「阻抗」是衡量一個系統抵抗能量流入的程度。通常,透過增加一個稱為「阻抗匹配器」的元件,可以改變系統以更有效地接收能量。大多數人可能從未聽過阻抗匹配器,但一旦你了解了,就會開始在各種地方看到它們:像是小喇叭的形狀、鏡頭上的抗反射塗層,以及錄音室內部的泡棉尖刺。

一個常見的阻抗匹配器例子是汽車的變速箱,它透過將引擎相對快速的旋轉轉換為推動汽車所需的較慢但更強勁的旋轉,來將引擎的能量耦合到車輪。電線桿上的變壓器解決了一個類似的問題,將輸電線路上的高電壓電力轉換為家中所需的低電壓高電流電力。從噴射引擎到收音機,許多機器都依賴阻抗匹配器將能量從系統的一個部分傳輸到另一個部分。

當能量以波的形式傳入時,會發生一些最有趣的阻抗匹配。你可能在游泳池中注意到,潑水產生的波浪會從池邊反射回來。因為水和池壁之間存在阻抗不匹配,波浪的能量無法耦合到池壁,因此會反射回去。如果你觀察垂直的海堤,你會發現反射波會疊加在原始波浪的高度上,產生一個高度幾乎是原始波浪兩倍的浪花。當波浪溫和地滑過傾斜的沙灘時,這種情況就不會發生,因為斜坡充當了阻抗匹配器,讓波浪的能量流入沙中。無響室錄音室內部的泡棉尖刺也起著類似的功能。聲波比尖刺大得多,因此它們使泡棉在靠近牆壁時變得越來越密集。這將聲能耦合到吸收性的牆壁中,而沒有反射,因此沒有回聲。

喇叭末端的喇叭口遵循相同的原理,只是方向相反。沒有喇叭口,大部分聲能會反射回喇叭內部,而不是耦合到外部空氣。擴音器或聲波擴散器是另一個例子。喇叭口充當阻抗匹配器,將聲音能量與空氣連接起來。這種阻抗匹配器非常有效,它能讓老式留聲機唱針的微小運動充滿整個舞廳的音樂。

阻抗匹配不僅適用於聲波,也適用於光波。相機鏡頭上的抗反射塗層在功能上與錄音室的泡棉非常相似。另一方面,鏡子則像海堤一樣,由於阻抗不匹配而產生反射。透過在玻璃上僅沉積幾層鋁分子,我們可以調整表面的光學特性,產生阻抗不匹配,形成一個「半鍍銀」的鏡子,只反射少量光線。

從更大的尺度來看,我們可以將大氣中的二氧化碳視為一個不受歡迎的阻抗匹配器,將太陽的紅外線波耦合到地球。總有一天,我們可能會決定透過向平流層添加微小的塵埃顆粒來為地球降溫,調整光學表面以反射掉一部分來自太陽的紅外線波。大氣與陽光之間的阻抗不匹配將產生一種半鍍銀鏡子的效果,透過反射掉流入我們星球的不必要能量來使我們保持涼爽。