声波能量广泛存在于环境之中,但由于其能量密度低,并且缺乏有效的收集技术,声波能量大多被浪费了。如果将此广泛分布的环境能量利用起来,将声波能量转化为电能并且储存利用,将在物联网节点自供能或延长电池使用寿命上具有巨大应用潜力。本文设计了一种基于改进的亥姆霍兹共振腔的摩擦纳米发电机（Helmholtz Resonator-Based Triboelectric Nanogenerator,HR-TENG）,用于声能的高效收集。HR-TENG由亥姆霍兹共振腔、具有均匀声孔分布的金属膜和一侧印有导电油墨电极的介电柔性薄膜构成。共振腔中的FEP（氟化乙烯丙烯共聚物）膜在声波激励下与铝膜交替接触分离,两膜间的内建电场不断发生变化,驱动电子在外电路中流动,从而产生电量输出。本研究系统地分析了共振腔结构、声学条件和薄膜张力对HR-TENG输出性能的影响,并且将摩擦电纳米发电机理论与声波传播的机理结合分析,为声波能量收集器提高能量输出和拓宽响应频率带提供了理论指导。在共振腔结构方面,与基于传统亥姆霍兹共振腔的声能TENG相比,双管HR-TENG具有更好的输出性能,最大输出电压提高了83%。在声学条件方面,研究了声波频率和声压对HR-TENG输出的影响,当声波频率一定时,随着声压的增加,FEP膜的位移和变形会增大,因此可得到更高的输出性能;但是,当声波振幅固定时,频率对HR-TENG的电量输出影响不是单向的,即随着频率的增加,输出电压呈现先增加后降低的趋势。在70 Hz的最佳输出频率和85.3 d B的声压级下,HR-TENG的开路电压和短路电流分别可达到132 V和32μA。在薄膜张力方面,FEP膜的张力对HR-TENG的输出性能有着显着影响,最佳输出频率偏移与膜的特征频率变化具有相同的趋势。增加FEP膜的张力后,HR-TENG的最佳输出频率增大,响应频带拓宽。并且通过减小共振腔的几何尺寸,HR-TENG的响应频率可以达到500 Hz以上。研究中比较了用于声能收集的微电磁发电机、压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的输出性能,摩擦纳米发电机在声能收集领域表现出非常好的输出性能和应用潜力。通过优化设计,HR-TENG单位面积的声压灵敏度达到1.23 VPa-1cm-2,单位声压的功率密度达到1.82 WPa-1cm-2,在同领域达到最好的声能收集效果。同时,HR-TENG可作为自供能的声传感器,用于录音和柴油发动机运行监测。因此,这项研究不仅为声能高效转换为电能提供了有效的理论指导,而且在声学传感中具有巨大的应用潜力。