Utilisation de couplage de modes pour l'amplification de l'atténuation du son dans les conduits acoustiques : effets du point exceptionnel

Use of mode coupling to enhance sound attenuation in acoustic ducts : effects of exceptional point

• Auteur / Autrice : Lei Xiong
• Direction : Yves Aurégan, Wenping Bi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 24/03/2016
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - Laboratoire d'acoustique de l'université du Maine / LAUM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Matériaux -- Propriétés acoustiques

Ondes sonores

Son -- Propagation

Son -- Absorption

Théorie de couplage de mode

Mots clés libres

Méthode R-matrix

Mode piégé

Résonance de Fano

Croisement évité

Point exceptionnel

Atténuation du son

Ondes de Bloch

R-matrix method

Trapepd mode

Fano resonance

Avoided crossing

Exceptional point

Sound attenuation

Bloch wave

Résumé

Deux stratégies sont présentées à utiliser des effets de couplage de modes pour l’amplification de l’atténuation du son dans les conduits acoustiques. La première est de coupler le mode incident propagatif avec un mode localisé, aussi appelé résonance de Fano. Cette stratégie est présentée et validée dans un système conduit-cavité et un guide d’onde partiellement traité en paroi avec un matériau à réaction locale. La méthode “R-matrix” est introduite pour résoudre le problème de propagation d’onde. Une annulation de la transmission se produit quand un mode piégé (qui est formé par les interférences de deux modes voisins) est excité dans le système ouvert. Ce phénomène est aussi lié au croisement évité des valeurs propres et à un point exceptionnel. Dans la seconde stratégie, un réseau d’inclusions rigides périodiques est intégré dans une couche poreuse pour améliorer l’atténuation du son à basse fréquence. Le couplage de modes est du à la présence de ces inclusions. Le théorème de Floquet-Bloch est proposé pour analyser l’atténuation du son dans un guide d’onde périodique en 2D. Un croisement de l’atténuation de deux ondes de Bloch est observé. Ce phénomène est utilisé pour expliquer le pic de pertes en transmission observé expérimentalement et numériquement dans un guide 3D partiellement traitée par un matériau poreux avec des inclusions périodiques. Enfin, le comportement acoustique d’un liner purement réactif dans un conduit rectangulaire avec et sans écoulement est étudié. Dans une certaine gamme de fréquence, aucune onde ne peut se propager à contre sens de l’écoulement. Par analyse des différent modes à l’aide de la relation de dispersion, il est démontré que le son peut être ralenti et même arrêté.

Two strategies are presented to use the mode coupling effects to enhance sound attenuation in acoustic ducts. The strategy is to couple the incoming propagative mode with the localized mode, which is also called Fano resonance. This strategy is presented and validated in a duct-cavity system and a waveguide partially lined with a locally reacting material. The R-matrix method is introduced to solve the propagation problems. A zero in the transmission is present, due to the excitation of a trapped mode which is formed by the interferences of two neighboured modes. It is also linked to the avoided crossing of the eigenvalues and exceptional point. In the second strategy, a set of periodic rigid inclusions are embedded in a porous lining to enhance sound attenuation at low frequencies. The mode coupling is due to the presence of the embedded inclusions. Floquet - Bloch theorem is proposed to investigate the attenuation in a 2D periodic waveguide. Crossing is observed between the mode attenuations of two Bloch waves. The most important and interesting figure is that near the frequency where the crossing appears, an attenuation peak is observed. This phenomenon can be used to explain the transmission loss peak observed numerically and experimentally in a 3D waveguide partially lined by a porous material embedded with periodic inclusions. Finally, the acoustical behaviours of a purely reacting liner in a duct in absence and presence of flow are investigated. The results exhibit an unusual acoustical behaviour : for a certain range of frequencies, no wave can propagate against the flow. a negative group velocity is found, and it is demonstrated that the sound can be slowed down and even stopped.