Fundamental constraints on broadband passive acoustic treatments in unidimensional scattering problems

[EN] In a passive lossy acoustical system, sum rules derived from passivity explicitly relate the broadband response to the spatial dimension of the system, which provide important design criteria as well. In this work, the theory of Herglotz function is applied systematically to derive sum rules for unidimensional scattering problems relying on passive acoustic treatments which are generally made of rigid, motionless and subwavelength structures saturated by air. The rigid-boundary reflection, soft-boundary reflection and transmission problems are analysed. The derived sum rules are applied for guiding the designs of passive absorbers and mufflers: the required minimum space is directly predicted from the target (i.e. the desired absorption or transmission-loss spectra) without any specific design. Besides, it is possible to break this type of sum rules and fundamental constraints in particular cases. This property, if well used, could result in ultra-compact absorbers working at long wavelength up to infinity.This work is supported by Valeo company and the ANR-RGC METARoom project (grant nos. ANR-18-CE08-0021 and RGC A-HKUST601/18).Meng, Y.; Romero-García, V.; Gabard, G.; Groby, J.; Bricault, C.; Goudé, S.; Sheng, P. (2022). Fundamental constraints on broadband passive acoustic treatments in unidimensional scattering problems. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences (Online). 478(2265):1-22. https://doi.org/10.1098/rspa.2022.0287122478226

Optimisation d’un réseau de résonateurs de Helmholtz dans un volume restreint pour diminuer sur une large bande fréquentielle la transmission des ondes dans un conduit rectangulaire

International audienceCes dernières années, de nombreux travaux se sont concentrés sur la recherche de dispositifs innovants pour atténuer le son se propageant dans des conduites d’air de plus en plus bas en fréquence et avec des contraintes d'intégration de plus en plus restreintes. Ce travail contribue au développement d'un système de silencieux pour empêcher la transmission du son au travers un conduit de section rectangulaire dans un système de chauffage et de climatisation automobile (HVAC). Ces systèmes HVAC peuvent être décrits comme l'association de trois sous-systèmes : un groupe moto-ventilateur qui aspire l’air depuis le bloc d’entrée d’air et le propulse vers le bloc de distribution qui répartit l’air à différents endroits de l’habitacle selon la consigne utilisateur. Le groupe moto-ventilateur de l’HVAC est une source d'ondes sonores qui se propagent à travers le conduit d'air et rayonnent en sortie de bouche du bloc de distribution. Une certaine difficulté est rencontrée pour réduire ce rayonnement acoustique basse fréquence directement issu du système de soufflage. L'utilisation d'un silencieux constitué d'un réseau de résonateurs de Helmholtz semble être une stratégie intéressante pour maximiser les pertes par transmission des ondes sonores qui se propagent dans le conduit d'air de la sortie de la soufflante vers le bloc de distribution. Nous proposons de présenter ici la méthode utilisée pour optimiser l'agencement du réseau de résonateurs en fonction des différents paramètres géométriques pour une gamme de fréquences donnée et des volumes parallélépipédiques disponibles. Le flux d’air n’est pas considéré dans la méthode

Optimisation d’un réseau de résonateurs de Helmholtz dans un volume restreint pour diminuer sur une large bande fréquentielle la transmission des ondes dans un conduit rectangulaire

