المت Materialien الصوتية
عزل الصوت
تقليل الصوت
التهوية
تصميم المباني

المعلمات الصوتية للمواد الميتامادية ذات الصلة التي تهم عند الحديث عن عزل الصوت في المباني هي معامل امتصاص الصوت ( ) وفقدان نقل الصوت أو مؤشر تقليل الصوت (R) الذي يمكن أن تقدمه. توفر المواد التقليدية أداءً محدودًا عندما يتعلق الأمر بـ و R عند الترددات المنخفضة. على الرغم من أن الألياف الطبيعية والمواد المعاد تدويرها تعتبر بدائل صديقة للبيئة للمواد البنائية التقليدية، إلا أنها مقيدة أيضًا بفيزياء مشابهة تؤدي إلى ضعف التخفيف عند الترددات المنخفضة [1]. علاوة على ذلك، فإن مجموعة كبيرة من المواد الطبيعية والاصطناعية لها قيود مثل القابلية العالية للاشتعال وامتصاص الرطوبة. بينما تعتمد المواد البنائية التقليدية على هيكلها المادي الفريد، والكثافة، والمسامية لتقديم معايير صوتية عالمية محسنة، فإن أداء المواد الميتامادية يتحدد إلى حد كبير من خلال هندستها أو هيكلها أو
هندسة الصلابة التي تسمح بتصميمها في مجموعة متنوعة من المواد السائبة المناسبة [2].

لقد حظي استخدام المواد الميتامادية الصوتية لعزل المباني باهتمام كبير بسبب خصائصها الاستثنائية في التحكم في الموجات في البيئات الصوتية الصعبة. المواد الميتامادية هي مواد مصممة هندسياً تقدم خصائص فريدة لا توجد عادة في المواد الكتلية، مما يجعل مجال أبحاث المواد الميتامادية متعدد التخصصات، حيث يشمل مجالات مثل الكهرومغناطيسية، والبصريات، وفيزياء الحالة الصلبة، والصوتيات. تُبنى المواد الميتامادية الصوتية بعناصر دورية أو غير دورية، مما يؤدي إلى أداء صوتي مستهدف أو غريب. الظواهر الصوتية الفيزيائية التي تُعلم المواد الميتامادية الصوتية متنوعة وتعتمد على نوع المواد الميتامادية الصوتية ويمكن العثور عليها في الأدبيات السابقة.

المواد الميتا التي يمكن أن تقدم امتصاصًا مستهدفًا للصوت والصوت

مؤشر التخفيض يقدم طرقًا مثيرة لتصميم مكونات المباني بأداء صوتي مستهدف قد يكون من الصعب تحقيقه باستخدام المواد الطبيعية. إن الانجذاب المتزايد لتوسيع نطاق المواد الصوتية الميتامادية، جنبًا إلى جنب مع الحرية في التصميم باستخدام التصنيع الإضافي (طباعة ثلاثية الأبعاد)، قد يؤدي إلى ظهور أنواع جديدة من المواد الصوتية الميتامادية. يمكن أن تحدث هذه ثورة في هندسة العزل وتؤدي إلى إنشاء عزل بناء أرق وأكثر كفاءة وصديقًا للبيئة في المستقبل. في هذا السياق، تناقش المراجعة امتصاص الصوت في المواد الصوتية الميتامادية، مع تغطية كل من امتصاص الصوت. ومؤشر تقليل الصوت (R) وهما المعلمان الحاسمان من وجهة نظر acoustics المباني. تمتلك المواد الميتامادية الصوتية القدرة على إحداث ثورة في تصميم المباني من خلال جعل الهياكل أكثر هدوءًا وراحة وكفاءة في استهلاك الطاقة.

لا تزال الأفكار والتراكيب الجديدة للمواد الميتامادية الصوتية (AMM) ممكنة. لا تزال المواد الميتامادية التي تحتوي على اقترانات صوتية غير خطية وتلك المكونة من وحدات مكونة غير متجانسة وغير متساوية، على سبيل المثال، نادرة. تعتبر نطاق العمل المحدود للمواد الميتامادية الصوتية قضية رئيسية أخرى، والتي لا يزال من الصعب حلها. قد تتضمن التقنية ضغط وحدات ميتا منفصلة تتفاعل عند ترددات مختلفة، ولكن قد يكون من المفيد أيضًا دمج المواد الميتامادية مع المواد الصوتية التقليدية. ومع ذلك، دون الحاجة إلى تجارب مختبرية شاقة، فإن معظم تطبيقات المواد الميتامادية في بناء الصوتيات هي في الأساس دراسات حالة تعتمد على المحاكاة أو القياسات التي تم إجراؤها على إثارة الموجات المستوية، وغالبًا ما تكون إثارة الموجات المستوية العمودية. من خلال تجميع حلول المحاكاة من ANSYS وComsol، تستخدم معظم التقارير تحليل تقنية العناصر المحدودة. باستخدام تصميم مادة ميتامادية من نوع الغشاء، أكمل يانغ وآخرون [19] عددًا من محاكاة العناصر المحدودة. تم دعم معامل الكتلة السلبية عند التردد الذي يحدث فيه انعكاس كامل للموجة من خلال حساباتهم.

تستكشف المقالة مفهوم المواد الميتامادية الصوتية وتطبيقها في عزل الصوت للمباني. تقدم فوائد هذه التكنولوجيا والتحديات التي يجب التغلب عليها لجعلها حلاً قابلاً للتطبيق في تصميم المباني. لمساعدة في توصيف المواد الميتامادية لعزل المباني، يتم أيضًا تقديم وتلخيص المفاهيم الأساسية لامتصاص الصوت وتقليل الصوت في الشكل 1.

علاوة على ذلك، يتم تقديم نظام تصنيف لتحديد ملاءمة المواد الميتامادية الصوتية لعزل المباني باستخدام “امتصاص الصوت” و”مؤشر تقليل الصوت” كمعايير رئيسية. يبرز المقال مجموعة متنوعة من هياكل المواد الميتامادية، بما في ذلك المواد القائمة على التجاويف، من نوع الغشاء، ذات المؤشر المتدرج، المتطابقة مع المعاوقة، القائمة على المشتتات، والمواد الميتامادية الصوتية المهواة، التي تعتبر مناسبة لعزل الصوت. يختتم المقال بتقديم ملخص للتطبيقات المحتملة للمواد الميتامادية الصوتية في عزل المباني. يتم تقديم نظرة شاملة على المفهوم وأهميته في عزل الصوت للمباني. علاوة على ذلك، يتم مناقشة إمكانيات التكنولوجيا لتصميم المباني المستقبلية.

عزل الصوت في المباني هو طريقة للتحكم في الضوضاء من خلال مجموعة من التقنيات الصوتية كما هو موضح في الشكل 1. يشمل ذلك تقليل انتقال الصوت من مساحة إلى أخرى والتحكم في خصائص الصدى داخل مساحة معينة. يعتبر عزل الصوت اعتبارًا حاسمًا أثناء تصميم وبناء المباني لتلبية المعايير ذات الصلة بالإضافة إلى تقديم الراحة الصوتية المناسبة لعمليتها. وبالتالي، فإن العزل الصوتي المناسب في المباني له تأثير كبير على الصحة والرفاهية، والتواصل، وإنتاجية شاغليها.

كما هو موضح في الشكل 1، لم تنضج الأبحاث حول المواد الصوتية الميتامادية بعد لتؤثر على جميع مجالات عزل الصوت في المباني. وبالتالي، فإن قابليتها للتطبيق تقتصر بشكل أساسي على مجالات التحكم في عزل الصوت الهوائي. المواد الصوتية الميتامادية مناسبة تمامًا لاستبدال أو تكملة المواد التقليدية عندما يتعلق الأمر بامتصاص الصوت وتقليل الصوت (عزل الصوت/فقدان نقل الصوت/فقدان الإدخال). وبالتالي، فإن اختيار وتطبيق المواد الصوتية الميتامادية المناسبة التي تقدم امتصاصًا عاليًا للصوت يمكن أن يوفر التحكم في الصدى الذي يمكن أن يحسن بشكل كبير من وضوح الكلام والراحة الصوتية في المباني.

أظهرت مجموعة من المواد الصوتية الميتامادية تقليلًا عاليًا للصوت أو فقدان نقل الصوت، هذه الهياكل الميتامادية

يمكن أن تعمل جنبًا إلى جنب مع البناء التقليدي الخفيف الوزن مثل بناء الجدران ذات الورقة الواحدة وذات الورقتين لتقليل الصوت المنقول من مساحة إلى أخرى بشكل كبير. على الرغم من أن التكلفة العالية للمواد الصوتية الميتامادية تعتبر عاملًا محددًا، من المتوقع أن تنخفض هذه التكلفة مع تصور هياكل فعالة من حيث التكلفة وسوق جماعي. بالإضافة إلى ذلك، فإن المنطقة التي من المتوقع أن تسهم فيها المواد الصوتية الميتامادية بشكل أكبر هي في تحسين المساحات المهواة مثل فتحات الهواء، والقنوات، والنوافذ. تعتبر المواد الصوتية الميتامادية المهواة فئة من الهياكل التي يمكن أن تزيد بشكل كبير من تقليل الصوت من خلال المساهمة في فقدان الإدخال مع السماح بتدفق الهواء. يمكن أن تحسن هذه المواد بشكل كبير من أداء تقليل الصوت لفتحات الهواء، والقنوات، والنوافذ الشفافة للهواء.

بشكل عام، عندما يتعلق الأمر باختيار المواد الميتامادية لعزل الصوت في المباني، يجب أن يكون التركيز على أداء امتصاص الصوت وتقليل الصوت لهياكل المواد الميتامادية. عندما يتعلق الأمر بتصميم التهوية، يجب الانتباه إلى فقدان الإدخال الذي يشبه فقدان النقل. في هذا الصدد، تركز المراجعة على تحديد المواد الصوتية الميتامادية المناسبة التي يمكن استخدامها لعزل الصوت في المباني بناءً على أدائها العالي في امتصاص الصوت وتقليل الصوت. قبل الكشف عن مجموعة من المواد الصوتية الميتامادية المناسبة التي قد تقدم إمكانية اعتمادها لعزل الصوت في عزل المباني، يتم تقديم معلمات الأداء ذات الصلة، وهي عزل الصوت وتقليل الصوت، بشكل موجز. تركز هذه المراجعة على تحديد كل من المواد الصوتية الممتصة والمواد الصوتية المقللة وهياكلها المختلفة التي يمكن اعتمادها لعزل الصوت في المباني. بمجرد نضوج الأدبيات حول المواد الصوتية الميتامادية لعلم الصوتيات في المباني، يصبح من الضروري مقارنة أداء النطاق العريض للمواد الصوتية الميتامادية بالاقتران مع المواد التقليدية لتحديد أفضل تركيبة مناسبة تقدم أفضل أداء للنطاق العريض.

بخلاف غرفة العزل الصوتي، يتكون الصوت في المباني من كل من الصوت المباشر من مصدر والصدى غير المباشر من الأسطح والأشياء المجاورة. وبالتالي، فإن التحكم في انعكاسات الصوت من الجدران، والأرضيات، والأسقف هو اعتبار مهم عندما يتعلق الأمر بعزل الصوت في المباني. يمكن أن تؤدي تفاعلات الصوت مع مكون المبنى إلى انتقال، أو امتصاص، أو انعكاس لطاقة الصوت. هذه الظاهرة هي
تحددها الخصائص الصوتية للهيكل، وتسمى الأسطح التي تمتص الصوت بشكل فعال بممتصات الصوت الجيدة. يتم تصوير تمثيل بصري لبيئة المبنى مع وبدون علاجات امتصاص الصوت في الشكل 2، موضحًا الجوانب الزمنية والمكانية للصوت داخل مساحة معينة.

في تصميم المباني، يلعب امتصاص الصوت دورًا مهمًا في التخفيف من الضوضاء وتعزيز الراحة الصوتية. على الرغم من أن الناس غالبًا ما يستخدمون مصطلحي “امتصاص الصوت” و”عزل الصوت” بالتبادل، إلا أنهما في الواقع يشيران إلى مفاهيم مختلفة. المواد الممتصة للصوت تهدف إلى تحسين جودة الصوت من خلال تقليل الصدى والارتدادات غير المرغوب فيها في مساحة معينة. إنها لا تمنع الصوت، بل تقلل من الانعكاسات. بالمقابل، تُستخدم المواد المقللة للصوت أو العازلة للصوت لتقليل كمية الصوت التي تمر عبر مادة من مساحة إلى أخرى، وبالتالي تعمل كحاجز صوت. علاوة على ذلك، يتم استخدام المواد الممتصة للصوت بشكل متزايد في تصميم المواد العازلة للصوت.

عندما يتعلق الأمر بعلم الصوتيات في المباني، يتم استخدام الممتصات المسامية والرنانة بشكل عام. يتم تقييم أداء هذه المواد في الغالب باستخدام معامل امتصاص الصوت ( ) الذي يتراوح من 0 إلى 1، مما يمثل عدم الامتصاص والامتصاص الكامل، على التوالي. يظهر الشكل 3 امتصاص الصوت لبعض المواد، بما في ذلك الهياكل المسامية، والرنانة، والميتامادية. النوع الأكثر شيوعًا من الممتصات المسامية هو الصوف المعدني، مثل الألياف الزجاجية، وله أداء تمثيلي كما هو موضح. تسمح المواد ذات المسام لامتصاص الصوت بدخول موجات الصوت من خلال قنوات، أو شقوق، أو تجاويف. تساهم كل من فقدان الحرارة وفقدان اللزوجة، الناتجة عن تدفق الهواء اللزج للمواد والاحتكاك ضد جدران المسام، في تشتت طاقة الصوت. تتمثل القيود في المواد المسامية عمومًا في عدم فعاليتها إذا كانت السماكة منخفضة مقارنةً بطول الموجة. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال تصنيع المواد المسامية ذات معامل امتصاص صوتي مرتفع على مدى نطاق التردد الكامل مع الحفاظ على الحد الأدنى من سماكة المواد ووزنها الخفيف يمثل تحديًا كبيرًا. يجب أخذ مقاومة اللهب ومقاومة الرطوبة في الاعتبار لضمان متانة واستقرار مواد امتصاص الصوت المسامية. بالمقارنة، تقدم الهياكل القائمة على الرنين والمواد الميتامادية امتصاص صوتي مرتفع في الترددات المستهدفة كما هو موضح في الشكل 3. يمكن اعتماد هذه القدرة على هياكل المواد الصوتية الميتامادية لتقديم امتصاص صوتي متفوق في الترددات التي تمثل تحديًا للمواد الميتامادية التقليدية. المواد المكشوفة ذات الأداء العالي في المباني المستهدفة للتحكم في الصدى هي أمثلة على علاجات امتصاص الصوت. الجدران، والأرضيات، والنوافذ المعزولة

مع مؤشر عزل صوت مرتفع، تعتبر هياكل عزل الصوت مثالاً على الهياكل العازلة للصوت. تمثل العلاجات الممتصة للصوت والمقللة للصوت مجتمعة استراتيجيات تخفيف الضوضاء المستخدمة في المباني، وبالتالي تشكل جزءًا من استراتيجية عزل الصوت في المبنى.

