Métasurface acoustique par couplage entre résonateurs de Helmholtz pour l'atténuation du son à basses fréquences - Université Polytechnique des Hauts-de-France Access content directly
Theses Year : 2023

Acoustic metasurface by coupling between Helmholtz resonators for low frequency sound attenuation

Métasurface acoustique par couplage entre résonateurs de Helmholtz pour l'atténuation du son à basses fréquences

Abstract

Recent decades have seen an undesirable increase in noise pollution, especially at low frequencies, due to the significant increase in noise sources associated with the development of human activity. This nuisance requires innovative insulation solutions, as existing systems rely on thick devices that pose integration problems. The recent discovery of acoustic metasurfaces represents an appropriate response, in particular locally resonant structures based on Helmholtz resonators (HR). This type of resonator has gained popularity in low-frequency sound manipulation due to the simplicity of its concept and fabrication. The aim of this thesis is to numerically design and experimentally validate an acoustic metasurface based on Helmholtz resonator units of sub-wavelength dimensions, functioning as a phonic isolator for low-frequency sound. To improve isolation efficiency, the challenge was to broaden the narrow band of frequency response. Thus, the study focused on analyzing the behavior of Helmholtz resonators in the near and far fields, with emphasis on the coupling of HR units, offering new possibilities for absorption at low frequencies. Using the numerical finite element method with "COMSOL MULTIPHYSICS" software, the study reveals the importance of inter-unit coupling in broadening and multiplying resonance responses and hence low-frequency attenuation. Numerical results were compared with experimental measurements using ping-pong balls as HR. This study may open up new avenues for many everyday applications, such as controlling outdoor sound effects by decorating the urban environment with Helmholtz resonator metasurfaces.
Les dernières décennies ont vu l'augmentation indésirable de nuisances sonores, surtout aux basses fréquences, dû au fait d'augmentation importantes des sources de bruit lié au développement des activités humaines. Celles-ci exigent des solutions d'isolation innovantes car l'existant s'appuie sur des dispositifs épais qui posent des problèmes d'intégration. La découverte récente des métasurfaces acoustiques représente une réponse adéquate, notamment les structures localement résonantes basées sur des résonateurs de Helmholtz (HR). Ce type de résonateur a gagné en popularité dans la manipulation du son à basse fréquence en raison de la simplicité de son concept et de sa fabrication. L'objectif de cette thèse est de concevoir numériquement et de valider expérimentalement une métasurface acoustique composée d'unités de résonateurs de Helmholtz présentant une épaisseur inférieure à la longueur d'onde, fonctionnant comme isolateur phonique pour les sons à basses fréquences. Pour améliorer l'efficacité de l'isolation, le défi a été d'élargir la bande étroite de la réponse fréquentielle. Ainsi, l'étude s'est concentrée sur l'analyse du comportement des résonateurs de Helmholtz dans les champs proches et lointains, en mettant l'accent sur le couplage des unités HR, ce qui offre de nouvelles possibilités d'absorption aux basses fréquences. En utilisant la méthode numérique des éléments finis avec le logiciel "COMSOL MULTIPHYSICS", l'étude révèle l'importance du couplage inter-unités pour élargir et multiplier les réponses de résonnance et de fait l'atténuation à basse fréquence. Les résultats numériques ont été confrontées à des mesures expérimentales en utilisant des balles de ping-pong comme HR. Cette étude peut ouvrir de nouvelles voies pour de nombreuses applications de la vie quotidienne, telles que le contrôle des effets sonores extérieurs en décorant l'environnement urbain à l'aide de métasurfaces de résonateurs de Helmholtz.
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Dates and versions

tel-04448476 , version 1 (09-02-2024)

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  • HAL Id : tel-04448476 , version 1

Cite

Robine Sabat. Métasurface acoustique par couplage entre résonateurs de Helmholtz pour l'atténuation du son à basses fréquences. Acoustique [physics.class-ph]. Université de Lille, 2023. Français. ⟨NNT : 2023ULILN029⟩. ⟨tel-04448476⟩
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