Mechanisches Filter

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Ein mechanisches Filter ist im Rahmen der Signalverarbeitung ein Filter welches, ähnlich wie elektrische Filter, zur Selektion und Unterdrückung bestimmter Frequenzanteile aus einem Signal verwendet wird. Im Gegensatz zu elektrischen Filter wird die Filterwirkung durch mechanische Vibrationen entsprechend gestalteter Massen erzielt, es zählt damit zu den Bereich der Akustik auch wenn die damit verarbeiteten Frequenzen nicht hörbar sein müssen. Die Schnittstelle zwischen elektrischen und mechanischen System stellen Wandler dar, welche am Eingang die zugeführten elektrische Schwingungen in mechanische Vibrationen, und am Ausgang die mechanischen Schwingungen zurück in elektrische Schwingungen umwandeln.

Mechanisches Zwischenfrequenzfilter für 455 kHz aus einem Radioempfänger

Zur Berechnung mechanischer Filter können direkt die Methoden und mathematischen Verfahren aus der elektrischen Schaltungstechnik herangezogen werden. Insbesondere können damit die aus der elektrischen Netzwerkanalyse bekannten und etablierten Filterentwurfsmethoden wie Zweitore direkt in entsprechende mechanische Systeme übertragen werden. Als Materialien findet in diesen Filtern neben Stahl und verschiedenen Metallegierungen wie Eisen-Nickel-Legierungen auch keramische Werkstoffe oder Quarz Anwendung. Spezielle mechanische Filter werden nach Aufbau und Anwendung unterteilt, wie beispielsweise die akustischen Oberflächenwellen-Filter (SAW-Filter), in der Mikrosystemtechnik (MEMS) miniaturisierte Filter und die im Rückkoppelkreis in Resonanzkreisen eingesetzten Schwingquarze und Keramikresonatoren.

In mechanischen Filtern lassen sich im Vergleich zu vergleichbaren passiven analogen Filter sehr hohe Filtergüten realisieren. Dies folgt aus dem Umstand, das sich in elektrischen Systeme Spulen mit hoher Induktivität und gleichzeitig sehr geringen ohmschen Widerständen nicht herstellen lassen. Mit mechanischen Filtern und deren vergleichsweise hohen Gütefaktor Q sind Resoanzkreise mit hoher Trennschärfe realisierbar. Diesem Umstand verdankt auch der Schwingquarz in elektrischen Schwingkreisen zur Frequenzerzeugung beispielsweise in Quarzuhren seine gegenüber LC-Schwingkreisen hohe Frequenzstabilität und damit Ganggenauigkeit.

Geschichte

Mechanisches Filter und dessen elektrische „Ersatzschaltung“ aus einem Grammophon

Mechanische Filter sind nicht zwangsläufig auf eine elektrische Schnittstelle und die dafür nötigen Wandler angewiesen. So kann beispielsweise die Berechnung von Lautsprecheboxen ohne dem elektrischen System erfolgen. Die ersten mechanischen Filter wurden in den 1920 Jahren bei dem damals aufkommenden Grammophon als reine mechanische Systeme ohne elektrischer Schnittstelle entwickelt.

Literatur

• Rüdiger G. Ballas, Günther Pfeifer, Roland Werthschützky: Elektromechanische Systeme in Mikrotechnik und Mechatronik. 2. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-89317-2. 

Einzelnachweise

Kategorie:Akustik Kategorie:Filter (Elektrotechnik)