من الناحية النظرية، تعتمد قدرة الهيكل أو المادة على امتصاص الصوت على impedanc الصوتي الخاص بها؛ التأثير الأمثل لامتصاص الصوت ممكن فقط عندما يكون impedanc المادة مساوياً لذلك لوسط انتشار الصوت. تستخدم المواد الميتا acoustية خصائص سلبية قابلة للمقارنة وفجوات نطاق لتحقيق امتصاص صوتي عالي، مع أمثلة تشمل تجاويف هيلمهولتز، وأنواع الأغشية، والتفاف الفضاء، ومؤشر التدرج، والمواد الميتا acoustية القابلة للتعديل. من خلال اعتبارات التصميم الدقيقة، يمكن أن يقدم رنان هيلمهولتز AMM معامل مرونة مكافئ سالب (EEM). يتكون AMM من نوع الغشاء من كتلة صغيرة متصلة في مركز الشبكة البلاستيكية الصلبة نسبياً، والتي تحمل غشاءً رقيقاً مرناً مشدوداً قليلاً. واحدة من المواد الميتا acoustية الجديدة نسبياً ذات المبادئ التشغيلية المعقدة هي AMM الملفوف فضائياً الذي يحتوي على تجويف هيلمهولتز داخل الفضاء المنحني، مما يوفر رنيناً محلياً وعالمياً نتيجة لهندسة الالتفاف الفضائي نفسها.

على الرغم من التحسينات الكبيرة التي تقدمها المواد الصوتية المتقدمة، فإن التحسينات في الخصائص الصوتية غالبًا ما تقتصر على ترددات ضيقة النطاق بسبب اعتمادها على الترددات الرنانة. يُقترح استخدام هياكل ذات مؤشر تدرجي للتغلب على هذه العقبة حيث يمكن تعديل تباعد الشبكة، وزاوية التوجه، والسماكة، ونصف القطر أو الخصائص المرنة للإضافات، وغيرها من المتغيرات المميزة لتحسين امتصاص الصوت. من خلال ضبط ميزاتها، يمكن أن تقدم المواد الصوتية المتقدمة القابلة للتعديل، التي تتمتع عادةً بهيكل معين، أداءً مستهدفًا مناسبًا لسيناريوهات الصوت المعمارية الصعبة.

العزل الصوتي هو تقليل الصوت المنقول عبر جدار صلب أو مهوى. هذا يختلف عن امتصاص الصوت ويقاس بالصوت بوحدات الديسيبل (dB) الذي يتم تقليله دون أن يتم نقله من جانب إلى آخر من الجدار. غالبًا ما يتميز العزل الصوتي بفقدان نقل الصوت (STL) أو مؤشر تقليل الصوت. في حالة الأقسام وفقدان الإدراج (IL) في حالة

الحواجز المهواة أو الشفافة للهواء. STL و R هما مصطلحان يُستخدمان للدلالة على المؤشر الذي يمثل الفارق في شدة الصوت بين جانبي مكون أو حاجز، كما هو موضح في الشكل 4. بالمقابل، يُعرف IL بأنه الانخفاض في مستوى الصوت الناتج عن وضع مخفف في مسار الصوت.

في هذا الصدد، يمكن اعتبار أبسط مواد عزل الصوت كحاجز رقيق يوضع في مسار انتقال الصوت. تقترب الطاقة الصوتية من السطح كموجة ضغط، ويمر جزء منها عبر الحاجز بينما ينعكس الباقي. قد يتم امتصاص بعض الصوت الذي يمر جزئيًا وتحويله إلى حرارة. عادةً، يتم تحديد كفاءة مادة عزل الصوت من خلال نسبة الطاقة الواردة إلى الطاقة الصادرة، والتي يتم التعبير عنها بفقدان انتقال الصوت (STL) أو مؤشر تقليل الصوت (SRI) بوحدات الديسيبل [28].

في سياق عزل الصوت، يجب أن تكون الأداء الصوتي الداخلي لمكتب أو منزل عادةً 45 ديسيبل. هذا يعني أنه إذا كان مستوى الصوت خارج الغرفة المستقبلة حوالي 100 ديسيبل، يجب أن يكون مستوى الصوت في الغرفة المجاورة أو الغرفة المستقبلة لذا فإن عزل الصوت يصف الضغط الصوتي المفقود عبر العنصر الفاصل. يختلف عزل الصوت عن امتصاص الصوت، حيث تركز طرق عزل الصوت على تحسين مستوى نقل الصوت (STL) مع الأخذ في الاعتبار الصلابة، المادة، الكتلة، والعزل للعنصر الفاصل. بالنسبة للوحة عزل الصوت التقليدية، تتناسب الكتلة الأعلى مع مقاومة اهتزازية صوتية أعلى، خاصة عند الترددات العالية التي يُشار إليها عادةً بقانون الكتلة.

بالمقارنة، يمكن أن تقدم المواد الميتامادية الصوتية أداءً مختلفًا بشكل كبير يتجاوز العديد من قيود الصلابة والكتلة المرتبطة بمواد عزل الصوت التقليدية، كما هو موضح في الشكل 5a. بالنسبة لعزل المباني، هناك العديد من الحالات التي تتطلب عزل الصوت في نطاق تردد مستهدف. تتضمن تقنيات تقليل الصوت المستخدمة تقليديًا دمج لوحات صوتية كبيرة أو هياكل مفصولة. ومع ذلك، في التطبيقات الحساسة للوزن، يتطلب تحقيق تخميد كافٍ لموجات الصوت ذات التردد المنخفض كتلة كبيرة، مما يجعل هذا النهج غير قابل للتطبيق. تستكشف هذه المراجعة فعالية المواد الميتامادية الصوتية كحواجز صوتية ضيقة النطاق ومنخفضة التردد وتقدم نظرة عامة على تحديدها وأدائها.

الانعكاس السائد الناتج عن الرنين غير المتزامن بين الترددات الرنانة المختلفة لوحدة الرنين هو الآلية الرئيسية المسؤولة عن عزل الصوت من خلال المواد الرنانة.
من المتوقع أن تصبح الهياكل ذات الأغشية المحاطة والألواح الخيار القياسي لتقليل الاهتزازات والضوضاء ذات التردد المنخفض في الهندسة العملية بسبب فوائدها، والتي تشمل تقليل السماكة وكثافة السطح المنخفضة. في المواد المركبة ذات الألواح الرقيقة، غالبًا ما توضع الثقوب أو الأعمدة على لوح مستمر بسماكة قابلة للتغيير وثقوب أو أعمدة بأحجام وأشكال مختلفة. على عكس المواد المركبة ذات الألواح، تستخدم المواد المركبة ذات الأغشية دائمًا إطارًا لتقسيم الخلايا الفردية بينما يتم تنظيم كتلة واحدة أو أكثر على الغشاء. يجب إعطاء إجهاد أولي للغشاء لدعم انتشار الاهتزازات، حيث أن صلابة الغشاء غير كافية لمقاومة جاذبيته الخاصة.

توفر المواد البوروالاستيكية مزايا على المواد التقليدية القياسية من خلال كونها أخف وزنًا، وأرق، وتمتلك قدرات امتصاص واسعة النطاق أعلى عند الترددات المنخفضة. تعتبر المواد البوروالاستيكية مثل الألياف الزجاجية والرغوة مع طبقات متكررة من الأوراق المثقوبة الدقيقة المدمجة جزءًا من هذه الفئة الجديدة من المواد. يتم إنشاء مجموعة من أنظمة الكتلة-الزنبرك-المخمد باستخدام المواد البوروالاستيكية مع ترتيب دوري للكتل المدمجة في المواد الميتامادية الصوتية غير المتجانسة (HG). من أجل فهم عواقب تغيير موضع وتوزيع اللوحة المثقوبة الدقيقة في المواد البوروالاستيكية، بالإضافة إلى الكثافة، والحجم، والشكل، ومكان الكتل المدمجة، يتم إجراء دراسات تصميم. تم تناول بناء لوحة ميتامادية كبيرة الحجم مع مجموعات خلايا رنانة دورية قابلة للتعديل لمشكلة تصفية الضوضاء ذات التردد المنخفض التقليدية. وفقًا لمحاكاة عددية، تظهر الألواح الميتامادية القابلة للتعديل عدة عمليات رنين محلية تؤدي إلى تحسينات في فقدان نقل الصوت (STL) مقارنة بقانون الكتلة التقليدي في مناطق التردد المنخفض.

ستجد القيمة العامة لامتصاص الصوت وتقليلها لتطبيق عزل المباني بين متطلبات التطبيق وقدرة العزل والجدوى الاقتصادية. بينما من الممكن تحقيق السيطرة على تلوث الضوضاء باستخدام وسائل سلبية أو نشطة أو هجينة، يجب تمثيل الحاجة الإضافية للطاقة وزيادة تعقيد التدابير النشطة. تميز الحاجة إلى تنشيط التقنيات النشطة خارجيًا هذه عن التقنيات السلبية وتقدم تحديات اقتصادية. من المثير للاهتمام أن الفرصة لاستخدام وسائل نشطة للامتصاص والتقليل تصبح أكثر عملية عند الترددات المنخفضة

بينما تظهر الوسائط السلبية أداءً جيدًا في نطاقات الترددات المتوسطة إلى العالية [34-36]. علاوة على ذلك، فإن الضوضاء ذات التردد المنخفض موجودة بشكل متزايد في البيئات السكنية والحضرية مع الملوثات التي لا تقتصر على أنظمة التدفئة والتهوية، والغلايات، والمراوح والمضخات في الأجهزة. يتم التعرف على العبء الصحي الناتج عن الضوضاء البيئية عالميًا مع آثار سلبية كبيرة للتعرض المطول للضوضاء الليلية، وبالتالي يُوصى بالتدخلات التي تحقق تلوثًا أقل من و40 ديسيبل لتلوث حركة المرور على الطرق، والسكك الحديدية، وضوضاء الطائرات على التوالي [37]. يُعتبر أن كل من الأشكال النشطة والسلبية والهجينة من امتصاص الصوت وتقليل الصوت لها موضع ذي صلة عبر طيف التطبيق.

لفهم إنشاء مادة ميتامادية صوتية، من الضروري فهم التشبيهات الأساسية المستخدمة في وصف الاستجابات الصوتية. هناك مفهومان مهمان في المواد الميتامادية الصوتية هما كثافة الكتلة السلبية ( ) ومعامل الحجم ( ). كثافة الكتلة هي مقياس لمدى احتواء حجم معين من مادة على كتلة، وعادة ما يتم تمثيلها بـ . في المواد التقليدية، تكون كثافة الكتلة دائمًا إيجابية، مما يعني أن هناك كمية معينة من الكتلة داخل حجم معين. تطورت كثافة الكتلة السلبية كمفهوم افتراضي يقترح أن الكتلة داخل منطقة معينة سلبية بشكل فعال. عند تحويل ذلك إلى نظرية الاهتزازات والمواد الميتامادية، يمكن إنشاء كثافة الكتلة السلبية باستخدام بنية ميكروية ديناميكية كما هو موضح في الشكل 7ب. كثافة الكتلة السلبية هي خاصية للمواد التي لديها كثافة كتلة أقل من الصفر. تسمح هذه الخاصية غير البديهية للأجسام ذات بالتحرك في الاتجاه المعاكس للقوة المطبقة. بينما لا توجد كثافة كتلة سلبية في المواد الطبيعية، يمكن هندستها باستخدام المواد الميتامادية الصوتية [38،39]. يمكن العثور على مزيد من الشرح التفصيلي لكثافة الكتلة السلبية من وجهة نظر المواد الميتامادية الصوتية في الأدبيات السابقة [40].

من ناحية أخرى، يقيس معامل الحجم مقاومة المادة للضغط. معامل الحجم هو مقياس لمقاومة المادة للتغيرات في الحجم تحت ضغط خارجي مطبق. إنها خاصية
التي تميز قابلية انضغاط المادة. رياضيًا، يتم تعريف معامل الحجم على أنه نسبة التغير في الضغط إلى التغير النسبي في الحجم. المواد ذات معامل الحجم العالي أقل قابلية للانضغاط، مما يعني أنها تقاوم التغيرات في الحجم بشكل أكثر فعالية. عادةً ما تكون السوائل والمواد الصلبة ذات معاملات حجم غير سالبة، بينما يمكن أن تحتوي الغازات على معاملات حجم سالبة تحت ظروف معينة. إنه معلم رئيسي في المواد الميتامادية الصوتية لأنه يمكن استخدامه للتحكم في سرعة واتجاه موجات الصوت. من خلال ضبط معامل الحجم لمادة ما، من الممكن التلاعب في انتشار موجات الصوت. معًا، و يمكن استخدامهما لإنشاء مواد ذات خصائص صوتية فريدة كما هو ملخص في الشكل 6. على سبيل المثال، يمكن تصميم مادة ميتامادية صوتية ذات كثافة كتلة سلبية ومعامل حجم عالي لامتصاص موجات الصوت في نطاق تردد معين. على العكس، يمكن استخدام مادة ميتامادية صوتية ذات كثافة كتلة سلبية ومعامل حجم منخفض لتضخيم موجات الصوت، مما قد يكون له تطبيقات في تصوير الموجات فوق الصوتية وتقنية السونار. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أنه بينما تعتبر مفاهيم كثافة الكتلة السلبية ومعامل الحجم ضرورية لتصميم المواد الميتامادية الصوتية، إلا أنها ليست العوامل الوحيدة التي يجب أخذها في الاعتبار. تلعب خصائص أخرى، مثل كثافة المادة، والصلابة، والتخميد، أيضًا دورًا حاسمًا في السلوك العام للمواد الميتامادية.

تعتبر البنية الميكروية الديناميكية مفهومًا حاسمًا في سياق المواد الميتامادية الصوتية، حيث تمكن المواد من تغيير هيكلها استجابةً للمؤثرات الخارجية، مثل موجات الصوت، [41-43]. تم تصميم البنية الميكروية الفريدة للمواد الميتامادية الصوتية للتحكم في انتشار موجات الصوت. على سبيل المثال، يمكن أن تخلق التغيرات الدورية في كثافة أو صلابة المادة فجوات نطاق تمنع موجات الصوت من الانتشار عبر المادة. من خلال ضبط حجم وتباعد الهيكل الدوري، يمكن التحكم في موقع وعرض هذه الفجوات.

يمكن أن تصبح استجابة البنية الميكروية الديناميكية ملحوظة عند ترددات معينة، مما يتسبب في عدم توافقها مع موجات الصوت الواردة. وهذا يؤدي إلى تحديد الأداء العام للمادة الميتامادية الصوتية من خلال الإضافات التي تمتلك خصائص مواد فعالة سلبية. تختلف هذه الاستجابة المعتمدة على التردد عن الاستجابة الماكروسكوبية المعتادة للمادة [44-46].

لذا، يعرض الشكل 7 بدقة استجابة النظام الديناميكية من خلال تقديم مفهوم درجات الحرية الإضافية. تؤدي ترتيبات الإضافات في البنية الميكروية إلى ظهور هذه الدرجات الإضافية من الحرية، والتي بدورها تنتج الاستجابات الصوتية الموضحة في الشكل 6.

