Esiste un equivalente meccanico a un filtro passa alto / basso (come in ingegneria elettrica)?

Mi chiedevo se ci sono alcuni media (ad esempio vetro, aria, schiuma, ecc.) Che sono peculiari data la loro composizione chimica e / o struttura che consente loro di filtrare le onde meccaniche (esempi includono: suono, vibrazioni) di alta o basse frequenze. Questi esistono? Potrei avere degli esempi, per favore?

L'esempio meno astratto: tendo a notare il basso della musica che risuona dall'auto accanto a me quando mi fermo a un semaforo rosso. Non so se ciò sia dovuto semplicemente all'ampiezza di quei componenti a bassa frequenza o se ci sia un filtro meccanico in gioco (sopprimendo le frequenze più alte). Questa è la fonte d'ispirazione per aver posto la mia domanda.

In un senso più generale, i concetti elettrici di induttanza, capacità e resistenza sono equivalenti a massa, costante di molla e attrito nel mondo meccanico. La tensione diventa forza e la corrente diventa velocità.

Ad esempio, le sospensioni di un veicolo sono un filtro passa-basso accuratamente calibrato che utilizza la massa del telaio e della carrozzeria, le molle sugli assi e gli ammortizzatori per "bloccare" le vibrazioni ad alta frequenza della strada dall'essere accoppiato ai passeggeri e al carico all'interno.

Sì, per il suono in particolare esiste un termine chiamato "impedenza acustica" che, proprio come l'impedenza elettrica, dipende dalla frequenza. L'impedenza acustica deriva dall'equazione delle onde acustiche, che assume la stessa forma dell'equazione delle onde elettromagnetiche.

Quindi qualsiasi solido ha un'impedenza acustica proprio come ogni conduttore ha un'impedenza elettrica. La trasmissione delle onde acustiche dipende dall'angolo di incidente e dal contenuto di frequenza, con l'impedenza del materiale che attenua determinate frequenze. Le condotte si comportano come guide d'onda, puoi creare risonatori acustici, ecc. - Esistono moltissimi parallelismi perché le equazioni sottostanti sono quasi identiche.

Proprio come la corrispondenza dell'impedenza elettrica produce il massimo trasferimento di energia elettrica, la corrispondenza dell'impedenza acustica produce il massimo trasferimento di potenza acustica. Questo è ciò per cui viene utilizzata la gelatina ultra sonora: adattamento dell'impedenza tra la bacchetta e la pelle.

Questo può essere utilizzato in caso di mancata corrispondenza dell'impedenza intenzionale inversa in onde riflesse e trasmissione della potenza acustica molto ridotta. In realtà esiste una linea di muri a secco progettata per sfruttare questo per prevenire / minimizzare il "vicino rumoroso".

Esistono analoghi ai filtri in molti sistemi meccanici. Nei sistemi fluidi inclini a picchi di pressione, forse perché utilizzano una pompa a portata fissa, verrà utilizzato un accumulatore per filtrare quei picchi per evitare di danneggiare altre parti del sistema.

Un isolatore di vibrazioni agisce più o meno allo stesso modo. A volte sono usati così come sono. Altre volte, per applicazioni più critiche, sono progettate per filtrare frequenze specifiche, come la velocità di rotazione di un motore o di una pompa, per filtrare quelle fuori e limitare o impedire a quell'energia di eccitare la struttura circostante. Ciò avviene controllando sia la geometria che le proprietà del materiale dell'isolatore. Uno dei miei primi progetti fuori dagli studi era la progettazione di un tale supporto per un piccolo motore della pompa.

Un altro filtro meccanico è uno smorzatore di massa sintonizzato . In genere questi si trovano all'interno dei grattacieli e hanno lo scopo di limitare il movimento dell'edificio a causa dei terremoti. La stessa idea è stata applicata anche ai motori degli apparecchi , in cui un "lecca-lecca" metallico è a sbalzo dal lato del motore. La frequenza di risonanza della massa e dell'asta sono adattate alla frequenza operativa del motore. Il risultato è che quando il motore gira, l'energia alla frequenza operativa del motore fa vibrare la massa nell'aria invece di trasmetterla alla struttura dell'apparecchio dove verrà irradiata come suono.