频率和类亥姆霍兹共振器共振频率,与布拉格散射无关。这一发现有助于在降低结构尺寸的同时仍保持结构的有效性,为后续指向性器件的应用提供了理论依据。     

亥姆霍兹的科学生涯和他对音乐物理学的开创性贡献──纪念亥姆霍兹诞辰170周年

1991年 3月 27日至 29日,全国首届音乐物理与音乐心理研讨会在北京大学北京现代物理研究中心召开.著名物理学家、北京现代物理研究中心主任李政道教授为此会欣然题辞:“物理与音乐共鸣,声波为科学交响”.全国许多著名物理学家、音乐家、心理学家和生理学家济济一堂,热烈商讨音乐物理与音乐心理问题.许多代表在讲演中都谈到了对音乐物理学做出开创性贡献的德国物理学家和生理学家亥姆霍兹. 1991年 8月 31日是亥姆霍兹诞辰 170周年.笔者谨以此文纪念这位伟大的科学家. 一、亥姆霍兹的科学生涯 赫尔曼·路德维希·弗迪南德·亥姆霍兹(Hermann …     

基于亥姆霍兹共振的超薄弧形声学超表面地毯斗篷

利用局部相位补偿调制的方式设计了一种超薄的弧形声学超表面地毯隐身斗篷.该斗篷由52个亥姆霍兹空腔共振结构单元组成,且结构单元厚度小于波长的0.2倍.数值模拟结果显示:文中所设计的隐身斗篷在深亚波长范围内隐身效果良好,其工作频宽为5850—7550 Hz.进一步探究声波斜入射时地毯斗篷的工作效果,发现在30°的入射角范围内都具有良好的隐身效果.此外,利用余弦相似度(cosine similarity, CSI)函数精确量化分析了该隐身斗篷的工作性能,计算结果展示,在斗篷工作的带宽范围内,覆盖斗篷后的CSI值趋近于无斗篷覆盖地面的CSI值,展示了其在的良好隐身性.本文所设计的斗篷均以超薄的亥姆霍兹共振结构为组成单元,结构简单,易于实现,有利于未来的实际应用.     

可听声频段的声学超材料

制作了一维周期排列的亥姆霍兹共振器超材料,在空气环境下测试了其在可听声频段声学透射行为.实验结果表明,在2.1—3.5 kHz附近该材料具有透射衰减的吸收峰,利用声传输线理论（ATLM）计算的透射率和实验结果一致,同时由计算的等效阻抗分析可知,实验中出现的吸收峰是由HRs共振的回波反射引起的.另外,实验测试的样品中透射信号分布进一步验证了材料的共振效应,也就是会出现与外加激励反相响应.基于前述的共振模型计算出该材料的等效弹性模量为负. 关键词： 亥姆霍兹共振器 声传输线 吸收峰 等效弹性模量     

基于电磁感应法测量亥姆霍兹线圈磁场的改进

本文在电磁感应法的基础上,通过与亥姆霍兹线圈串联使电容达到谐振的改进方法,测量了不同电容参数下的亥姆霍兹线圈磁场分布,并利用Origin软件拟合分析了亥姆霍兹线圈磁场与中心轴线位置的关系.实验结果表明,基于电磁感应的改进方法测得的亥姆霍兹线圈磁场精确度在一定程度上均大于传统电磁感应法的测量结果,3种电容选择中,串联电容为0.099×10^-6F时,精确度最高,拟合的亥姆霍兹线圈磁场与中心轴线位置的关系式与理论状态下的公式基本吻合.改进方法的实验效果明显,精确度高,科学可行,是一种值得推广的测量亥姆霍兹线圈磁场的改进方法.     

带颈注水瓶几何参数对其发声频率的影响

针对带颈瓶子在注水过程中的发声现象，本文探究了带颈瓶子的几何参数对其发声频率的影响.将实验中的容器等效为亥姆霍兹共振腔体，并利用亥姆霍兹共振系统理论得出频率与该带颈注水瓶几何参数的关系，并通过实验进行验证.实验中采用Adobe Audition CS6对录制的声音进行采样，用控制变量的方法依次探究几何参数的改变对声音频率的影响，对获得的数据进行整理分析，实验结果显示瓶子的颈长越短，颈截面积越大，声音频率越高，形状的变化对声音频率无影响.理论和实验吻合很好，利用亥姆霍兹共振系统可以很好地解释注水过程中瓶子的发声现象.     

腔壁弹性对水下小型圆柱形亥姆霍兹共振器共振频率的影响

理论和实验研究了腔壁弹性对水下小型圆柱形亥姆霍兹共振器共振频率的影响.基于电-声类比理论,建立了小型共振器的简化模型,利用电路分析方法得到了便于计算的共振频率一般表达式.分别仿真分析了共振器壁面厚度和材料对共振频率的影响,得到了不同尺寸的小型共振器的近似刚性条件.在充水驻波罐中对不同壁厚、不同材料的小型圆柱形亥姆霍兹共振器的共振频率进行了测量,实验结果较好地验证了理论分析和近似刚性条件的正确性.所得结果对小型圆柱形亥姆霍兹共振器的设计和水下应用具有较好的参考价值. 关键词： 亥姆霍兹共振器 共振频率 传递函数 辐射阻抗     

利用亥姆霍兹线圈测量真空磁导率

采用FD-HM-Ⅰ型亥姆霍兹线圈,利用高灵敏度毫特斯拉计,探测亥姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度.通过改变亥姆霍兹线圈中电流的正、反方向,消除了地磁场影响,从而精确测定了真空磁导率.     

一维亥姆霍兹共振腔声子晶体中缺陷模式的实验研究

基于亥姆霍兹共振腔单元设计并制作了一种一维局域共振型声子晶体, 针对结构中存在点缺陷的情况, 进行了实验研究. 实验结果表明, 由于点缺陷的存在, 局域共振型声禁带中出现了缺陷模式, 并且在缺陷单元周围引起了能量的局域现象, 与理论结果符合较好. 缺陷单元从两个不同的方向趋近于完美单元时, 缺陷模式分别按照不同的规律变化, 但是越靠近禁带边缘, 所局域的能量就越多. 另外, 当缺陷单元共振频率小于完美单元共振频率时, 局域能量主要集中在声波导内; 反之, 局域能量则主要集中在共振腔内. 本研究对设计新型低频声滤波装置及高声强集中装置具有一定意义. 关键词： 亥姆霍兹共振腔 声子晶体 缺陷模式 能量局域化