يعمل نظام الكتلة-الزنبرك الموضح في الشكل 7أ كنظام فعال واحد، حيث يتم إزاحة الكتلة بمسافة تحت قوة تعتمد على الزمن على الرغم من أنه يظهر كنظام مكون. من خلال إعادة ترتيب علاقة هوك الكلاسيكية، من الممكن الحصول على الكتلة الفعالة وثابت الزنبرك للنظام كـ و , حيث تشير النقاط المزدوجة إلى المشتق الثاني بالنسبة للزمن . تلعب ترتيب وأحجام هذه الكتل ومعاملات الصلابة دورًا حاسمًا في تحديد الاستجابة الديناميكية العامة للنظام. توضح الأشكال 7ب-د سيناريوهات مختلفة بناءً على الترتيب المحدد للكتل. عندما تظهر الشكل 7ب تكوينًا يمكن من خلاله تحقيق كتلة سلبية، تظهر الشكل 7ج حالة من صلابة الزنبرك السلبية. يتم عرض مزيج من كل من الكتلة السلبية والصلابة السلبية، مع افتراض أن أخف من و كما هو موضح في الشكل 7د. توضح هذه التكوينات الإمكانية لإنشاء مواد ميتا صوتية بخصائص غير تقليدية، مثل الكتلة السلبية والصلابة، من خلال التلاعب الدقيق بمكونات النظام.

تقدم الأشكال 7هـ و و ف الكتلة الفعالة العادية وصلابة الزنبرك كدوال لتردد القيادة. هنا، تتوافق الأقسام المميزة مع منطقة الكتلة الديناميكية السلبية ومنطقة الصلابة السلبية المرتبطة بالشكل 7ب و7ج. تستند التطبيع إلى الكتلة شبه الساكنة وثابت الزنبرك شبه الساكن الذي يعمل كمرجع لإظهار سلوك النظام تحت ظروف تردد مختلفة. توفر هذه التمثيلات التفصيلية دليلًا بصريًا قيمًا لفهم التفاعل المعقد بين الكتل والصلابة في بنية دقيقة ديناميكية، مما يمكّن من إنشاء
مواد ميتا صوتية بخصائص مصممة. يبرز الشكل الإمكانية لتحقيق الكتلة السلبية والصلابة، مما يمهد الطريق لتطبيقات مبتكرة في التحكم في الصوت وتلاعب الموجات ضمن مجال المواد الميتا الصوتية.

يمكن أيضًا استخدام البنية الدقيقة الديناميكية لإنشاء مواد تستجيب بشكل انتقائي لموجات الصوت في نطاقات تردد معينة. يمكن تصميم مادة ذات بنية دقيقة تتغير استجابةً لتردد معين من موجات الصوت لتمتص أو تعكس تلك الموجات بشكل انتقائي. من خلال هندسة البنية الدقيقة للمواد، من الممكن إنشاء خصائص صوتية فريدة لها تطبيقات في مجالات متنوعة. بينما لا يزال هناك الكثير لنتعلمه عن المواد الميتا الصوتية، فإن البنية الدقيقة الديناميكية تحمل وعدًا كبيرًا لتقدم مجال أبحاث وتقنية الصوتيات [48-50].

في الآونة الأخيرة، كان هناك زيادة في أبحاث المواد الميتا الصوتية التي تهدف إلى امتصاص الصوت وتقليل الضوضاء [51]. إن استخدام المشتتات الصلبة داخل مصفوفة سائلة هو أكثر طرق امتصاص الصوت شيوعًا، والتي تعتمد على أبحاث فجوة النطاق كما هو موضح في القسم السابق. ومع ذلك، فإن هذه التقنية تؤدي فقط إلى تحسين المتأثرة بالمواد الميتا في نطاقات تردد ضيقة أو معزولة. لتوسيع نطاق أبحاث المواد الميتا الصوتية، تم القيام بمحاولات لاستخدام التخميد الحراري واللزوجي لتقليل الضوضاء. تم تحقيق ذلك من خلال استخدام بلورات صوتية في تنسيق طبقي وتحليل الخسائر الحرارية اللزجة [52].

لتحسين خصائص امتصاص الصوت للمواد الميتا الصوتية، تم دمج المشتتات الصلبة مع الهياكل التقليدية الممتصة للصوت. على سبيل المثال، استخدم سلاجل وفولر [55]
مركزات الكتلة داخل هيكل مسامي، مما أدى إلى استثنائية عند الترددات المنخفضة. استخدمت دراسات أخرى إدراجات صلبة ثلاثية الأبعاد داخل طبقات مسامية، ومواد ميتا صوتية هجينة تتضمن هندسة مثقبة دقيقة، ونسب تعبئة بلورية، وطلاءات صوتية بالاشتراك مع مواد ميتا تعتمد على الرنين أو بلورات صوتية [56-59]. على الرغم من أن المبادئ التي تحكم السلوك الصوتي للألواح المثقبة الدقيقة (MPPs) معروفة جيدًا [60، 61]، فإن تحقيق يتطلب ثقوبًا مجهرية، مما يتطلب تقنيات تصنيع باهظة الثمن. توفر تقنيات التصنيع الإضافي (AM) مثل صهر الليزر الانتقائي (SLM) [62،63] نهجًا مستدامًا لإنشاء ثقوب وقنوات معقدة [64،65]. على الرغم من ذلك، فإن الأبحاث حول الأداء الصوتي للألواح المعدنية MPPs التي تقدم امتصاص صوت عالي نادرة.

تم تطوير مواد ميتا صوتية في السنوات الأخيرة من خلال دمج الألواح المثقبة الدقيقة مع الهندسة الميتا الصوتية [66-69]. توضح الشكل 8 أمثلة بارزة حيث تم دمج فوائد الرنانات المعتمدة على التردد مع الثقوب الدقيقة لتعزيز بشكل كبير . كما هو موضح في منحنيات الأداء الصوتي مقابل التردد المقابلة، يمكن لجميع التكوينات تحقيق أداء ذروة ضمن نطاق تردد معين كدالة للرنين. مثال آخر جدير بالملاحظة هو دراسة حديثة [70] استخدمت بناء ميتا صوتي رقيق يتكون من هيكل صلب-سائل، مما أدى إلى امتصاص كامل للصوت. كان التصميم يتضمن ثقوبًا دقيقة وقناة هواء دون الطول الموجي، حيث يمكن أن يُعزى التحسين في إلى الخسائر الحرارية اللزجة التي تحدث أثناء تفاعل السائل مع الهيكل. تلخص الجدول 1 بعض الهياكل الملحوظة التي يمكن استخدامها في بناء آليات امتصاص الصوت.

تمت الإشارة إلى مواد ميتا صوتية من نوع الغشاء المختلفة التي يمكن استخدامها لإنشاء امتصاص كامل للصوت ( ) في الأدبيات. تم تجربة إحدى هذه الهياكل التي تتميز بصفائح غشائية في غاز محكم كما هو موضح في الشكل 9 من قبل ما وآخرون [77]. أدى الهيكل إلى تحقيق امتصاص صوتي ضيق النطاق بين 150 و160 هرتز مما يظهر ملاءمته لامتصاص الصوت المستهدف. تستخدم المواد الميتا الصوتية من هذا النوع حدوث ترددات الرنين لتحسين امتصاص الصوت. يؤدي ذلك إلى تحويل الطاقة الصوتية إلى طاقة مرنة من خلال حركة اهتزاز الصفائح، والتي يتم تفريغها بكفاءة عالية. يمكن تعديل ترددات الرنين، حيث يحدث أقصى امتصاص، عن طريق ضبط إما وزن الصفيحة أو

المسافة بين لوحين. من خلال زيادة وزن الصفائح، يمكن تقليل الترددات المنخفضة للامتصاص، بينما من خلال زيادة المسافة بين الصفائح، يمكن تقليل الترددات العالية للامتصاص [19].

لقد أظهرت المواد الميتا الصوتية القائمة على الغشاء أيضًا أنها مناسبة لامتصاص الصوت متعدد الترددات في هيكل واحد. لقد أظهرت المواد الميتا الصوتية العميقة دون الطول الموجي (الشكل 10أ) التي طورها مي وآخرون [25] امتصاصًا كبيرًا ضمن نطاق تردد من كما هو موضح في الشكل 10ب. كان التصميم يتضمن أغشية مرنة رقيقة تحمل ألواحًا صلبة يمكن أن تمتص من الموجات الصوتية عند ، مع طبقتين تمتصان عند وضع الرنين بتردد منخفض وكذلك عند أوضاع تردد أعلى. تشمل تصميمات المواد الميتا الصوتية القائمة على الغشاء الأخرى البارزة تلك التي تم تطويرها بواسطة أورغان وآخرون [78]. قامت هذه الدراسة بتصنيع مادة ميتا صوتية مع غشاء رقيق مرتبط بكتلة، والتي أظهرت أيضًا امتصاصًا صوتيًا قريبًا من الكمال عند ترددات معينة. وبالمثل، تم تطوير مواد ميتا صوتية قائمة على الغشاء ذات نطاق عريض تتكون من مادة مسامية تظهر عزلًا صوتيًا قريبًا من الكمال [79]. باستخدام مبادئ مماثلة، تم تطوير مادة ميتا رنان متعددة القنوات تتميز بغشاء هلامي من قبل شيو وآخرون [80] تظهر امتصاصًا صوتيًا بين 80 و100 ضمن نطاق تردد من بالإضافة إلى الهياكل المعمارية من نوع الغشاء التي تم مناقشتها، يمكن ربط الهياكل غير المتماثلة مع المواد الميتامادية القائمة على الغشاء لتعزيز امتصاص الصوت لمجموعة واسعة من الترددات. نهج آخر هو استخدام المواد الميتامادية الصوتية من نوع الغشاء المدعومة بحجرة هوائية لتوسيع النطاق الترددي.

شريط للتطبيقات البنائية والمعمارية.

على الرغم من أن المواد الميتامادية الصوتية المعتمدة على الأغشية يمكن أن تحقق تقريبًا
الامتصاص المثالي، فإن تصنيعها على نطاق واسع لاستخدامها في acoustics المباني يمثل تحديًا. ومع ذلك، يمكن التغلب على ذلك من خلال استخدام المواد الميتامادية الصوتية ذات التواء الفضاء التي يمكن أن تحقق أيضًا امتصاصًا صوتيًا قريبًا من الكمال. وبالتالي، فإن الميزة الرئيسية لمادة الميتامادية الصوتية ذات التواء الفضاء مقارنة بالمواد القائمة على الأغشية هي سهولة توسيع نطاقها.

مما يجعلها مناسبة لعلوم الصوت في المباني [81،82].
تظهر الشكل 11 أمثلة على المواد الميتامادية ذات التواء الفضاء التي تناسب من وجهة نظر acoustics المباني. بالنسبة لهذه المواد الميتامادية، يمكن تعديل الطول والحجم وحجم التواء الفضاء لتحقيق امتصاص شبه كامل في مجموعة من الترددات المسموعة. على سبيل المثال، فإن بنية التواء الفضاء في الشكل 11a التي طورها كاي وآخرون [75] قادرة تقريبًا امتصاص الصوت عند الترددات المنخفضة حيث يتطابق impedance الهيكل الكلي مع الموجة الصوتية الواردة. عندما تدخل الموجة الصوتية إلى مساحة معمارية ملتفة، يتم امتصاص جزء منها من خلال الرنين، الاحتكاك اللزج ونقل الحرارة، مشابه لما يحدث في مادة مسامية [83]. الضغط الصوتي المتبقي يتباطأ نتيجة للمساحة الملتفة داخل تجويف الهواء [51]. الشكل 11ب يمثل مادة ميتامادية صوتية ملتفة مرتبطة تحتوي على لوحة مثقوبة في أعلى تجويف الهواء المتاهة. تم اقتراح هذه المعمارية من قبل لي وأسوار [84] مما يظهر تقريبًا الكمال. عند الترددات المستهدفة.

أظهرت الدراسات التجريبية التي أجراها أرجونان [64،65] استخدام هندسة لف الفضاء المُصنّعة بإضافة لإنشاء تداخل مدمر من خلال إدراجات معقدة كما هو موضح في الشكل 11c. المبدأ هنا هو استخدام لف الفضاء لإنشاء تداخل مدمر لإلغاء الموجة الصوتية القادمة عند ترددات مختارة. بالنسبة للتصاميم المقترحة من قبل أرجونان، يتم إبلاغ تغيير زاوية الطور لإلغاء الموجة القادمة من خلال التردد الذي يحدد بدوره طول تجويف لف الفضاء. وبالتالي، يسمح هذا النموذج بإنشاء أطوال متعددة من لفات الفضاء في مادة ميتا واحدة مما يؤدي إلى ذروات امتصاص الصوت عند ترددات متعددة. بشكل عام، تقدم هندسة مادة الميتا ذات لف الفضاء فرصة كبيرة لتحقيق امتصاص صوتي شبه مثالي يمكن دمجه بسلاسة في هندسة المباني. علاوة على ذلك، أصبحت الثقوب الملتوية في هذه الهياكل نهجًا مهمًا لتقليل سرعة الموجات الصوتية، مما يؤدي إلى إنشاء وسائط صوتية ذات مؤشرات انكسار كبيرة. هذه الخاصية يصعب تحقيقها في الصوتيات الهوائية لأن سرعة الصوت في الهواء أقل من أي
مادة صلبة.

على الرغم من الامتصاص العالي للصوت الذي تتمتع به المواد الميتامادية الصوتية، إلا أنها تظهر نطاق تردد ضيق عندما يتعلق الأمر بأداء الذروة. للتخفيف من هذه المشكلة، تم تطوير مواد ميتامادية صوتية ذات مؤشر تدرجي، والتي تقدم معامل امتصاص صوتي عالي عبر نطاق تردد واسع. يتم تصور المواد الميتامادية الصوتية ذات المؤشر التدرجي من خلال تغيير العوامل المميزة لمادة ميتامادية مثل أبعاد التجاويف، الخصائص المرنة، تباعد الشبكة، الاتجاه و/أو السماكة.

عند مقارنة معامل امتصاص الصوت الذي تقدمه مواد ميتا مختلفة، فإن بنية المؤشر المتدرج هي الأكثر ملاءمة حيث تكون عالية مطلوب لمجموعة واسعة من الترددات. بعض أمثلة المواد الميتامادية ذات المؤشر المتدرج موضحة في الشكل 12 الذي يوضح بوضوح كيف يتم استخدام بنية متدرجة لامتصاص الصوت. الشكل 12أ يظهر حالة مادة ميتامادية صوتية تتميز بالمسامية المتدرجة التي تم طباعتها ثلاثية الأبعاد وتم التحقق منها تجريبيًا. وقد أظهرت هذه الهياكل المسامية المتدرجة أداءً ممتازًا. بسبب هيكلها المتدرج باستمرار.

وفقًا لـ Zhang وآخرون [85]، فإن الترتيب المتغير باستمرار والمسار المعقد لانتشار الصوت الذي تسهل به التدرجات يساعد في تبديد المزيد من الطاقة. وهذا يؤدي إلى أداء ممتاز في امتصاص الصوت. توضح الشكل 12b كيف استخدم Climente وآخرون [86] أعمدة ذات أقطار متدرجة كلما ابتعدت عن المركز لإنشاء امتصاص صوتي عريض النطاق. تم تصميم هياكل التدرج في القشرة لتتناسب مع impedances الصوتية لكل من الهواء والمواد الميتامادية. وقد أدى ذلك إلى إنشاء أداء امتصاص صوتي عريض النطاق كما هو مقصود.

