Gibt es ein mechanisches Äquivalent zu einem Hoch- / Tiefpassfilter (wie in der Elektrotechnik)?

Ich habe mich gefragt, ob es bestimmte Medien gibt (zum Beispiel Glas, Luft, Schaum usw.), die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und / oder Struktur eigenartig sind und es ihnen ermöglichen, mechanische Wellen (Beispiele sind: Schall, Vibrationen) von hohem oder hohem Wert herauszufiltern niedrige Frequenzen. Gibt es diese? Könnte ich bitte einige Beispiele haben?

Das weniger abstrakte Beispiel: Ich neige dazu, den Bass der Musik zu bemerken, die aus dem Auto neben mir dröhnt, wenn ich an einer roten Ampel angehalten werde. Ich weiß nicht, ob dies einfach auf die Amplitude dieser Niederfrequenzkomponenten zurückzuführen ist oder ob eine mechanische Filterung im Spiel ist (Unterdrückung der höheren Frequenzen). Dies ist die Inspirationsquelle für meine Frage.

Im Allgemeinen entsprechen die elektrischen Konzepte von Induktivität, Kapazität und Widerstand Masse, Federkonstante und Reibung in der mechanischen Welt. Spannung wird Kraft und Strom wird Geschwindigkeit.

Zum Beispiel ist die Federung in einem Fahrzeug ein sorgfältig abgestimmter Tiefpassfilter, der die Masse des Rahmens und der Karosserie, die Federn an den Achsen und die Stoßdämpfer verwendet, um die hochfrequenten Vibrationen von der Straße zu "blockieren" gekoppelt mit den Passagieren und Fracht im Inneren.

Ja, speziell für Schall gibt es einen Begriff namens "akustische Impedanz", der ebenso wie die elektrische Impedanz frequenzabhängig ist. Die akustische Impedanz ergibt sich aus der Schallwellengleichung, die dieselbe Form wie die elektromagnetische Wellengleichung hat.

Jeder Festkörper hat also eine akustische Impedanz, genau wie jeder Leiter eine elektrische Impedanz hat. Die Schallwellenübertragung hängt vom Einfallswinkel und dem Frequenzgehalt ab, wobei die Materialimpedanz bestimmte Frequenzen abschwächt. Kanäle wirken wie Wellenleiter, Sie können akustische Resonatoren usw. herstellen - es gibt eine Menge Parallelen, da die zugrunde liegenden Gleichungen fast identisch sind.

Genau wie die Anpassung der elektrischen Impedanz zu einer maximalen Übertragung der elektrischen Leistung führt, führt die Anpassung der akustischen Impedanz zu einer maximalen Übertragung der akustischen Leistung. Dafür wird Ultraschallgelee verwendet - Impedanzanpassung zwischen Zauberstab und Haut.

Dies kann bei einer umgekehrten Impedanzfehlanpassung verwendet werden, die zu reflektierten Wellen und einer sehr geringen Schallleistungsübertragung führt. Es gibt tatsächlich eine Reihe von Trockenbauwänden, die dies ausnutzen sollen , um den "lauten Nachbarn" zu verhindern / zu minimieren.

In vielen mechanischen Systemen gibt es Analoga zu Filtern. In Flüssigkeitssystemen, die für Druckspitzen anfällig sind, möglicherweise weil sie eine Pumpe mit fester Verdrängung verwenden, wird ein Druckspeicher verwendet, um diese Spitzen herauszufiltern und zu verhindern, dass andere Teile des Systems beschädigt werden.

Ein Schwingungsisolator verhält sich ähnlich. Manchmal werden sie so verwendet, wie sie sind. In anderen Fällen filtern sie für kritischere Anwendungen bestimmte Frequenzen wie die Drehzahl eines Motors oder einer Pumpe, um diese herauszufiltern und zu begrenzen oder zu verhindern, dass diese Energie die umgebende Struktur anregt. Dazu werden sowohl die Geometrie als auch die Materialeigenschaften des Isolators gesteuert. Eines meiner ersten Projekte außerhalb des Studiums war die Entwicklung einer solchen Halterung für einen kleinen Pumpenmotor.

Ein weiterer mechanischer Filter ist ein abgestimmter Massendämpfer . Typischerweise befinden sich diese in Wolkenkratzern und sollen die Bewegung des Gebäudes aufgrund von Erdbeben begrenzen. Die gleiche Idee wurde auch auf Gerätemotoren angewendet , bei denen ein Metall- "Lutscher" von der Seite des Motors auskragend ist. Die Resonanzfrequenz von Masse und Stab ist an die Betriebsfrequenz des Motors angepasst. Das Ergebnis ist, dass beim Drehen des Motors die Energie bei der Betriebsfrequenz des Motors dazu führt, dass die Masse in der Luft vibriert, anstatt sie auf die Struktur des Geräts zu übertragen, wo sie als Schall abgestrahlt wird.