Resonansi Helmholtz

Resonansi Helmholtz merupakan peristiwa resonansi udara dalam suatu rongga. Resonator tersebut terdiri dari suatu badan yang berbentuk bola dengan satu volume udara dengan sebuah leher. Nama ini berasal dari sebuah perangkat yang diciptakan pada tahun 1850-an oleh Hermann Von Helmholtz, yang digunakan untuk menunjukkan tinggi dari berbagai nada. Sebuah Helmholtz resonator atau osilator Helmholtz adalah wadah gas (biasanya udara) dengan lubang terbuka (atau leher atau port). Sebuah volume udara di dalam dan di dekat lubang terbuka bergetar karena 'melenting' dari udara di dalamnya. Sebuah contoh umum adalah botol kosong, udara di dalam botol akan bergetar ketika ditiup bagian atasnya atau bunyi yang diciptakan ketika satu hembusan melintasi puncak satu botol kosong.

Desain asli Helmholtz resonator pada tahun 1890-1900, yang terbuat dari kuningan

Prinsip Kerja Helmholtz Resonator

Getaran yang terjadi ini adalah karena ‘melenting‘, misalnya udara : jika udara ditekan, maka tekanannya meningkat dan cenderung untuk memperluas kembali ke volume awalnya. Ketika udara masuk ke dalam suatu rongga, tekanan di dalam meningkat gaya luar yang menekan udara menghilang, udara di bagian dalam akan mengalir keluar. Udara yang mengalir keluar akan mengimbangi udara yang ada di dalam leher. Proses ini akan berulang dengan besar tekanan yang berubah semakin menurun. Efek ini sama seperti suatu massa yang dihubungkan dengan sebuah pegas. Udara yang berada dalam rongga berlaku sebagai sebuah pegas dan udara yang berada dalam leher. Resonator yang berisi udara identik dengan sebuah massa, sebuah rongga yang yang lebih besar dengan volume udara yang lebih banyak akan membuat suatu pegas menjadi lebih lemah dan sebaliknya. Udara dalam leher yang berfungsi sebagai suatu massa, karena sedang bergerak maka pada massa terjadi suatu momentum. Apabila leher semakin panjang akan membuat massa lebih besar demikian sebaliknya. Diameter leher sangat berkaitan dengan massa udara dalam leher dan volume udara dalam rongga. Diameter yang terlalu kecil akan mempersempit aliran udara sedangkan diameter yang terlalu besar akan mengurangi momentum udara dalam leher. Penjelasan Kualitatif Dapat ditunjukkan bahwa frekuensi sudut dapat dinyatakan sebagai berikut: ( 1 )

•	γ (gamma) 	=  index adiabatic atau rasio pnas spesifik 
•	A 		=  penampang leher 
•	m 		=  massa di leher
•	P0 		=  tekanan statis di rongga
•	V0 		=  volume statis rongga

Untuk silinder atau persegi panjang mempunyai panampang leher sebagai berikut: ( 2 )

Dimana :
•	L 	=  Panjang leher
•	Vn 	=  Volume udara pada leher

Kemudian subtitusikan persamaan ( 2 ) kedalam persamaan ( 1 ), sehingga diperoleh: ( 3 ) Dengan pengertian densitas adalah

									( 4 )

Subtitusikan persamaan ( 4 ) ke persamaan ( 3 )

								( 5 )

dan

									( 6 )

Dimana Fh adalah frekuensi resonansi (Hz) Kecepatan suara dalam gas dinyatakan dalam bentuk :

																				( 7 )

Dan frekuensi resonansi adalah

								( 8 )

Aplikasi Helmholtz Resonator Aplikasi Helmholtz Resonator dapat ditemukan pada mesin pembakaran internal, subwoofer dan akustik. Dalam bidang instrumen dawai, seperti gitar dan biola, kurva resonansi instrumen memiliki resonansi Helmholtz sebagai salah satu dari puncak, bersama dengan puncak-puncak lain yang datang dari resonansi getaran dari kayu. Helmholtz Resonator digunakan dalam akustik arsitektur untuk mengurangi suara frekuensi rendah yang tidak diinginkan ( misalnya gelombang berdiri ). Dengan membangun sebuah resonator yang disetel sedemikian hingga, bertujuan untuk menghilangkan frekuensi tersebut. Helmholtz resonators juga digunakan untuk membangun liners akustik, yang bertujuan untuk mengurangi kebisingan mesin pesawat. Liners akustik ini terbuat dari dua komponen, yaitu : 1. Lembaran Sederhana dari logam ( atau material lain ) perforasi dengan lubang-lubang kecil yang dapat mengatur ruang, yang disebut resistif lembar. 2. Serangkaian apa yang disebut dengan rongga sarang madu ( lubang dengan bentuk sarang lebah, tetapi sebenarnya hanya masalah volume suara mereka ). Seperti halnya garis akustik sebagian besar digunakan pada mesin pesawat. Lembaran yang berlubang biasanya terlihat dari dalam maupun luar pesawat, sarang lebah hanya terletak di bawahnya. Ketebalan lubang lembaran sangatlah penting. Kadang-kadang pada pesawat terdapat dua lapisan liners, yang sering disebut " 2-DOF liners ", oleh oposisi dengan " DOF tunggal liners " ( DOF bearti Degree Of Freedom ). Efek ini juga bisa digunakan untuk mengurangi hambatan pada pesawat sampai dengan 40%.