حقق شيو وآخرون في الاستخدام المحتمل للموصلات المغناطيسية المثالية (PMCs) والمواد الميتامادية ذات القيمة السلبية (ENG) في موجّه تيراهيرتز أحادي الاتجاه [87]. الوسيط PEC-الموصل نصف الناقل-PMC (EMSM)، الوسيط PMC-الموصل نصف الناقل-PEC (MMSE)، و

تعتبر موجّهات PMC-medium-semiconductor-PMC (MMSM) هي الهياكل الثلاثة المعتمدة على PMC التي تم التحقيق فيها بشكل أكبر بشأن TRT العريض النطاق. وبالتالي، تم اكتشاف TRT العريض النطاق في كل من هيكل MMSE ذو المؤشر المتدرج المكون من MMs ENG وهيكل MMSM ذو المؤشر المتدرج المكون من MMs القريبة من الصفر (ENZ). لوحظ TRT العريض النطاق الواضح دون انعكاس خلفي في نطاق التيراهيرتز في المحاكاة الكاملة الموجية.

وفقًا لـ Li وآخرين، يمكن أن تسبب المواد الميتامادية المتدرجة تأثير احتجاز قوس قزح، وهو التباطؤ التدريجي للموجات الميكانيكية حتى التوقف، مما يؤدي إلى احتجازها ويجعلها مفصولة مكانيًا وطيفيًا أثناء انتشارها [88]. كما تم إظهار أن موجات رايلي الزلزالية قد يتم تنظيمها باستخدام المواد الميتامادية المتدرجة. تم استكشاف استخدام المواد الميتامادية المتدرجة المسطحة لدعم البولاريتونات السطحية، وانحناء الموجات وتركيزها في الفضاء الحر، وتحقيق احتجاز قوس قزح بواسطة Xu وآخرين [89]. مع تطبيق المواد الميتامادية ذات المؤشر المتدرج (GIMs) في أنظمة الموجات، يتم تحقيق فيزياء جديدة ووظائف عريضة النطاق دون قيود على الاستقطاب.

تشمل العمارة الملحوظة الأخرى قوس قزح الصوتي الذي يحبس المواد الميتامادية الصوتية التي طورها جي ورفاقه [90]، الشقاق ورفاقه [91] وزو ورفاقه [92]. أظهرت هذه الدراسات مادة ميتامادية قادرة على حبس الموجات الصوتية العريضة النطاق وفصل مكونات التردد المختلفة مكانياً من خلال هياكل فرعية مصممة بتدرجات دون الطول الموجي. وقد أظهر أنه يمكن تصور مواقع الحبس على أنها التفاعل بين الرنين الصوتي داخل الفتحات الفردية والترابط المتبادل بينها. مع تعزيز تفاعلات الموجة-الهيكل والاستجابات الترددية المصممة، تسمح هذه المادة الميتامادية بالتحكم الدقيق في الموجات الصوتية مكانياً وطيفياً وتفتح مجالات جديدة لتطبيقات صوتية عالية الأداء. كما يتضح، يمكن استخدام المواد الميتامادية ذات التدرج في المؤشر لتوسيع نطاق تردد العزل الصوتي مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات المعمارية. ومع ذلك، لتعزيز الأجواء الصوتية بشكل ذي مغزى، يتطلب الأمر تصور مواد ميتامادية ذات تدرج في المؤشر تقدم تطابقاً في المعاوقة مما يضيف إلى فقدان الطاقة من خلال انتشار الصوت.

عندما يتعلق الأمر بصوت المباني، فإن توزيع تردد مصدر الصوت يستمر في التغير اعتمادًا على الضوضاء. مشابهة للمواد التقليدية، يتم تحديد نطاق التردد لأداء الذروة للمواد الميتامادية الصوتية السلبية أثناء تصنيعها وتجميعها. وبالتالي، لا يمكن أن تعمل هياكل المواد الميتامادية السلبية عند ذروتها عندما تتفاعل مع مصدر ضوضاء متغير. هنا تأتي هياكل المواد الميتامادية النشطة لتقدم تحكمًا ديناميكيًا في معلماتها الصوتية مما يمكنها من تقديم أداء ذروة تحت نطاقات تردد متعددة.

غالبًا ما يتم تمكين التحكم الديناميكي من خلال المحفزات الخارجية مثل الكهرباء الكهروضغطية، والضغط الميكانيكي، والتحكم في درجة الحرارة. وفقًا لما وجده جاو ورفاقه [93]، تم التحقيق في قابلية تكوين المواد الميتامادية الصوتية النشطة لجعلها مناسبة لتطبيقات التحكم في الضوضاء. مشابهة لهياكل المواد الميتامادية الأخرى التي تم مناقشتها حتى الآن، وُجدت المواد الميتامادية النشطة في الأدبيات لكل من امتصاص الصوت الهوائي وعزل الصوت. نظريًا، قد تُستخدم المحولات الكهروضغطية لنمذجة مادة ميتامادية صوتية قابلة للتعديل بشكل نشط، كما أظهر أكيل وباز [94]. تم إنشاء نموذج دقيق لخلية مملوءة بالماء محاطة بمواد ثنائية الشكل باستخدام طريقة العناصر المحدودة. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات كبيرة تتعلق بتصميم الهيكل والتصنيع الفعال من حيث التكلفة.

تستخدم عدد من هياكل امتصاص الصوت السلبية تجويفًا خلفيًا كوسيلة لتعزيز استجابتها الصوتية لامتصاص الترددات المنخفضة. بناءً على هذه المبدأ، أظهر تشاو ورفاقه [95] هيكل مادة ميتامادية نشطة لامتصاص الصوت من خلال التحكم في عمق التجويف الخلفي باستخدام صلابة سلبية مغناطيسية كما هو موضح في الشكل 13أ. وقد أظهر أنه من خلال التحكم النشط يمكن لتجويف صغير ذو صلابة سلبية أن يحاكي المعاوقة الصوتية لتجويف كبير مما يؤدي إلى امتصاص صوتي ذروة عند الترددات المنخفضة.

تم تطوير تنويعة من هذه البنية تؤدي إلى مادة ميتامادية نشطة تقدم امتصاص صوتي عريض النطاق عند الترددات المنخفضة بواسطة لي ورفاقه [96]. كانت بنية المادة الميتامادية النشطة تتميز بلوحة مرنة مع كتلة مغناطيسية كما هو موضح في الشكل 13ب. كشفت نتائج هذا التصميم أن تردد امتصاص الصوت يمكن تقليله من خلال التحكم النشط في المجال المغناطيسي. علاوة على ذلك، لوحظ أن عرض النطاق الترددي للمادة الميتامادية يتسع مع زيادة المجال المغناطيسي. هذا

يعود ذلك إلى علاقته العكسية مع تردد امتصاص الصوت الذروة.

مختلفة عن استخدام التحكم المغناطيسي، اقترح شيانغ ورفاقه [97] ماص صوت مهواة كما هو موضح في الشكل 13ج يمكن ضبطه لامتصاص صوت مستهدف. تم تحقيق التحكم النشط لهذه البنية الميتامادية من خلال آلية منزلق مما أدى إلى امتصاص صوت عالي مع السماح بالتهوية. هذه النوعية من هياكل المواد الميتامادية لديها إمكانات كبيرة للاستخدام في الصوتيات المعمارية حيث يوجد مصدر ضوضاء متغير التردد.

تشمل المواد الميتامادية النشطة الأخرى الملحوظة لامتصاص الصوت المناسبة للصوتيات المعمارية تلك التي تم تطويرها بواسطة زو ورفاقه [98] ودو ورفاقه [99] التي تتميز بنوع أنبوب ونوع متاهة (الشكل 13هـ) على التوالي. كان هذا ماص صوت منخفض التردد تم تصوره باستخدام أنابيب مثقبة متعددة الطبقات بسماكة أقل من مقياس الطول الموجي حيث يمكن ضبط التردد للذروة يمكن ضبطه من خلال تدوير الأنابيب. من ناحية أخرى، يمكن ضبط المادة الميتامادية النشطة ذات الهيكل الشبيه بالمتاهة، الموضحة في الشكل 13د، بدقة من خلال تعديل نسبة الفتح. مقارنة بالنمو في المواد الميتامادية السلبية المناسبة لامتصاص الصوت، فإن عدد الهياكل التي تتميز بالتحكم النشط في محدود. ويرجع ذلك أساسًا إلى التكلفة العالية في تصنيع هياكل معقدة للغاية مع آليات إضافية للتحكم النشط. ومع ذلك، فإن مجال المواد الميتامادية الصوتية النشطة المناسبة لامتصاص الصوت العالي هو مجال متنامٍ وستصبح الهياكل التجارية المناسبة للصوتيات المعمارية شائعة في المستقبل القريب [93].

على الرغم من أنها لا تزال في مراحلها الأولى، يتم تطوير المواد الميتامادية الصوتية لعزل الصوت في كل من التركيبات المؤقتة والدائمة [39،100]. إذا كانت ناجحة، يمكن أن تمهد الطريق لبناء مبانٍ مستدامة في بيئات صاخبة مثل المطارات والسكك الحديدية والطرق السريعة [39،101]. كان أحد التصاميم المبكرة للمواد الميتامادية الصوتية التي أظهرت كفاءة عالية في عزل الصوت المنخفض التردد يتضمن أغشية رنانة [19،102،103]. تم عرض أحد هذه الهياكل [104] الذي يتميز بشبكة عسلية صلبة وطبقة خارجية مرنة، والمعروفة باسم هيكل ميتا (الشكل 14أ)، مما أدى إلى مؤشر تقليل الصوت (R) قدره 45 ديسيبل تحت 0.5 كيلو هرتز كما هو موضح في الشكل 14ب.

تم تعديل الهيكل بطرق مختلفة [105-107] لتحقيق أداء متفوق في نطاقات تردد محددة. هناك طريقتان رئيسيتان تستخدمان لبناء حواجز الصوت: واحدة تتضمن جدران رقيقة مع رنانات تتميز بترابط إيجابي مجمع، والأخرى هي بنية ثنائية الطبقة تستخدم ترابط ويليس، الذي أثبت
فعاليته في تطبيقات حواجز الصوت. تتضمن منهجية أخرى هياكل ميتا مسطحة مع تجاويف مرتبطة من خلال فتحة، والتي تم اختيارها لتحسين مؤشر تقليل الصوت. تشير النتائج إلى أن تأثير الترابط بين التجاويف المغلقة المرتبطة من خلال فتحة يمكن أن يؤثر على سلوك الصوت. وبالتالي، يمكن تعديل نصف قطر الفتحة لتحقيق أداء يعتمد على التردد. هذا التصميم لديه إمكانات كبيرة كحاجز ضوضاء [38،108] ويمكن أن يعالج المخاوف المتعلقة بالمواد الميتامادية. هذه الأمثلة توضح كيف يمكن استخدام المواد الميتامادية الصوتية لإنشاء حواجز صوتية قابلة للتوسع مناسبة للإنتاج الضخم.

عند النظر إلى المواد الميتامادية الصوتية القابلة للتعديل المناسبة لتقليل الصوت، يبدو أن معظم الأساليب تجمع بين البيزو والمواد الميتامادية الصوتية [109-112]. تم إجراء فحص نظري لمادة ميتامادية صوتية تتكون من حدود بيزو كهربائية [113]. كما تم عرض تطبيق البيزو الكهربائي المتصل للبحث في المواد الميتامادية الصوتية [114-116]، حيث يمكن لرقعة بيزو كهربائية تعديل التردد الرنيني. أدت هذه العروض إلى تطوير مفاهيم قابلة للتخصيص تتضمن مجالات بيزو كهربائية، مثل تلك الموجودة في الشكل 15. تم تصميم هذا النظام باستخدام سلسلة من العناصر المتطابقة المصنوعة عن طريق وضع طبقات بيزو كهربائية على مستويات متوازية من قرص، كما هو موضح في الشكل 15ب. تتيح هذه الطريقة ضبط الصلابة على طول مسار انتشار الصوت لتحقيق أهداف نقل الصوت المحددة.

بالإضافة إلى التحكم الكهروضغطي، تم أيضًا تجربة هياكل المواد الميتامادية التي تتميز بالتحكم الميكانيكي في الأدبيات [4]. هنا يتم استخدام الرنين المستهدف للتحكم في النقل من خلال تغيير حجم التجويف باستخدام مكبس. بينما تعتبر هذه الطريقة فعالة من الناحية النظرية ولها إمكانيات للاستخدام في تقليل نقل الصوت عبر القنوات، هناك قيود ميكانيكية على التحكم بها. قد يكون التحكم النشط ممكنًا، لكن التعديل الميكانيكي هو في الأساس سلبي بطبيعته. بمجرد إجراء التعديل، لا يمكن إجراء أي تعديلات بناءً على الاستجابة.

تشمل طريقة بديلة استخدام ظاهرة الانبعاج لإدارة النقل الصوتي [120]. تتضمن التقنية استخدام مصفوفة هيكلية مع غشاء مرن يحيط بهيكل شبيه باللوحة، كما هو موضح في الشكل 16. يتم ترتيب العوارض بطريقة توفر مساحة كافية للانبعاج تحت الضغط، مما يتسبب في تغيير تردد الرنين للهيكل وينتج عنه مستويات متفاوتة من نقل الصوت عبر الهيكل. بينما تقدم هذه الهياكل إمكانيات كبيرة، فإن تنفيذ التحكم الصوتي النشط الناتج عن الإجهاد يعد صعبًا.

فئة أخرى من المواد الميتامادية الصوتية المناسبة للاستخدام في عزل الصوت في الهواء هي تلك التي تتميز بهندسة من نوع الغشاء. تقدم هذه الفئات من المواد الميتامادية خصائص مناسبة بشكل خاص للهياكل البنائية الخفيفة حيث يُطلب تركيب مدمج لتحقيق تقليل مستهدف للضوضاء. وبالتالي، غالبًا ما يتم تطوير المواد الميتامادية الصوتية من نوع الغشاء باستخدام أغشية رقيقة جدًا تُحافظ على توترها من خلال مساعدة كتل موزعة بشكل استراتيجي. تؤدي اهتزازات هذه الأغشية ذات الإجهاد المستوي إلى نطاقات ترددية ضيقة عند الترددات المنخفضة. تقلل بشكل كبير من الصوت الذي يتم نقله [121]. وبالتالي، فإن هذه المواد الميتامادية مفيدة بشكل خاص في تحسين عزل الصوت في الترددات المنخفضة حيث غالبًا ما تكون المواد الصوتية التقليدية غير فعالة. علاوة على ذلك، عندما يتعلق الأمر بالمواد الميتامادية الصوتية من نوع الغشاء، يمكن ضبط نطاقات التردد المطلوبة لتقليل الضوضاء أثناء تصنيعها من خلال اختيار توتر الغشاء المناسب جنبًا إلى جنب مع حجم وموضع الكتل المجمعة [102،122-125].

