Quality factor and boundary-layer attenuation of lower order modes in acoustic cavities

Abstract
Some acoustic devices make use of closed cavities, filled with gas, the dimensions of which are of the same order of magnitude as the acoustic wavelength and the walls of which are perfectly rigid. To know the acoustic response of such small cavities, driven by a mechanical or a thermodynamical source, one needs to take into account the damping processes. In this case they are essentially due to viscous and thermal effects in the boundary layers and are described as a finite apparent acoustic impedance depending on the modes. In this paper, the sound field is determined in a « rectangular » enclosure excited by a point source and is described by a modal theory. The Q-factor is calculated and its properties are discussed and compared with experimental results. The agreement is quite good.

Résumé
Certains appareils acoustiques utilisent des cavités remplies de gaz, dont les dimensions sont du même ordre de grandeur que la longueur d'onde et dont les parois sont parfaitement rigides. La connaissance de la réponse acoustique de telles cavités, excitées par des sources mécaniques ou thermiques, nécessite de tenir compte des phénomènes d'amortissement qui, en l'occurrence, sont essentiellement dus aux effets d'absorption visqueux et thermiques dans les couches limites, effets décrits par une impédance acoustique apparente finie dépendant des modes. Dans ce travail, le champ sonore est étudié pour un espace clos parallélépipédique excité par une source ponctuelle, dans le cadre d'une théorie modale. Le facteur de qualité est calculé et ses propriétés sont discutées et comparées aux résultats expérimentaux. L'accord est convenable.