在机械上是否等效于高/低通滤波器(如在电气工程中)?


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我一直在想,是否存在某些特定的介质(例如玻璃,空气,泡沫等),因为它们的化学成分和/或结构使它们能够滤除高或高的机械波(例如:声音,振动)低频。这些存在吗?我可以举一些例子吗?

不太抽象的例子:当我停在红灯处时,我倾向于注意到音乐的低音从我旁边的汽车上轰鸣而来。我不知道这是否仅是由于这些低频分量的幅度引起的,还是由于存在机械滤波(抑制高频)而引起的。这是提出我的问题的灵感之源。


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共振频率有些问题,但更像是带通滤波器
棘轮怪胎

Answers:


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从广义上讲,电感,电容和电阻的电气概念等效于机械世界中的质量,弹簧常数和摩擦。电压变成力,电流变成速度。

例如,车辆中的悬架是经过精心调校的低通滤波器,它利用车架和车身的质量,车轴上的弹簧和减震器来“阻挡”道路上的高频振动。再加上里面的乘客和货物。


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是的,特别是对于声音,有一个术语称为“声阻抗”,就像电阻抗一样,它与频率有关。声阻抗由声波方程产生,其形式与电磁波方程相同。

因此,任何固体都具有声阻抗,就像每个导体都具有电阻抗一样。声波传输取决于入射角和频率含量,材料阻抗会衰减某些频率。导管的作用就像波导,您可以制造声谐振器等。由于基本方程几乎相同,因此存在大量的并行。

就像电阻抗匹配可以最大程度地传输电功率一样,声阻抗匹配也可以最大程度地传输声功率。这就是超声波果冻的用途-棒和皮肤之间的阻抗匹配。

这可用于反向-故意的阻抗失配会导致反射波和极少的声功率传输。实际上有一条干墙线旨在利用这一点来防止/最小化“嘈杂的邻居”。


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许多机械系统中都有滤波器的类似物。在容易出现压力峰值的流体系统中,可能是因为它们使用的是固定排量泵,因此将使用蓄能器过滤掉那些峰值,以防止损坏系统的其他部分。

隔振器的作用方式几乎相同。有时它们被原样使用。有时,对于更关键的应用,它们旨在过滤特定的频率,例如电动机或泵的转速,以过滤掉这些频率并限制或阻止能量激发周围的结构。这可以通过控制隔离器的几何形状和材料属性来完成。我从本科生毕业的第一个项目之一就是为小型泵电机设计这种安装座。

另一个机械过滤器是调谐质量阻尼器。通常,这些位于摩天大楼内,旨在限制建筑物因地震而移动。相同的想法也已应用于电器电机,其中金属“棒棒糖”悬垂在电机侧面。质量块和杆的共振频率与电动机的工作频率匹配。结果是,当电动机转动时,电动机工作频率下的能量会变成使物体在空气中振动,而不是将其传递到设备的结构中,在此该结构将作为声音辐射出去。

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