أظهرت المواد الصوتية من نوع الغشاء الرنيني محليًا أنها تقلل من انتقال الموجات الصوتية بمقدار 5 مرات مقارنة بتوقعات قانون الكتلة الصوتية، خاصة عند الترددات التي تحقق أقصى مستوى من العزل الصوتي. تجعل هذه الخصائص منها خيارًا جذابًا لبناء المباني الخفيفة، مع الحد الأدنى من الكتلة الإضافية.

الدراسات التي أجراها سوي وآخرون [127] قد حسنت المواد الميتامادية الصوتية من نوع الغشاء باستخدام هيكل على شكل خلية نحل كما هو موضح في الشكل 17أ لتحقيق فقدان ممتاز في النقل للترددات المنخفضة (الشكل 17ب).

بالإضافة إلى العمارة المذكورة أعلاه، تم تصور ودراسة مجموعة من المواد الميتامادية من نوع الغشاء من قبل الباحثين على مر السنين لاستكشاف تطبيقاتها المحتملة على التحديات الصوتية في الحياة الواقعية. كانت واحدة من أوائل الأعمال المتعلقة بالمواد الميتامادية الصوتية من نوع الغشاء تتضمن غشاءً مشدودًا مع كتل مختلفة ملحقة، مما أدى إلى أنماط اهتزازية مختلفة تؤدي إلى سلوكيات نقل فريدة. بشكل عام، تظهر هذه النوعية من عمارة المواد الميتامادية غالبًا ذروتين وانخفاضًا واحدًا في منحنى نقل الصوت. بينما تكون ترددات أوضاع الذات لنظام الغشاء والكتلة مسؤولة عن الانخفاض، فإن التداخل المعاكس في الطور هو الذي يسبب الذروة. عند ترددات أوضاع الذات، كانت الإزاحات المتوسطة على الغشاء كبيرة نسبيًا، مما أدى إلى نقل صوتي عالٍ. تكون الإزاحة الاهتزازية في الحد الأدنى عند تردد الانخفاض، مما يسبب نقل صوت منخفض للغاية يتجاوز قانون الكتلة لفقدان نقل الصوت. يمكن أيضًا تعديل الكتلة المرفقة بالغشاء بشكل أكبر لأداء عزل صوتي أو نقل مستهدف.

بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم مادة ميتامادية صوتية بأسلوب غشاء مقيد بواسطة وانغ وزملائه [128]، كما هو موضح في الشكل 17c. يمكن تعديل حجم الدعامات المقيدة لتغيير عزل الصوت.

مما يؤدي إلى اختلاف في فقدان نقل الصوت عند الذروة، كما هو موضح في الشكل 17d. وهذا يؤدي إلى مستويات عزل صوتي مرتفعة بشكل ملحوظ. هذه الهياكل مناسبة تمامًا للفواصل البنائية خفيفة الوزن وذات الجدران الرقيقة المعروفة بانخفاض مؤشر تقليل الصوت عند الترددات المنخفضة. يمكن أيضًا استخدامها لجدران المباني الصناعية حيث يكون تقليل الصوت عند الترددات المنخفضة ذا أهمية كبيرة.

تشمل تنويعات هندسة المواد الميتامادية من نوع الغشاء المناسبة لاعتمادها لعزل الصوت في المباني هندسة مثقبة تم توضيحها بواسطة لانغفيلدت وآخرون [101]. كانت هذه الهندسة تتميز بكتلة حلقية مرتبطة بغشاء مثقب تسهل تدفق الهواء من خلال الغشاء. كشفت النتائج التجريبية أن هذه الهندسة تقدم نطاق عزل صوتي واسع على الترددات المنخفضة. تشمل الهندسة الملحوظة الأخرى مادة ميتامادية رقيقة تتميز بهندسة بسيطة لكتلة نابض مرتبة بشكل خطي مما يؤدي إلى أداء صوتي مستهدف [129]. وفقًا لبارك وآخرون [129]، فإن هندسة المواد الميتامادية الرقيقة والخفيفة للغاية مناسبة لعزل الصوت عند الترددات المنخفضة مما يجعلها مناسبة للمباني القريبة من الطرق السريعة وخطوط السكك الحديدية.

من بين الأنواع المختلفة من الميتامواد الصوتية، فإن الهيكل الشبيه باللوحة يثير اهتمامًا خاصًا عندما يتعلق الأمر بتطبيقه في acoustics المباني. يمكن أن تكون هذه الميتامواد فعالة بشكل خاص في عزل الصوت عند الترددات المنخفضة في المباني إذا تم دمجها بشكل مناسب في جدران المباني. وفقًا لـ Langfeldt و Gleine [130]، تتميز الميتامواد الصوتية الشبيهة باللوحة بهيكل رقيق ثنائي الأبعاد يتفاعل مع الترددات المنخفضة بكثافة سلبية، مما يوفر تحسينًا كبيرًا. بالمقارنة مع قانون الكتلة. وبالتالي، فإن المواد الميتامادية الصوتية ذات الألواح تعد واعدة في تطبيقات التحكم في الضوضاء حيث تكون الكتلة ومساحة التركيب محدودة.

مقارنة أداء المواد الميتامادية الشبيهة بالألواح بـ
معمارية نوع الغشاء، يتأثر الأخير بالتوتر في الغشاء الذي يتغير مع الاستخدام المتكرر مما يحد من تطبيقاتها في المجالات التي تتطلب تركيبًا طويل الأمد. في هذا الصدد، قد تقدم المواد الميتا التي تتميز بمعمارية نوع اللوحة احتمالية أعلى لتقليل الضوضاء في المباني. تم تصميم معمارية ميتا صوتية خفيفة الوزن ورقيقة للغاية من نوع اللوحة تتكون من لوحة نايلون ومرن من الإيثيلين-فينيل أسيتات بواسطة ما وآخرون. كشفت البيانات أن معمارية نوع اللوحة تقدم تحسينًا في تقليل الصوت عند الترددات المنخفضة. وفقًا لفراناسي وآخرون، وُجد أن المواد الميتا من نوع اللوحة تمتلك مؤشر تقليل صوت متفوق، كما يتضح من مجموعة دورية من خلايا الوحدة التي تتكون من لوحات محتجزة ضمن إطار شبكي، كما هو موضح في الشكل 18أ. هذا التصميم نحيف وخالٍ من العناصر الرنانة الثقيلة أو المقيدة التي تحد من تطبيقه. هيكل هذه المادة الميتا من نوع اللوحة مناسب أيضًا لتطبيقات التحكم في الضوضاء حيث الهدف هو تقليل كتلة المعالجة مع تحقيق مستوى محدد. قيمة.

عندما يتعلق الأمر بتطوير المواد الميتامادية لعزل الصوت في المباني، فإن قابلية توسيع التصميم تعتبر اعتبارًا مهمًا. بالنسبة للمواد الميتامادية من نوع الغشاء، فإن تكلفة التصنيع الدقيق والتحكم في تجانس الصلابة للغشاء لا تزال مشاكل صعبة. مع التركيز على حل هذه القضايا، قام أنغ وآخرون [132] بتطوير مواد ميتامادية صوتية من نوع اللوحة تتميز بمذبذبات موضوعة بشكل استراتيجي كما هو موضح في الشكل 18ب. تصميم مشابه يضم نوعًا مختلفًا من المذبذبات يضم تم اقتراح وحدات الخلايا كما هو موضح في الشكل 18c بواسطة لين وآخرون [133]. عند تقييم الأداء، أظهرت كلا المادتين الميتاماديرال خسارة كبيرة في النقل لطيف ترددي واسع. كما وُجد أن أداء تقليل الصوت لهذه المعماريات لم يكن معتمدًا على اتجاه اللوحة، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لتركيبها في المباني. من خلال دمج كفاءات معمارية ذات ورقتين، طور غازولا وآخرون [134] وحدة خلوية من نوع الصفيحة من مادة ميتاماديرال.

اللوحات الوجهية المتكاملة كما هو موضح في الشكل 18d. تم تصنيع اللوحة بطريقة الطباعة الإضافية من النايلون باستخدام عملية صهر الليزر الانتقائي، ووجد أن اللوحة توفر عزلًا صوتيًا عريض النطاق مناسبًا للاستخدام في جدران المباني. بشكل عام، تعالج هياكل المواد الميتامادية من نوع اللوحة الموضحة في الشكل 18 قضايا التصنيع والتخصيص وقابلية التوسع، مما يجعلها مناسبة للاعتماد الأوسع في عزل الصوت في المباني.

عندما يتعلق الأمر بالهندسة الصوتية، فإن تقليل الصوت من خلال التهوية الطبيعية والنوافذ يمثل تحديًا كبيرًا. بينما يؤدي زيادة مساحة الفتحات الخارجية إلى زيادة تدفق الهواء، فإن قدرة تقليل الضوضاء تتأثر بشكل عكسي. يتطلب حل هذه المشكلة نظام تهوية هجين يتميز باستراتيجيات تقليل الصوت دون عرقلة تدفق الهواء [135]. على الرغم من تقديم عدة أنواع من

حتى الآن، لم تكن المواد الميتامادية الصوتية مناسبة عندما تكون التهوية أو السماح بتدفق الهواء مطلبًا. ومع ذلك، يتم اقتراح عدة هياكل ميتامادية يمكن أن تقدم عزلًا صوتيًا دون التأثير على التهوية.

واحدة من أوائل الهياكل التي أظهرت إمكانيات المواد الميتامادية الصوتية المهواة في acoustics المباني هي نافذة الرنان الصوتي المهواة التي اقترحها كيم ولي [136] كما هو موضح في الشكل 19a. أظهرت الأداء الصوتي للهندسة المعمارية انخفاضًا يصل إلى 35 ديسيبل في مستويات ضغط الصوت عند التردد عبر نافذة 20 مم. تم إثبات إمكانية استخدام المواد الميتامادية المهواة التي يمكن أن تقدم عزلًا صوتيًا كبيرًا من قبل يو وآخرون [137]. تم تنفيذ الهيكل المقترح على نافذة مبنى كما هو موضح في الشكل 19ب، وقد أظهر أنه يوفر عزلًا صوتيًا كبيرًا من 0.6 إلى 1.6 كيلوهرتز.

قام كومار وآخرون [138] بإنشاء مادة ميتامادية مهوّاة، مناسبة لتقليل نقل الصوت، كما هو موضح في الشكل 19c. حقق التصميم قيم R تبلغ 18 ديسيبل، بينما كان تقريبًا نصف ( ) من المادة الميتامادية ظلت مفتوحة للتهوية. استخدم شياو وفريقه [139] نهج لف الفضاء لتقديم مادة ميتامادية موفرة للمساحة تتضمن رنانات متاهية تحيط بقناة تهوية مركزية، كما هو موضح في الشكل 19d. تقدم هذه البنية طريقًا ممكنًا لعزل الصوت يسمح بتهوية المباني مع تقديم قيم تصل إلى 30 ديسيبل عند تشمل المواد الميتامادية المهواة الملحوظة الأخرى تلك التي طورها يونغ وآخرون [140] وغفاريفاردافاغ وآخرون [141] التي أبلغت عن مواد ميتامادية صوتية مهواة تتميز بوجود ثقوب لتوفير عزل صوتي واسع النطاق. بشكل عام، فإن تنفيذ المواد الميتامادية الصوتية المهواة هو طريق واعد لتحقيق مؤشرات عالية لتقليل الصوت دون التضحية بتدفق الهواء.

لقد كانت هناك عدة أمثلة على ممتصات الميتامواد المهواة في الأدبيات [54،71،142]. ومع ذلك، فإن القليل منها قادر على تحقيق امتصاص صوت عالي الكفاءة. ) والتهوية ( نسبة سرعة الرياح) في نفس الوقت، وبالتالي فإن أدائها من حيث الامتصاص و/أو التهوية يفتقر إلى الكفاءة [143-145]. من أجل تحقيق تهوية عالية الأداء ( نسبة سرعة الرياح) وامتصاص الصوت ( في نفس الوقت، طور شيانغ وآخرون وأثبتوا تجريبيًا استخدام ماص الميتامواد ذو التهوية الفائقة (UVMA) [146]. تم استخدام القياسات التجريبية والحسابات العددية لتوضيح امتصاص وحدة UVMA، التي تتكون من رنانات أنبوبية مقسومة مرتبطة بشكل ضعيف. أجرى صن وآخرون أبحاثًا حول حواجز التهوية الصوتية واسعة النطاق وأنشأوا نموذجًا مسطحًا، بسمك دون الطول الموجي (حوالي حاجز تهوية صوتي يمنع الصوت عبر نطاق تردد واسع [147]. كان جزءًا من التصميم مسارين حلزونيين دائريين مع خطوات مختلفة وسطح ميتا مع فتحة مركزية مجوفة. وأشاروا إلى أن تصميمهم يعد واعدًا للتطبيقات التي تتطلب كل من نفاذية الهواء والعزل الصوتي، مثل تقليل الضوضاء والتهوية الطبيعية في المباني الخضراء.

في ضوء الزيادة غير المستدامة في درجات الحرارة الناتجة عن تغير المناخ، شهدت أنظمة التهوية الميكانيكية في المباني تحسينات فعالة في السنوات الأخيرة. الضوضاء الناتجة عن شفرات مروحة الثلاجة الدوارة هي واحدة من القضايا الرئيسية إذا كان لكل مبنى سكني نظام تهوية ميكانيكية. من أجل تحقيق تخفيف الصوت، بحث Trematerra وآخرون في استخدام المواد الميتا لتصنيع فلاتر تخفيف الصوت التي سيتم وضعها داخل صناديق أنظمة التهوية الميكانيكية [148]. تم تحليل تكوينات مختلفة لهيكل شبكي ثلاثي الأبعاد على شكل كرة بالنسبة لعدد الطبقات المستخدمة. علاوة على ذلك، بحث Kumar وآخرون في استخدام ألواح نوافذ ميتا صوتية مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد للتهوية وتدوير الهواء [138]. وأشاروا إلى أن الهيكل الميتا، الذي ينتج عن الاقتران الضعيف للثقبين المربعين المثقوبين المتطابقين وغرفة هيلمهولتز المشتركة التي تشكل الممتص، هو المسؤول عن ذروة الكفاءة العالية لامتصاص الصوت عند السقوط العمودي العادي ( ) وفقدان النقل عند السقوط العمودي العادي الذي يبلغ حوالي 18 ديسيبل.

ومع ذلك، من أجل تجاوز قانون الكتلة، يجب إعطاء اعتبار دقيق عند اختيار المواد الميتا الصوتية لعزل الصوت
مع الأخذ في الاعتبار نوع جدران المباني والنوافذ والتهوية المعالجة. ومع ذلك، من أجل التنفيذ العملي على نطاق واسع للمواد الميتا الصوتية لعزل المباني، هناك حاجة إلى تطوير مستمر لهياكل خفيفة الوزن قادرة على تحمل الأحمال والتي تتمتع بقوة ودوام ملحوظين [93].

