ヘルムホルツ共鳴器
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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/03/03 03:16 UTC 版)
ヘルムホルツ共鳴器（ヘルムホルツきょうめいき）は、開口部を持った容器の内部にある空気がばねとしての役割を果たし、共鳴（共振）することで音を発生する装置である[1]で、ヘルムホルツ共振器ともいう[2]。この装置で発生する共鳴をヘルムホルツ共鳴（Helmholtz resonance）と呼ぶ。
概説
ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数（固有振動数）は、容器の内容積と開口部の面積などによって決まる。日常的な例では、びんの開口部に横から息を吹きかけることで、一定の高さの音が発生し、びんの中に水を入れて内容積を減少させると、発生する音が高くなることが確認できる。口腔の内容積や唇の開き方などを加減して音高を変える口笛も、この一種とみなすことができる[1]。
楽器に用いられる最も簡単な共振系であり、オカリナ、ギター、ヴァイオリン、ホイッスルなどの共振系は、ヘルムホルツ共鳴器とみなせる。オカリナの場合は指孔を開閉して、開口部の面積（開いている指孔の面積の総和）を変えることによって音高を変化させる[2]。ギターやヴァイオリンなどの共鳴胴は、これを構成している板材自体も共振系なので、特定の周波数だけでなく、楽器の発生する広範囲の音に対して共鳴するのであるが、ヘルムホルツ共鳴器としての共振（「ヘルムホルツモード」と呼ばれる）も発生しており、それぞれの楽器に固有の音色や音量を決める要素のひとつとなっている[3]。
ヘルムホルツ共鳴器は、特定の周波数の音に共鳴する性質を利用して、楽音の中に含まれる倍音の検出や、さまざまな混合音の周波数成分の分析に用いられていた。今日そのような目的にはソノグラフやスペクトラムアナライザ（FFTアナライザ）などが使われるようになっている[3]が、現在も楽器はもちろんのこと、スピーカーや建築物の吸音装置などの技術として利用されている[1]。
固有振動数
体積V の容器（空洞）から、開口部の断面積S 、首の長さL の細い管が伸びているとき、容器の内部にある空気はバネとしての役割を果たすので、管の内部に存在する空気塊は、運動方程式；
| 典拠管理データベース: 国立図書館 |
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ヘルムホルツ共鳴
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「インテークマニホールド」の記事における「ヘルムホルツ共鳴」の解説
インテークマニホールドの集合部分に広い空間を作ってサージタンク(英: surge tank)とし、各シリンダーに接続される枝管の長さや内径を調整してヘルムホルツ共鳴を利用してエンジンの性能を向上させる設計がとられる場合がある。吸入行程で燃焼室へと送り込まれる気体の速度は高く、吸気バルブが閉じられても気体には慣性が働いて、閉じたバルブに衝突する。これにより吸気ポート内の圧力は脈動的に変化し、エンジンの回転速度、すなわち吸気バルブの開閉周波数によってはヘルムホルツ共鳴が発生する。共鳴が発生するエンジンの回転速度は枝管の内径や管長に依存し、インテークマニフォールドを適切に設計して圧力が高くなる位相と吸気バルブが開くタイミングを一致させることで吸気効率を高くすることができる。同時に、共鳴がほかのシリンダーの枝管に影響すると設計通りの働きを示さない場合があることから、管の集合部にはサージタンクを設けて共鳴が他の枝管に影響するのを抑える構造になっている。 キャブレター仕様のV型8気筒エンジンでクランク角の位相が180度異なるシリンダーの吸気脈動を分離するように二層分割型のサージタンクを持つインテークマニホールドが採用される場合がある。一方のシリンダーからもう一方への圧力波の干渉を減少し、エンジン回転速度が中程度の領域において吸気の流れを滑らかにすることでエンジン出力がより高くなる。こうしたマニホールドは、元は2バレルや4バレルキャブレターのために設計されたが、燃料噴射装置が普及した現在、スロットルボディインジェクションやマルチポイントインジェクションに用いられている。
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