Control of Acoustic Waves by Locally Resonant Phononic Crystals
Notice bibliographique
Résumé
Locally resonant acoustic materials were proposed to control sound using structures with feature size orders of magnitude smaller than the acoustic wavelength in air. Millimeter-sized resonators over the audible frequency range typically consist of dense cores coupled to stiff shells through elastically soft material. Using a rigid core-shell approximation (RCSA), we analytically derive the frequency-dependent, effective inertial quantities for the fundamental translational and rotational resonances of such core-shell resonators. The effective inertia is expressible in closed form by elementary functions, enabling a mapping of the low-frequency physics to a simple model involving a point mass or a rod harmonically coupled to a box. We present an effective inertia-spring tensor (EIST) model for the low-frequency acoustic modes of phononic crystals with multiple, local, resonances within each unit cell and their coupling to spatially separated resonators. The EIST model is a generalization of the widely quoted point-mass-in-a-box representation of resonant acoustic metamaterials. Our model consists of an array of frequency-dependent, effective masses and moments of inertia coupled to near and distant neighbors by a wave-vector-dependent effective spring constant matrix. We demonstrate, using several two-dimensional and three-dimensional models, that our simple representation accurately describes exact phononic band structures involving coupled translational and rotational modes, in close agreements with the finite-element method. The existence and the frequency range of local resonance band gaps are predicted by the concurrence of negative effective mass and moment of inertia. A large local resonance gap may occur in spectral proximity to a distinct gap arising from Bragg scattering. Our model is generalized to complex dumbbell-shaped resonators, revealing a dense collection of flat ``slow sound'' bands near the local resonance band gap. We demonstrate that thin claddings of such locally resonant, phononic crystals, of only three to five unit cells in thickness, can effectively prevent sound transmission, by a combination of reflection and absorption, over much of the audible spectrum. Moreover, frequency-selective sound transmission can be enabled by engineering waveguide channels that transmit sound through the local resonance gap, the Bragg gap, or both. This offers a path to sound-sculpting claddings that can surround a noise-generating source.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».