تعتبر تلوث الصوت مشكلة عالمية كبيرة حيث لا يمكن دائمًا للمواد الصوتية التقليدية تقديم الراحة الصوتية المطلوبة. ومع ذلك، يمكن أن تقدم هياكل المواد الميتا حلولًا جديدة لتخفيف الضوضاء، خاصة في المباني الخفيفة الوزن. كما تم مناقشته حتى الآن، كشفت التطورات الأخيرة في المواد الميتا الصوتية عن العديد من الهياكل المناسبة لكل من امتصاص الصوت وعزل الصوت. غالبًا ما تكون المواد الميتا خفيفة الوزن ومضغوطة وقد أظهرت فعالية استثنائية في تقليل الضوضاء ذات التردد المنخفض، وهي مهمة كانت المواد الصوتية التقليدية تكافح معها تقليديًا.

على الرغم من البحث المستمر، لم تتحقق بعد المنتجات التجارية لعزل الصوت المستندة إلى المواد الميتا الصوتية. ومع ذلك، من الواضح أن جهود البحث تشكل الخطوات الحتمية التي تؤدي في النهاية إلى هياكل مناسبة لبناء المباني الخفيفة الوزن. في هذا الصدد، يُعلم البحث أن التقدم في المواد الميتا الصوتية لصناعة البناء يدخل مرحلة حيث تكون القابلية للتخصيص هي الهدف الرئيسي. من ناحية أخرى، من المتوقع أن يأخذ التحكم في التردد المواد الميتا إلى أفق يتسع باستمرار حيث سيتمكن السكان من تخصيص نطاق التردد المطلوب عزلها.

تعتبر القيود الكبيرة على الاستخدام الفعلي لمعظم المواد الميتا الصوتية المتطورة هي نطاق التردد المحدود أو أحيانًا التشغيل بتردد واحد. هذا صحيح بشكل خاص للهياكل الرنانة. تتوفر العديد من تقنيات التصميم المتكاملة لزيادة عرض النطاق الترددي وتحسين خصائصها عبر مجموعة واسعة من الترددات. ومع ذلك، قد تتعرض كثافة الهيكل للخطر بسبب هذه الاستراتيجية. وبالتالي، فإن استخدام المواد الميتا النشطة كنهج تصميم فريد قد يضمن، إلى حد ما، كل من نطاق تردد عمل واسع وكثافة الهيكل. علاوة على ذلك، من الواضح أن الخسائر الحرارية اللزجة الكامنة داخل المواد الميتا الصوتية تؤثر بشكل كبير على خصائصها وعملياتها، خاصة بالنسبة للمواد الميتا الصوتية الناقلة حيث قد تؤدي هذه الخسائر إلى انخفاض الطاقة الصوتية المنقولة وارتفاع معامل النقل.

بالنسبة للغالبية العظمى من المواد الميتا الصوتية، فإن ظاهرة الرنين المحلي تُعلم قدراتها العالية على امتصاص الصوت أو انخفاض نقل الصوت. ومع ذلك، يؤدي ذلك إلى نطاق تردد ضيق من الأداء الأقصى، وهو عيب رئيسي. طريقة محتملة لتحسين نطاق تردد الأداء هي تجميع مواد ميتا متعددة مصنفة حسب عرض نطاق رنينها. على الرغم من أن أمثلة مثل هذه التجميعات في العزل قد تم عرضها من قبل Jiang وآخرون [56] وJiménez وآخرون [149]، إلا أن تركيبها وتجميعها من وجهة نظر عزل المباني يتطلب مزيدًا من البحث.

تعتبر واحدة من التحديات في مجال المواد الميتا الصوتية هي كيفية تصنيعها. على الرغم من أن تطوير التصنيع الإضافي واستخدامه على نطاق واسع قد حفز التقدم العلمي، لا تزال هناك عقبات أمام التطبيق العملي للمواد الميتا الصوتية. تم تحقيق تطوير
المواد الميتا والتحقق من التصاميم المعقدة بفضل التقدم في تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد. من ناحية أخرى، بسبب نقص المتانة في عمليات التصنيع والأحجام وخصائص المواد، لا تزال تحسين العمليات والاستدامة لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد تحديات كبيرة. على سبيل المثال، قد تؤثر ضغوط ما قبل الشد التي يصعب تعديلها والحفاظ عليها لفترة طويلة على بعض الميزات لمعظم المواد الميتا الصوتية من نوع الغشاء. يتم الآن إنتاج معظم المواد الميتا الصوتية من نوع الغشاء يدويًا وتتطلب مجموعة واسعة من المواد ذات الخصائص المختلفة، مما يؤدي للأسف إلى فقدان التناسق. لذلك، من الضروري تطوير تقنيات تصنيع أكثر تطورًا لاستخدام تكنولوجيا المواد الميتا الصوتية في التطبيقات الحقيقية [150].

قبل أن تصبح المواد الميتا الصوتية شائعة لعزل الصوت في المباني، يجب معالجة التحديات الحالية المتعلقة بالتصنيع الضخم ومنخفض التكلفة. من أجل القيام بذلك، يجب أن يتم تصور تصاميم المواد الميتا الصوتية مع مراعاة التوسع السهل والتصنيع منخفض التكلفة [151]. كما أن توفر تقنيات التصنيع الإضافي يوفر مسارًا واعدًا فيما يتعلق بتصنيع الأشكال الهندسية المعقدة التي تشكل جزءًا لا يتجزأ من المواد الميتا الصوتية. ومع ذلك، لا تزال عملية التصنيع الإضافي بطيئة نسبيًا ومكلفة للتصنيع الضخم. علاوة على ذلك، لا تزال قدرة التصنيع الإضافي كتكنولوجيا للعمل مع مواد متعددة وصديقة للبيئة ليست واسعة الانتشار. على الرغم من أن التصنيع الإضافي لم يصبح بعد تقنية تصنيع جماعي، إلا أن التكنولوجيا تتطور بسرعة بهدف سد هذه الفجوة. وبالتالي، ستحدث اعتماد المواد الميتا الصوتية لعزل الصوت في المباني في المستقبل القريب.

يمكن تقليل الصوت المنقول عبر الهيكل عند الترددات المتوسطة إلى العالية بفعالية من خلال طرق التحكم في الضوضاء التقليدية المستخدمة في قطاع البناء؛ بينما لا يزال من الصعب إدارة الصوت المنقول عبر الهيكل عند الترددات المنخفضة باستخدام مثل هذه الطرق الخفيفة. تمكن الباحثون من تصميم أفكار جديدة لمت材 الصوتيات يمكن أن تقلل من الصوت المنقول عبر الهيكل عند الترددات المنخفضة بفضل التحسينات الأخيرة في تكنولوجيا التصنيع الإضافي. يمكن لمت材 الصوتيات تعديل والتحكم في موجات الصوت بطرق لا يمكن تحقيقها مع المواد التقليدية. تجعل المت材 التي لها معامل انكسار صفري أو حتى سالب للصوت التحكم في الصوت على مقاييس دون الطول الموجي والتصوير الصوتي ممكنًا. تعمل المت材 الصوتية ذات الخصائص غير المتجانسة للغاية ونظرية الصوتيات التحويلية معًا لتنظيم كيفية تشوه مجالات الصوت بدقة. يمكن استخدام هذه القدرة، على سبيل المثال، لتغطية أو إخفاء الأشياء عن الكشف بواسطة موجات الصوت. وقد أدى ذلك إلى إنشاء مواد قابلة لإعادة التكوين ديناميكيًا، تعوض الفقد، ومتوازنة زمنياً من حيث التماثل للتلاعب بالصوت. تستخدم المت材 الصوتية النشطة التحكم الخارجي لتوفير ميزات مادية فعالة لا يمكن تحقيقها مع الهياكل السلبية. من بين التحديات المستمرة تطوير طرق فعالة لإنشاء هياكل مت材 كبيرة النطاق وتحويل الأبحاث المخبرية إلى أجهزة وظيفية.

تقييم الضوضاء بكفاءة في بيئة (مثل المرور، المطار، المسرح ومناطق عامة أخرى) حيث تتغير مصادر الصوت بشكل عشوائي هو مشكلة مهمة أخرى. قد يؤدي تقييم الضوضاء غير الدقيق إلى تركيب هياكل صوتية ميتا مصممة بشكل سيء. يجب أن تأخذ تطوير المواد الصوتية الميتا للتطبيقات الخارجية في الاعتبار أيضًا الظروف البيئية مثل الرطوبة ودرجة الحرارة. يتأثر سلوك انتشار الصوت بالظروف البيئية.

تقدم الإنشاءات الخشبية عادة مقاومة أقل للضغط الناتج عن الصدمات من حيث الكتلة والمرونة لأنها أخف وزناً وأقل صلابة من الفولاذ والخرسانة، والعلاجات المستخدمة حالياً لعزل الصوت تؤدي عملاً ضعيفاً في تقليل الصوت. النطاق. أصبح من الممكن الآن تقليل الموجات في المواد الميتامادية الصوتية بفضل نجاح الخصائص التي كانت غير قابلة للتحقيق مثل معامل الحجم، والصلابة، وكثافة الكتلة اللانهائية أو السلبية [155]. ولكن لا تزال هناك مشاكل يجب حلها من حيث
السعة الهيكلية، والكتلة الإضافية المفروضة، ونطاق نطاقات التردد المخففة. في محاولة لفهم تطبيقات تخفيف الصوت بشكل أفضل، قام أسوار وآخرون [156] بإجراء تقييمات نظرية ورقمية لسلوك مادة ميتامادية صوتية من نوع اللوحة في بيئة صوتية جوية. تم أخذ تكوينين في الاعتبار: أحدهما يعتمد على الأعمدة والآخر على النوابض والكتلة. لقد أظهروا أن المادة الميتامادية التي تم فحصها قد تولد فقدانًا كبيرًا في نقل الصوت (STL) في نطاق التردد الصوتي، مما يشير إلى أن النظام مناسب وفعال جدًا للتطبيقات التي تتضمن تخفيف الصوت والاهتزاز. علاوة على ذلك، اقترحوا أن المادة الميتامادية من نوع اللوحة يمكن أن تكون وسيلة محتملة للتغلب على قيود تردد التوافق، مما يؤدي إلى نقل صوت عالٍ عبر الألواح لتوفير الحماية الصوتية، من خلال استخدام رنانات منخفضة التردد مختارة بعناية.

تزداد الوثائق المتعلقة بالبحث في المواد الميتامادية الصوتية التي يمكن أن تقدم خصائص عالية لامتصاص الصوت والعزل الصوتي. وبناءً على ذلك، حددت المراجعة مجموعة من هياكل المواد الميتامادية الصوتية التي يمكن اعتمادها لتعزيز عزل الصوت في المباني. لا تقدم هذه المواد الميتامادية خصائص صوتية قابلة للتخصيص فحسب، بل تتفوق أيضًا بشكل كبير على المواد التقليدية في تقليل الصوت عند الترددات المنخفضة بما يتجاوز قانون الكتلة. تجعل هذه الخصائص المواد الميتامادية الصوتية مرشحين مثاليين للمباني الخفيفة ومشاريع الإسكان القريبة من المطارات وخطوط السكك الحديدية والطرق السريعة. على الرغم من أنه يمكن استيعاب معظم المواد الميتامادية الصوتية عند تصميم هياكل المباني الخفيفة، يبدو أن الهيكل الشبيه باللوحة يقدم أكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة لتعزيز العزل الصوتي. وهذا يعني أنه يمكن دمج هيكل المواد الميتامادية الشبيهة باللوحة في جدران وأرضيات المباني لزيادة مؤشر تقليل الصوت (R) مع الحفاظ على الكتلة منخفضة. من ناحية أخرى، لتحسين الصوتيات في الغرف، يجب أن يتم التركيز على اختيار المواد الميتامادية الصوتية التي يمكن أن تقدم أعلى معامل لامتصاص الصوت. ) على نطاق تردد واسع. بخلاف التطبيقات المتخصصة، فإن الممارسة القياسية في صناعة البناء هي استخدام مواد توفر امتصاص صوتي واسع النطاق من أجل الراحة الصوتية العامة. هنا يمكن استخدام المواد الميتامادية الصوتية القائمة على التجاويف، أو التواء الفضاء، أو التدرج بالتزامن مع المواد التقليدية لتحقيق تحسين في امتصاص الصوت عند الترددات المنخفضة. هذه الطريقة مناسبة أيضًا لتحسين عزل الصوت عند نطاق محدد من الترددات التي تهم بشكل خاص، مما يوفر مرونة كبيرة. ربما يكون الدور الأكثر تحولًا للمواد الميتامادية الصوتية في المباني المستقبلية هو مساهمتها في تحسين عزل الصوت للتهوية، والقنوات، والنوافذ. تقدم المواد الميتامادية الصوتية المهواة وعودًا كبيرة في هذا الصدد وقد أظهرت عزلًا صوتيًا كبيرًا مع تسهيل تهوية الهواء والضوء. بشكل عام، ستؤدي المواد الميتامادية الصوتية القابلة للتعديل والمتعددة الوظائف عند دمجها في المباني المستقبلية إلى توفير كبير في المساحة وخفة الوزن مقارنة بتصميم العزل التقليدي. على الرغم من الاهتمام المشجع والنماذج الصغيرة، لا يزال عرض الإنتاجات الكبيرة في العديد من الحالات قيد الانتظار. عامل إضافي هو الإنتاج بكميات كبيرة وقابلية التوسع التي تثير الشكوك حول جدواها الاقتصادية. أخيرًا، يتطلب تسريع اعتماد المواد الميتامادية الصوتية من قبل صناعة البناء مزيدًا من البحث لإظهار أدائها في عزل الصوت على مقاييس مناسبة وفقًا للمعايير الصوتية المناسبة.

أرون أرجونان: الكتابة – المراجعة والتحرير، الكتابة – المسودة الأصلية، التحقق، المنهجية، التحقيق، التحليل الرسمي، التصور. أحمد باروتاجي: الكتابة – المراجعة والتحرير، المنهجية، التحقيق، التحليل الرسمي، التصور. جون روبنسون: الكتابة – المراجعة والتحرير، المنهجية، التحقيق، الرسمي.
تحليل، تصوّر. آرون فانس: الكتابة – المراجعة والتحرير، المنهجية، التحقيق، التحليل الرسمي، التصور. أبو العرفات: الكتابة – المراجعة والتحرير، المنهجية، التحقيق، التحليل الرسمي، التصور.

يؤكد جميع المؤلفين الذين تم ذكر أسمائهم أدناه أنهم ليس لديهم أي ارتباطات أو مشاركة مع أي منظمة أو كيان له مصلحة مالية (مثل الأتعاب؛ المنح التعليمية؛ المشاركة في لجان المتحدثين؛ العضوية، التوظيف، الاستشارات، ملكية الأسهم، أو أي مصلحة أخرى في الأسهم؛ والشهادات الخبيرة أو ترتيبات ترخيص براءات الاختراع)، أو مصلحة غير مالية (مثل العلاقات الشخصية أو المهنية، الارتباطات، المعرفة أو المعتقدات) في الموضوع أو المواد التي تم مناقشتها في هذه المخطوطة.

ستكون البيانات متاحة عند الطلب.

