Существует ли механический эквивалент фильтра высоких / низких частот (как в электротехнике)?

Мне было интересно, существуют ли определенные среды (например, стекло, воздух, пена и т. Д.), Которые являются специфическими, учитывая их химический состав и / или структуру, позволяющую им отфильтровывать механические волны (например, звук, вибрации) высокой или низкие частоты. Они существуют? Могу я привести несколько примеров?

Менее абстрактный пример: я склонен замечать бас музыки, гудящей из машины рядом со мной, когда меня останавливают на красный свет. Я не знаю, связано ли это просто с амплитудой этих низкочастотных компонентов или с механической фильтрацией (подавляющей более высокие частоты). Это источник вдохновения для того, чтобы задать мой вопрос.

В более общем смысле электрические понятия индуктивности, емкости и сопротивления эквивалентны массе, постоянной пружины и трению в мире механики. Напряжение становится силой, а ток - скоростью.

Например, подвеска в транспортном средстве представляет собой тщательно настроенный фильтр нижних частот, который использует массу рамы и кузова, пружины на осях и амортизаторы, чтобы «блокировать» высокочастотные вибрации от дороги от в сочетании с пассажирами и грузом внутри.

Да, специально для звука существует термин «акустический импеданс», который, как и электрический импеданс, зависит от частоты. Акустический импеданс является результатом уравнения акустической волны, которое принимает ту же форму, что и уравнение электромагнитной волны.

Таким образом, любое твердое тело имеет акустический импеданс так же, как и любой проводник имеет электрический импеданс. Передача акустической волны зависит от угла падения и частотного содержания, при этом импеданс материала ослабляет определенные частоты. Воздуховоды действуют как волноводы, вы можете создавать акустические резонаторы и т. Д. - существует множество параллелей, потому что основные уравнения почти идентичны.

Подобно тому, как согласование электрического импеданса приводит к максимальной передаче электрической мощности, согласование акустического импеданса приводит к максимальной передаче акустической мощности. Вот для чего используется ультразвук-желе - согласование импеданса между палочкой и кожей.

Это может быть использовано при обратном преднамеренном несовпадении импеданса, что приводит к отраженным волнам и очень незначительной передаче акустической мощности. На самом деле существует линия гипсокартона, предназначенная для использования этого для предотвращения / минимизации «шумного соседа».

Существуют аналоги фильтров во многих механических системах. В жидкостных системах, подверженных скачкам давления, возможно, из-за того, что они используют насос с постоянным рабочим объемом, аккумулятор будет использоваться для фильтрации этих скачков, чтобы предотвратить повреждение других частей системы.

Виброизолятор действует почти так же. Иногда они используются как есть. В других случаях для более важных применений они предназначены для фильтрации определенных частот, таких как скорость вращения двигателя или насоса, чтобы отфильтровать их и ограничить или предотвратить возбуждение этой энергии окружающей структурой. Это делается путем контроля как геометрии, так и свойств материала изолятора. Одним из моих первых проектов в старших классах было создание именно такого крепления для двигателя небольшого насоса.

Другой механический фильтр - настроенный демпфер массы . Как правило, они находятся внутри небоскребов и предназначены для ограничения движения здания из-за землетрясений. Та же идея была применена и к электродвигателям электроприборов , где металлический «леденец» закреплен со стороны двигателя. Резонансная частота массы и стержня согласована с рабочей частотой двигателя. В результате, когда двигатель вращается, энергия на рабочей частоте двигателя переходит в вибрацию массы в воздухе, а не передает ее в конструкцию устройства, где она будет излучаться как звук.