¿Existe un equivalente mecánico para un filtro de paso alto / bajo (como en ingeniería eléctrica)?

Me he estado preguntando si hay ciertos medios (por ejemplo, vidrio, aire, espuma, etc.) que son peculiares dada su composición química y / o estructura que les permite filtrar las ondas mecánicas (ejemplos incluyen: sonido, vibraciones) de alto o bajas frecuencias ¿Existen estos? ¿Podría por favor tener algunos ejemplos?

El ejemplo menos abstracto: tiendo a notar el bajo de la música retumbando desde el auto a mi lado cuando me detengo en una luz roja. No sé si esto se debe simplemente a la amplitud de esos componentes de baja frecuencia o si hay un filtrado mecánico en juego (suprimiendo las frecuencias más altas). Esta es la fuente de inspiración para hacer mi pregunta.

En un sentido más general, los conceptos eléctricos de inductancia, capacitancia y resistencia son equivalentes a masa, constante de resorte y fricción en el mundo mecánico. El voltaje se convierte en fuerza y ​​la corriente se convierte en velocidad.

Por ejemplo, la suspensión en un vehículo es un filtro de paso bajo cuidadosamente ajustado que utiliza la masa del cuadro y la carrocería, los resortes en los ejes y los amortiguadores para "bloquear" las vibraciones de alta frecuencia de la carretera. acoplado a los pasajeros y carga dentro.

Sí, específicamente para el sonido existe un término llamado "impedancia acústica" que, al igual que la impedancia eléctrica, depende de la frecuencia. La impedancia acústica resulta de la ecuación de onda acústica, que toma la misma forma que la ecuación de onda electromagnética.

Por lo tanto, cualquier sólido tiene una impedancia acústica, al igual que cada conductor tiene una impedancia eléctrica. La transmisión de ondas acústicas depende del ángulo de incidencia y del contenido de frecuencia, y la impedancia del material atenúa ciertas frecuencias. Los conductos actúan como guías de onda, puede hacer resonadores acústicos, etc., hay un montón de paralelos porque las ecuaciones subyacentes son casi idénticas.

Al igual que la coincidencia de impedancia eléctrica da como resultado una transferencia de potencia eléctrica máxima, la coincidencia de impedancia acústica produce una transferencia de potencia acústica máxima. Para eso se utiliza la gelatina de ultra sonido: la combinación de impedancia entre la varita y la piel.

Esto se puede usar en reversa: la falta de concordancia de impedancia intencional da como resultado ondas reflejadas y muy poca transmisión de potencia acústica. En realidad, hay una línea de paneles de yeso diseñada para explotar esto para evitar / minimizar el "vecino ruidoso".

Hay análogos a los filtros en muchos sistemas mecánicos. En los sistemas de fluidos propensos a picos de presión, quizás porque usan una bomba de desplazamiento fijo, se usará un acumulador para filtrar esos picos para evitar dañar otras partes del sistema.

Un aislador de vibraciones actúa de la misma manera. A veces se usan como están. Otras veces, para aplicaciones más críticas, están diseñadas para filtrar frecuencias específicas, como la velocidad de rotación de un motor o una bomba, para filtrarlas y limitar o evitar que esa energía excite la estructura circundante. Eso se hace controlando tanto la geometría como las propiedades del material del aislador. Uno de mis primeros proyectos de pregrado fue diseñar un montaje para un motor de bomba pequeño.

Otro filtro mecánico es un amortiguador de masa sintonizado . Por lo general, estos se encuentran dentro de los rascacielos y están destinados a limitar el movimiento del edificio debido a los terremotos. La misma idea se ha aplicado también a los motores de electrodomésticos , donde una "piruleta" de metal está en voladizo desde el costado del motor. La frecuencia de resonancia de la masa y la varilla se corresponde con la frecuencia de funcionamiento del motor. El resultado es que cuando el motor gira, la energía en la frecuencia de operación del motor entra en hacer que la masa vibre en el aire en lugar de transmitirla a la estructura del aparato donde se irradiará como sonido.