Acoustic metamaterials for sound mitigation

Abstract

We provide theoretical and numerical analyses of the behavior of a plate-type acoustic metamaterial considered in an air-borne sound environment in view of sound mitigation application. Two configurations of plate are studied, a spring-mass one and a pillar system-based one. The acoustic performances of the considered systems are investigated with different approaches and show that a high sound transmission loss (STL) up to 82 dB is reached with a metamaterial plate with a thickness of 0.5 mm. The physical understanding of the acoustic behavior of the metamaterial partition is discussed based on both air-borne and structure-borne approaches. Confrontation between the STL, the band structure, the displacement fields and the effective mass density of the plate metamaterial is made to have a complete physical understanding of the different mechanisms involved. Dans ce travail, nous présentons des études théoriques et numériques sur le comportement physique de métamatériaux acoustiques en plaque dans un environnement sonique dans le but de développer des systèmes pour l'isolation acoustique. Deux configurations sont analysées, une à base d'un système masse-ressort et une à base d'un système à piliers. Les performances acoustiques des systèmes en question ont été étudiées suivant différentes approches et ont montré l'obtention d'une perte en transmission (STL) allant jusqu'à 82 dB pour un métamatériau en plaque ayant une épaisseur de 0.5 mm. L'interprétation physique des performances acoustiques de ces métamatériaux est analysée à la base des deux approches sonique et vibratoire considérées dans ce travail. Une confrontation entre les résultats des pertes en transmission, la structure de bande, les champs de déplacement et la densité de masse effective du métamatériau est réalisée afin de comprendre les mécanismes physiques mis en jeu.