[1] S.E. Kishore, R. Sujithra, B. Dhatreyi, A review on latest acoustic noise mitigation materials, Mater. Today Proc. 47 (2021) 4700-4707, https://doi.org/10.1016/j. matpr.2021.05.600.
[2] A. Arjunan, A. Baroutaji, A.S. Praveen, A.G. Olabi, C.J. Wang, Acoustic performance of metallic foams, in: Ref. Modul. Mater. Sci. Mater. Eng., Elsevier, 2019, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.11561-9.
[3] M.H. Lu, L. Feng, Y.F. Chen, Phononic crystals and acoustic metamaterials, Mater. Today 12 (2009) 34-42, https://doi.org/10.1016/S1369-7021(09)70315-3.
[4] K.J.B. Lee, M.K. Jung, S.H. Lee, Highly tunable acoustic metamaterials based on a resonant tubular array, Phys. Rev. B Condens. Matter (2012), https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.86.184302.
[5] X. Zhang, Z. Qu, H. Wang, Engineering Acoustic Metamaterials for Sound Absorption: from Uniform to Gradient Structures, Elsevier Inc., 2020, https://doi. org/10.1016/j.isci.2020.101110.
[6] S.A. Cummer, J. Christensen, A. Alù, Controlling sound with acoustic metamaterials, Nat. Rev. Mater. 1 (2016), https://doi.org/10.1038/ natrevmats.2016.1.
[7] G. Ma, P. Sheng, Acoustic metamaterials: from local resonances to broad horizons, Sci. Adv. 2 (2016), https://doi.org/10.1126/sciadv. 1501595.
[8] V. Fedotov, Metamaterials, Springer Handbooks, 2017, https://doi.org/10.1007/ 978-3-319-48933-9_56.
[9] A. Arjunan, C.J. Wang, K. Yahiaoui, D.J. Mynors, T. Morgan, V.B. Nguyen, M. English, Sound frequency dependent mesh modelling to simulate the acoustic insulation of stud based double-leaf walls, in: Proc. ISMA 2014 – Int. Conf. Noise Vib. Eng. USD 2014 – Int. Conf. Uncertain, Struct. Dyn., 2014.
[10] A. Arjunan, C.J. Wang, K. Yahiaoui, D.J. Mynors, T. Morgan, V.B. Nguyen, M. English, Development of a 3D finite element acoustic model to predict the sound reduction index of stud based double-leaf walls, J. Sound Vib. 333 (2014) 6140-6155, https://doi.org/10.1016/j.jsv.2014.06.032.
[11] G. Ji, J. Huber, Recent progress in acoustic metamaterials and active piezoelectric acoustic metamaterials – a review, Appl. Mater. Today 26 (2022) 101260, https:// doi.org/10.1016/j.apmt.2021.101260.
[12] P.F. Pai, G. Huang, S. of, Photo-optical Instrumentation Engineers, Theory and Design of Acoustic Metamaterials, 2015. https://books.google.co.uk/books?id =EIdRjwEACAAJ.
[13] V. Romero-Garcia, A.C. Hladky-Hennion, Fundamentals and Applications of Acoustic Metamaterials: from Seismic to Radio Frequency, Wiley, 2019. https: //books.google.co.uk/books?id=CvulDwAAQBAJ.
[14] Z. Chen, B. Guo, Y. Yang, C. Cheng, Metamaterials-based enhanced energy harvesting: a review, Phys. B Condens. Matter (2014), https://doi.org/10.1016/j. physb.2013.12.040.
[15] N. Kaina, F. Lemoult, M. Fink, G. Lerosey, Negative refractive index and acoustic superlens from multiple scattering in single negative metamaterials, Nature (2015), https://doi.org/10.1038/nature14678.
[16] L. Terrenoir, J. Lartigau, A. Arjunan, L. Laguna Salvado, C. Merlo, Influence of wire feed speed and torch speed on the mechanical properties of wire arc additively manufactured stainless steel, J. Manuf. Sci. Eng. 145 (2023) 101012, https://doi.org/10.1115/1.4063108.
[17] A. Cano-Vicent, M.M. Tambuwala, S.S. Hassan, D. Barh, A.A.A. Aljabali, M. Birkett, A. Arjunan, Á. Serrano-Aroca, Fused deposition modelling: current status, methodology, applications and future prospects, Addit. Manuf. 47 (2021) 102378, https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102378.
[18] A. Arjunan, A. Baroutaji, J. Robinson, Advances in acoustic metamaterials, in: Ref. Modul. Mater. Sci. Mater. Eng., Elsevier, 2021, https://doi.org/10.1016/ B978-0-12-815732-9.00091-7.
[19] Z. Yang, J. Mei, M. Yang, N.H. Chan, P. Sheng, Membrane-type acoustic metamaterial with negative dynamic mass, Phys. Rev. Lett. (2008), https://doi. org/10.1103/PhysRevLett.101.204301.
[20] T.J. Cox, P. D’Antonio, Acoustic Absorbers and Diffusers : Theory, Design and Application, Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2016.
[21] Y. Tao, M. Ren, H. Zhang, T. Peijs, Recent progress in acoustic materials and noise control strategies – a review, Appl. Mater. Today 24 (2021) 101141, https://doi. org/10.1016/j.apmt.2021.101141.
[22] Z. Sü, S. Yilmazer, The acoustical characteristics of the kocatepe mosque in ankara, Turkey, Architect. Sci. Rev. 51 (2008) 21-30, https://doi.org/10.3763/ asre.2008.5104.
[23] Z. Sü, M. Çalışkan, Acoustical design and noise control in metro stations: case studies of the ankara metro system, Build. Acoust. 14 (2007) 203-221, https:// doi.org/10.1260/135101007781998910.
[24] X. Peng, J. Ji, Y. Jing, Composite honeycomb metasurface panel for broadband sound absorption, J. Acoust. Soc. Am. (2018), https://doi.org/10.1121/ 1.5055847.
[25] J. Mei, G. Ma, M. Yang, Z. Yang, W. Wen, P. Sheng, Dark acoustic metamaterials as super absorbers for low-frequency sound, Nat. Commun. 3 (2012), https://doi. org/10.1038/ncomms1758.
[26] Y. Du, W. Wu, W. Chen, Y. Lin, Q. Chi, Control the structure to optimize the performance of sound absorption of acoustic metamaterial: a review, AIP Adv. 11 (2021).
[27] K. Steiger, Control of Static and Dynamic Mechanical Response of Piezoelectric Composite Shells: Applications to Acoustics and Adaptive Optics, 2013, https:// doi.org/10.13140/RG.2.1.2731.1120.
E. Davies, 27 – noise and vibration, in: D.A. Snow (Ed.), Plant Eng. Ref. B, second ed., second ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, 2002, pp. 16-27, https://doi. org/10.1016/B978-075064452-5/50082-1.
[29] C.J. Naify, C.-M. Chang, G. McKnight, F. Scheulen, S. Nutt, Membrane-type metamaterials: transmission loss of multi-celled arrays, J. Appl. Phys. 109 (2011) 104902, https://doi.org/10.1063/1.3583656.
[30] Analytic Modeling of Sound Transmission through Membrane-Type Acoustic Metamaterials – M.C. Gill Composites Center, (n.d.). https://composites.usc.edu/ 2018/04/03/soundtransmissionthroughmembrane/(accessed August 31, 2022).
[31] Y.-Z. Wang, L. Ma, Sound insulation performance of membrane-type metamaterials combined with pyramidal truss core sandwich structure, Compos. Struct. 260 (2021) 113257.
[32] F. Ma, C. Wang, C. Liu, J.H. Wu, Structural designs, principles, and applications of thin-walled membrane and plate-type acoustic/elastic metamaterials, J. Appl. Phys. 129 (2021).
[33] C.R. Fuller, G. Mathur, Poro-elastic acoustic meta materials, in: INTER-NOISE NOISE-CON Congr. Conf. Proc., Institute of Noise Control Engineering, 2017, pp. 1581-1590.
[34] X. Sagartzazu, L. Hervella-Nieto, J.M. Pagalday, Review in sound absorbing materials, Arch. Comput. Methods Eng. 15 (2008) 311-342.
[35] J. Landaluze, I. Portilla, J.M. Pagalday, A. Martínez, R. Reyero, Application of active noise control to an elevator cabin, Control Eng. Pract. 11 (2003) 1423-1431.
[36] M. Cuesta, P. Cobo, A. Fernández, J. Pfretzschner, Using a thin actuator as secondary source for hybrid passive/active absorption in an impedance tube, Appl. Acoust. 67 (2006) 15-27.
[37] W.H. Organization, Environmental Noise Guidelines for the European Region, World Health Organization. Regional Office for Europe, 2018.
[38] A. Arjunan, C. Wang, M. English, M. Stanford, P. Lister, A computationallyefficient numerical model to characterize the noise behavior of metal-framed walls, Metals 5 (2015) 1414-1431, https://doi.org/10.3390/met5031414.
[39] A. Arjunan, J. Rackley, M. Stanford, Experimental investigation on the sound reduction performance of frequency controlled acoustic interference cavities, in: Proc. INTER-NOISE 2016-45th Int. Congr. Expo. Noise Control Eng. Towar. A Quieter Futur., 2016.
[40] H.H. Huang, C.T. Sun, G.L. Huang, On the negative effective mass density in acoustic metamaterials, Int. J. Eng. Sci. (2009), https://doi.org/10.1016/j. ijengsci.2008.12.007.
[41] M.R. Haberman, M.D. Guild, Acoustic metamaterials, Phys. Today (2016), https://doi.org/10.1063/PT.3.3198.
[42] M. Caleap, B.W. Drinkwater, P.D. Wilcox, Effective dynamic constitutive parameters of acoustic metamaterials with random microstructure, New J. Phys. 14 (2012) 33014, https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/3/033014.
[43] P. Sheng, J. Mei, Z. Liu, W. Wen, Dynamic mass density and acoustic metamaterials, Phys. B Condens. Matter (2007), https://doi.org/10.1016/j. physb.2006.12.046.
[44] M.I. Hussein, M.J. Frazier, Damped Phononic Crystals and Acoustic Metamaterials, 2013, https://doi.org/10.1007/978-3-642-31232-8_6.
[45] M.F. Ponge, O. Poncelet, D. Torrent, Dynamic homogenization theory for nonlocal acoustic metamaterials, Extrem. Mech. Lett. (2017), https://doi.org/ 10.1016/j.eml.2016.10.006.
[46] C. Coulais, D. Sounas, A. Alù, Static non-reciprocity in mechanical metamaterials, Nature (2017), https://doi.org/10.1038/nature21044.
[47] M. Kadic, T. Bückmann, R. Schittny, M. Wegener, Metamaterials beyond electromagnetism, Rep. Prog. Phys. (2013), https://doi.org/10.1088/0034-4885/ 76/12/126501.
[48] J. Liu, H. Guo, T. Wang, A review of acoustic metamaterials and phononic crystals, Crystals (2020), https://doi.org/10.3390/cryst10040305.
[49] X. Zhou, X. Liu, G. Hu, Elastic metamaterials with local resonances: an overview, Theor. Appl. Mech. Lett. (2012), https://doi.org/10.1063/2.1204101.
[50] V. Fokin, M. Ambati, C. Sun, X. Zhang, Method for retrieving effective properties of locally resonant acoustic metamaterials, Phys. Rev. B Condens. Matter (2007), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.144302.
[51] S. Kumar, H. Lee, The present and future role of acoustic metamaterials for architectural and urban noise mitigations, Acoustics (2019), https://doi.org/ 10.3390/acoustics1030035.
[52] M.D. Guild, V.M. García-Chocano, W. Kan, J. Sánchez-Dehesa, Acoustic metamaterial absorbers based on multilayered sonic crystals, J. Appl. Phys. (2015), https://doi.org/10.1063/1.4915346.
[53] Y. Tang, S. Ren, H. Meng, F. Xin, L. Huang, T. Chen, C. Zhang, T.J. Lu, Hybrid acoustic metamaterial as super absorber for broadband low-frequency sound, Sci. Rep. (2017), https://doi.org/10.1038/srep43340.
[54] T. Lee, T. Nomura, E.M. Dede, H. Iizuka, Ultrasparse acoustic absorbers enabling fluid flow and visible-light controls, Phys. Rev. Appl. (2019), https://doi.org/ 10.1103/PhysRevApplied.11.024022.
[55] A.C. Slagle, C.R. Fuller, Low frequency noise reduction using poro-elastic acoustic metamaterials, in: 21st AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf, 2015, https://doi.org/ 10.2514/6.2015-3113.
[56] X. Jiang, B. Liang, R.Q. Li, X.Y. Zou, L.L. Yin, J.C. Cheng, Ultra-broadband absorption by acoustic metamaterials, Appl. Phys. Lett. (2014), https://doi.org/ 10.1063/1.4904887.
[57] S. Ebrahimi-Nejad, M. Kheybari, Honeycomb locally resonant absorbing acoustic metamaterials with stop band behavior, Mater. Res. Express (2018), https://doi. org/10.1088/2053-1591/aadbe2.
[58] S. Cho, B. Kim, D. Min, J. Kang, J. Park, Acoustic metamaterial panel composed of funnel-shaped cell unit having multi-band negative material properties, in: INTERNOISE 2014-43rd Int. Congr. Noise Control Eng. Improv, World Through Noise Control, 2014.
[59] J. Niu, J. Wu, Low frequency wide band sound absorption performance of asymmetric type acoustic metamaterials, Zhendong Yu Chongji/Journal Vib. Shock. (2018), https://doi.org/10.13465/j.cnki.jvs.2018.19.007.
[60] S. Ortiz, C. Gonzalez, P. Cobo, F. Montero de Espinosa, Attenuating open cavity tones by lining its walls with microperforated panels, Noise Control Eng. J. 62 (2014) 145-151, https://doi.org/10.3397/1/376215.
[61] J. Pfretzschner, P. Cobo, F. Simón, M. Cuesta, A. Fernández, Microperforated insertion units: an alternative strategy to design microperforated panels, Appl. Acoust. 67 (2006) 62-73, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2005.05.005.
[62] S. Greiner, K. Wudy, L. Lanzl, D. Drummer, Selective laser sintering of polymer blends: bulk properties and process behavior, Polym. Test. 64 (2017) 136-144, https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2017.09.039.
[63] A. Arjunan, M. Demetriou, A. Baroutaji, C. Wang, Mechanical performance of highly permeable laser melted Ti6Al4V bone scaffolds, J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 102 (2020) 103517, https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103517.
[64] A. Arjunan, Acoustic absorption of passive destructive interference cavities, Mater. Today Commun. 19 (2019) 68-75, https://doi.org/10.1016/j. mtcomm.2018.12.012.
[65] A. Arjunan, Targeted sound attenuation capacity of 3D printed noise cancelling waveguides, Appl. Acoust. 151 (2019) 30-44, https://doi.org/10.1016/j. apacoust.2019.03.008.
