Existe um equivalente mecânico a um filtro passa alta / baixa (como na engenharia elétrica)?

Fiquei me perguntando se existem certos meios (por exemplo, vidro, ar, espuma, etc.) que são peculiares, dada sua composição e / ou estrutura química, permitindo filtrar as ondas mecânicas (exemplos: som, vibrações) de alta ou baixa baixas frequências. Estes existem? Poderia, por favor, ter alguns exemplos?

O exemplo menos abstrato: costumo notar o baixo da música ecoando do carro ao meu lado quando estou parado no sinal vermelho. Não sei se isso se deve simplesmente à amplitude desses componentes de baixa frequência ou se há filtragem mecânica em jogo (suprimindo as frequências mais altas). Esta é a fonte de inspiração para fazer minha pergunta.

Em um sentido mais geral, os conceitos elétricos de indutância, capacitância e resistência são equivalentes a massa, constante de mola e atrito no mundo mecânico. A tensão se torna força e a corrente se torna velocidade.

Por exemplo, a suspensão em um veículo é um filtro passa-baixas cuidadosamente ajustado que utiliza a massa da estrutura e da carroceria, as molas nos eixos e os amortecedores para "bloquear" as vibrações de alta frequência da estrada. acoplado aos passageiros e carga no interior.

Sim, para o som especificamente, existe um termo chamado "impedância acústica" que, assim como a impedância elétrica, depende da frequência. A impedância acústica resulta da equação da onda acústica, que assume a mesma forma que a equação da onda eletromagnética.

Portanto, qualquer sólido possui uma impedância acústica, assim como todo condutor possui uma impedância elétrica. A transmissão de ondas acústicas depende do ângulo do incidente e do conteúdo da frequência, com a impedância do material atenuando certas frequências. Os dutos agem como guias de ondas, você pode criar ressonadores acústicos etc. - há muitos paralelos porque as equações subjacentes são quase idênticas.

Assim como a correspondência de impedância elétrica resulta em transferência máxima de energia elétrica, a correspondência de impedância acústica resulta em transferência máxima de potência acústica. É para isso que é usada a gelatina ultra-som - correspondência de impedância entre a varinha e a pele.

Isso pode ser usado em resultados de incompatibilidade de impedância inversa intencional em ondas refletidas e muito pouca transmissão de potência acústica. Na verdade, existe uma linha de drywall projetada para explorar isso para prevenir / minimizar o "vizinho barulhento".

Existem análogos para filtros em muitos sistemas mecânicos. Em sistemas de fluidos propensos a picos de pressão, talvez porque usem uma bomba de deslocamento fixo, um acumulador será usado para filtrar esses picos para evitar danos a outras partes do sistema.

Um isolador de vibração atua da mesma maneira. Às vezes eles são usados ​​como estão. Outras vezes, para aplicações mais críticas, elas são projetadas para filtrar frequências específicas, como a velocidade de rotação de um motor ou uma bomba, para filtrar essas e limitar ou impedir que essa energia excite a estrutura circundante. Isso é feito controlando a geometria e as propriedades do material do isolador. Um dos meus primeiros projetos fora de graduação foi o design de tal montagem para um pequeno motor de bomba.

Outro filtro mecânico é um amortecedor de massa ajustado . Normalmente, eles são encontrados dentro de arranha-céus e destinam-se a limitar o movimento do edifício devido a terremotos. A mesma idéia também foi aplicada a motores de eletrodomésticos , onde um "pirulito" de metal é suspenso na lateral do motor. A frequência ressonante da massa e da haste é comparada à frequência de operação do motor. O resultado é que, quando o motor gira, a energia na frequência de operação do motor faz com que a massa vibre no ar, em vez de transmiti-la à estrutura do aparelho, onde será irradiada como som.