International audienceCes dernières années, de nombreux travaux se sont concentrés sur la recherche de dispositifs innovants pour atténuer le son se propageant dans des conduites d’air de plus en plus bas en fréquence et avec des contraintes d'intégration de plus en plus restreintes. Ce travail contribue au développement d'un système de silencieux pour empêcher la transmission du son au travers un conduit de section rectangulaire dans un système de chauffage et de climatisation automobile (HVAC). Ces systèmes HVAC peuvent être décrits comme l'association de trois sous-systèmes : un groupe moto-ventilateur qui aspire l’air depuis le bloc d’entrée d’air et le propulse vers le bloc de distribution qui répartit l’air à différents endroits de l’habitacle selon la consigne utilisateur. Le groupe moto-ventilateur de l’HVAC est une source d'ondes sonores qui se propagent à travers le conduit d'air et rayonnent en sortie de bouche du bloc de distribution. Une certaine difficulté est rencontrée pour réduire ce rayonnement acoustique basse fréquence directement issu du système de soufflage. L'utilisation d'un silencieux constitué d'un réseau de résonateurs de Helmholtz semble être une stratégie intéressante pour maximiser les pertes par transmission des ondes sonores qui se propagent dans le conduit d'air de la sortie de la soufflante vers le bloc de distribution. Nous proposons de présenter ici la méthode utilisée pour optimiser l'agencement du réseau de résonateurs en fonction des différents paramètres géométriques pour une gamme de fréquences donnée et des volumes parallélépipédiques disponibles. Le flux d’air n’est pas considéré dans la méthode

Subwavelength Broadband Perfect Absorption for Unidimensional Open-Duct Problems

[EN] Passive metamaterials provide efficient solutions for sound absorption in the low-frequency regime with deep subwavelength dimensions. They have been extensively applied in unidimensional reciprocal problems considering that an incident wave is either reflected or transmitted at the outlet boundary. However, the generalized problem with impedance boundary condition is not well understood yet. This work presents a general design methodology of metamaterial absorbers for open-duct problems, which is a special case of impedance outlet boundary encountered in broad practical applications, for example, noise-attenuation problems in heat ventilation and air conditioning systems. By properly using monopolar point scatterers made of arrays of Helmholtz resonators, the design process is significantly simplified; the transfer matrix modeling is sufficiently accurate to describe the acoustic response of the system. A single monopolar point scatterer is insufficient to attenuate both the reflected and radiated waves; a frequency-dependent maximum absorption exists and is derived analytically. To go beyond this absorption bound and achieve perfect absorption, at least two point scatterers are necessary. Specific designs are provided and validated experimentally for maximum or perfect absorption, either at single frequencies or over specific frequency bands.All the authors gratefully acknowledge the support of Valeo. J.-P.G. and V.R.-G. would like to acknowledge the support of the ANR-RGC METARoom project (ANR-18-CE08-0021).Meng, Y.; Romero-García, V.; Gabard, G.; Groby, J.; Bricault, C.; Goudé, S. (2023). Subwavelength Broadband Perfect Absorption for Unidimensional Open-Duct Problems. Advanced Materials Technologies. 8(12). https://doi.org/10.1002/admt.20220190981

Absorption bound of a locally resonant element in a unidimensional scattering problem

International audienceWe consider the scattering properties of a locally resonant element either in series or in parallel of a waveguide resulting in a unidimensional problem. At the downstream side of the waveguide, an arbitrary passive outlet boundary is accounted for by introducing an impedance boundary condition. The goal is to suppress both the reflected and the transmitted waves by the locally resonant element. It is shown that the absorption coefficient of the system has a frequency-dependent upper bound, which is in general less than one and depends on the impedance of the outlet. The analytical prediction of the maximum absorption is validated against experiment results obtained with specifically designed samples, which work for either a single frequency or a broadband frequency range

Absorption bound of a locally resonant element in a unidimensional scattering problem

International audienceWe consider the scattering properties of a locally resonant element either in series or in parallel of a waveguide resulting in a unidimensional problem. At the downstream side of the waveguide, an arbitrary passive outlet boundary is accounted for by introducing an impedance boundary condition. The goal is to suppress both the reflected and the transmitted waves by the locally resonant element. It is shown that the absorption coefficient of the system has a frequency-dependent upper bound, which is in general less than one and depends on the impedance of the outlet. The analytical prediction of the maximum absorption is validated against experiment results obtained with specifically designed samples, which work for either a single frequency or a broadband frequency range