D. Roca, D. Yago, J. Cante, O. Lloberas-Valls, J. Oliver, Computational design of locally resonant acoustic metamaterials, Comput. Methods Appl. Mech. Eng. (2019), https://doi.org/10.1016/j.cma.2018.10.037.
[67] H. Xie, Y. Lyu, Sound absorption characteristics of the perforated panel resonator with tube bundles, 21st Int. Congr. Sound Vib. (2014), Volume 1, pp. 5010, ICSV 2014, 2014.
[68] X. Wang, Y. Chen, G. Zhou, T. Chen, F. Ma, Synergetic coupling large-scale platetype acoustic metamaterial panel for broadband sound insulation, J. Sound Vib. (2019), https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.114867.
[69] S.W. Ren, L. Van Belle, C. Claeys, F.X. Xin, T.J. Lu, E. Deckers, W. Desmet, Improvement of the sound absorption of flexible micro-perforated panels by local resonances, Mech. Syst. Signal Process. (2019), https://doi.org/10.1016/j. ymssp.2018.07.046.
[70] T.A. Starkey, J.D. Smith, A.P. Hibbins, J.R. Sambles, H.J. Rance, Thin structured rigid body for acoustic absorption, Appl. Phys. Lett. (2017), https://doi.org/ 10.1063/1.4974487.
[71] L.J. Li, B. Zheng, L.M. Zhong, J. Yang, B. Liang, J.C. Cheng, Broadband compact acoustic absorber with high-efficiency ventilation performance, Appl. Phys. Lett. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5038184.
[72] S. Huang, X. Fang, X. Wang, B. Assouar, Q. Cheng, Y. Li, Acoustic perfect absorbers via Helmholtz resonators with embedded apertures, J. Acoust. Soc. Am. (2019), https://doi.org/10.1121/1.5087128.
[73] C.R. Liu, J.H. Wu, X. Chen, F. Ma, A thin low-frequency broadband metasurface with multi-order sound absorption, J. Phys. D Appl. Phys. (2019), https://doi. org/10.1088/1361-6463/aafaa3.
[74] A.A. Fernández-Marín, N. Jiménez, J.P. Groby, J. Sánchez-Dehesa, V. RomeroGarcía, Aerogel-based metasurfaces for perfect acoustic energy absorption, Appl. Phys. Lett. (2019), https://doi.org/10.1063/1.5109084.
[75] X. Cai, Q. Guo, G. Hu, J. Yang, Ultrathin low-frequency sound absorbing panels based on coplanar spiral tubes or coplanar Helmholtz resonators, Appl. Phys. Lett. 105 (2014) 121901, https://doi.org/10.1063/1.4895617.
[76] S. Huang, X. Fang, X. Wang, B. Assouar, Q. Cheng, Y. Li, Acoustic perfect absorbers via spiral metasurfaces with embedded apertures, Appl. Phys. Lett. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5063289.
[77] G. Ma, M. Yang, S. Xiao, Z. Yang, P. Sheng, Acoustic metasurface with hybrid resonances, Nat. Mater. 13 (2014) 873-878, https://doi.org/10.1038/nmat3994.
[78] Y. Aurégan, Ultra-thin low frequency perfect sound absorber with high ratio of active area, Appl. Phys. Lett. 113 (2018) 201904, https://doi.org/10.1063/ 1.5063504.
[79] X. Wang, X. Luo, H. Zhao, Z. Huang, Acoustic perfect absorption and broadband insulation achieved by double-zero metamaterials, Appl. Phys. Lett. 112 (2018) 21901, https://doi.org/10.1063/1.5018180.
[80] C. Xu, H. Guo, Y. Chen, X. Dong, H. Ye, Y. Wang, Study on broadband lowfrequency sound insulation of multi-channel resonator acoustic metamaterials, AIP Adv. 11 (2021) 45321, https://doi.org/10.1063/5.0047416.
[81] F. Zangeneh-Nejad, R. Fleury, Active times for acoustic metamaterials, Rev. Phys. 4 (2019) 100031, https://doi.org/10.1016/j.revip.2019.100031.
[82] A. Arjunan, A. Baroutaji, J. Robinson, C. Wang, Characteristics of acoustic metamaterials, in: Ref. Modul. Mater. Sci. Mater. Eng., Elsevier, 2021, https:// doi.org/10.1016/B978-0-12-815732-9.00090-5.
[83] A. Arjunan, A. Baroutaji, A. Latif, Acoustic behaviour of 3D printed titanium perforated panels, Results Eng 11 (2021) 100252, https://doi.org/10.1016/j. rineng.2021.100252.
[84] Y. Li, B.M. Assouar, Acoustic metasurface-based perfect absorber with deep subwavelength thickness, Appl. Phys. Lett. 108 (2016) 63502, https://doi.org/ 10.1063/1.4941338.
[85] X.H. Zhang, Z.G. Qu, X.C. He, D.L. Lu, Experimental study on the sound absorption characteristics of continuously graded phononic crystals, AIP Adv. 6 (2016) 105205, https://doi.org/10.1063/1.4965923.
[86] A. Climente, D. Torrent, J. Sánchez-Dehesa, Omnidirectional broadband acoustic absorber based on metamaterials, Appl. Phys. Lett. 100 (2012), https://doi.org/ 10.1063/1.3701611.
[87] J. Xu, S. Xiao, P. He, Y. Wang, Y. Shen, L. Hong, Y. Luo, B. He, Realization of broadband truly rainbow trapping in gradient-index metamaterials, Opt Express 30 (2022) 3941-3953.
[88] Z.-Y. Li, T.-X. Ma, Y.-Z. Wang, F.-M. Li, C. Zhang, Vibration isolation by novel meta-design of pyramid-core lattice sandwich structures, J. Sound Vib. 480 (2020) 115377.
[89] Y. Xu, Y. Fu, H. Chen, Planar gradient metamaterials, Nat. Rev. Mater. 1 (2016), https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.67.
[90] J. Zhu, Y. Chen, X. Zhu, F.J. Garcia-Vidal, X. Yin, W. Zhang, X. Zhang, Acoustic rainbow trapping, Sci. Rep. 3 (2013) 1728, https://doi.org/10.1038/srep01728.
[91] M. Alshaqaq, C. Sugino, A. Erturk, Programmable rainbow trapping and band-gap enhancement via spatial group-velocity tailoring in elastic metamaterials, Phys. Rev. Appl. 17 (2022) L021003, https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.17. L021003.
[92] X. Ni, Y. Wu, Z.-G. Chen, L.-Y. Zheng, Y.-L. Xu, P. Nayar, X.-P. Liu, M.-H. Lu, Y.F. Chen, Acoustic rainbow trapping by coiling up space, Sci. Rep. 4 (2014) 7038, https://doi.org/10.1038/srep07038.
[93] N. Gao, Z. Zhang, J. Deng, X. Guo, B. Cheng, H. Hou, Acoustic Metamaterials for Noise Reduction: A Review, Adv. Mater. Technol. n/a (n.d.) 2100698. https://d oi.org/10.1002/admt. 202100698.
[94] W. Akl, A. Baz, Experimental characterization of active acoustic metamaterial cell with controllable dynamic density, J. Appl. Phys. 112 (2012) 84912, https://doi. org/10.1063/1.4759327.
[95] J. Zhao, X. Li, Y. Wang, W. Wang, B. Zhang, X. Gai, Membrane acoustic metamaterial absorbers with magnetic negative stiffness, J. Acoust. Soc. Am. 141 (2017) 840-846, https://doi.org/10.1121/1.4976042.
[96] X. Li, T. Xing, J. Zhao, X. Gai, Broadband low frequency sound absorption using a monostable acoustic metamaterial, J. Acoust. Soc. Am. 147 (2020), https://doi. org/10.1121/10.0000714. EL113-EL118.
[97] X. Xiang, H. Tian, Y. Huang, X. Wu, W. Wen, Manually tunable ventilated metamaterial absorbers, Appl. Phys. Lett. 118 (2021) 53504, https://doi.org/ 10.1063/5.0037547.
[98] Z. Xu, H. Meng, A. Chen, J. Yang, B. Liang, J. Cheng, Tunable low-frequency and broadband acoustic metamaterial absorber, J. Appl. Phys. 129 (2021) 94502, https://doi.org/10.1063/5.0038940.
[99] J. Du, Y. Luo, X. Zhao, X. Sun, Y. Song, X. Hu, Bilayer ventilated labyrinthine metasurfaces with high sound absorption and tunable bandwidth, Sci. Rep. 11 (2021) 5829, https://doi.org/10.1038/s41598-021-84986-0.
[100] A. Arjunan, C.J. Wang, K. Yahiaoui, D.J. Mynors, T. Morgan, M. English, Finite element acoustic analysis of a steel stud based double-leaf wall, Build. Environ. 67 (2013) 202-210, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.05.021.
[101] J. Li, X. Zhou, G. Huang, G. Hu, Acoustic metamaterials capable of both sound insulation and energy harvesting, Smart Mater. Struct. (2016), https://doi.org/ 10.1088/0964-1726/25/4/045013.
[102] C.J. Naify, C.M. Chang, G. McKnight, S. Nutt, Transmission loss and dynamic response of membrane-type locally resonant acoustic metamaterials, J. Appl. Phys. (2010), https://doi.org/10.1063/1.3514082.
[103] M. Yang, G. Ma, Z. Yang, P. Sheng, Coupled membranes with doubly negative mass density and bulk modulus, Phys. Rev. Lett. (2013), https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.110.134301.
[104] S. Kumar, P. Bhushan, O. Prakash, S. Bhattacharya, Double negative acoustic metastructure for attenuation of acoustic emissions, Appl. Phys. Lett. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5022602.
[105] F. Ma, M. Huang, J.H. Wu, Ultrathin lightweight plate-type acoustic metamaterials with positive lumped coupling resonant, J. Appl. Phys. (2017), https://doi.org/10.1063/1.4972839.
[106] F. Ma, M. Huang, Y. Xu, J.H. Wu, Bi-layer plate-Type acoustic metamaterials with Willis coupling, J. Appl. Phys. (2018), https://doi.org/10.1063/1.4991426.
[107] L.Y.L. Ang, Y.K. Koh, H.P. Lee, Plate-type acoustic metamaterial with cavities coupled via an orifice for enhanced sound transmission loss, Appl. Phys. Lett. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5019602.
[108] A. Arjunan, A. Foteinou, A comparative study on the acoustic behaviour of freestanding curved and flat single panel screens in an open-plan enclosed environment, in: INTER-NOISE 2017-46th Int. Congr. Expo. Noise Control Eng, Taming Noise Mov. Quiet, 2017.
[109] Z. Li, D.Q. Yang, S.L. Liu, S.Y. Yu, M.H. Lu, J. Zhu, S.T. Zhang, M.W. Zhu, X. S. Guo, H.D. Wu, X.L. Wang, Y.F. Chen, Broadband gradient impedance matching using an acoustic metamaterial for ultrasonic transducers, Sci. Rep. (2017), https://doi.org/10.1038/srep42863.
[110] F. Casadei, T. Delpero, A. Bergamini, P. Ermanni, M. Ruzzene, Piezoelectric resonator arrays for tunable acoustic waveguides and metamaterials, J. Appl. Phys. (2012), https://doi.org/10.1063/1.4752468.
[111] S.B. Chen, J.H. Wen, G. Wang, X. Sen Wen, Tunable band gaps in acoustic metamaterials with periodic arrays of resonant shunted piezos, Chin. Phys. B (2013), https://doi.org/10.1088/1674-1056/22/7/074301.
[112] A. Allam, A. Elsabbagh, W. Akl, Modeling and design of two-dimensional membrane-type active acoustic metamaterials with tunable anisotropic density, J. Acoust. Soc. Am. (2016), https://doi.org/10.1121/1.4966627.
[113] W. Akl, A. Baz, Multi-cell active acoustic metamaterial with programmable bulk modulus, J. Intell. Mater. Syst. Struct. (2010), https://doi.org/10.1177/ 1045389X09359434.
[114] L. Airoldi, M. Ruzzene, Design of tunable acoustic metamaterials through periodic arrays of resonant shunted piezos, New J. Phys. (2011), https://doi.org/10.1088/ 1367-2630/13/11/113010.
[115] C. Sugino, S. Leadenham, M. Ruzzene, A. Erturk, An investigation of electroelastic bandgap formation in locally resonant piezoelectric metastructures, Smart Mater. Struct. (2017), https://doi.org/10.1088/1361-665X/aa6671.
[116] F. Casadei, M. Ruzzene, L. Dozio, K.A. Cunefare, Broadband vibration control through periodic arrays of resonant shunts: experimental investigation on plates, Smart Mater. Struct. (2010), https://doi.org/10.1088/0964-1726/19/1/015002.
[117] S. Chen, Y. Fan, Q. Fu, H. Wu, Y. Jin, J. Zheng, F. Zhang, A review of tunable acoustic metamaterials, Appl. Sci. (2018), https://doi.org/10.3390/app8091480.
[118] A. Allam, A. Elsabbagh, W. Akl, Experimental demonstration of one-dimensional active plate-type acoustic metamaterial with adaptive programmable density, J. Appl. Phys. (2017), https://doi.org/10.1063/1.4979020.
[119] B.I. Popa, L. Zigoneanu, S.A. Cummer, Tunable active acoustic metamaterials, Phys. Rev. B Condens. Matter (2013), https://doi.org/10.1103/ PhysRevB.88.024303.
[120] P. Wang, F. Casadei, S. Shan, J.C. Weaver, K. Bertoldi, Harnessing buckling to design tunable locally resonant acoustic metamaterials, Phys. Rev. Lett. (2014), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.014301.
[121] Z. Yang, H.M. Dai, N.H. Chan, G.C. Ma, P. Sheng, Acoustic metamaterial panels for sound attenuation in the regime, Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 41906, https://doi.org/10.1063/1.3299007.
[122] Y. Zhang, J. Wen, Y. Xiao, X. Wen, J. Wang, Theoretical investigation of the sound attenuation of membrane-type acoustic metamaterials, Phys. Lett. 376 (2012) 1489-1494, https://doi.org/10.1016/j.physleta.2012.03.010.
[123] Y. Chen, G. Huang, X. Zhou, G. Hu, C.-T. Sun, Analytical coupled vibroacoustic modeling of membrane-type acoustic metamaterials: membrane model, J. Acoust. Soc. Am. 136 (2014) 969-979, https://doi.org/10.1121/1.4892870.
[124] C.J. Naify, C.-M. Chang, G. McKnight, S. Nutt, Transmission loss of membranetype acoustic metamaterials with coaxial ring masses, J. Appl. Phys. 110 (2011) 124903, https://doi.org/10.1063/1.3665213.
[125] H. Tian, X. Wang, Y. Zhou, Theoretical model and analytical approach for a circular membrane-ring structure of locally resonant acoustic metamaterial, Appl. Phys. A 114 (2014) 985-990, https://doi.org/10.1007/s00339-013-8047-y.
[126] C.J. Naify, C.-M. Chang, G. McKnight, S.R. Nutt, Scaling of membrane-type locally resonant acoustic metamaterial arrays, J. Acoust. Soc. Am. 132 (2012) 2784-2792, https://doi.org/10.1121/1.4744941.
[127] N. Sui, X. Yan, T.-Y. Huang, J. Xu, F.-G. Yuan, Y. Jing, A lightweight yet soundproof honeycomb acoustic metamaterial, Appl. Phys. Lett. 106 (2015) 171905, https://doi.org/10.1063/1.4919235.
[128] X. Wang, H. Zhao, X. Luo, Z. Huang, Membrane-constrained acoustic metamaterials for low frequency sound insulation, Appl. Phys. Lett. 108 (2016) 41905, https://doi.org/10.1063/1.4940717.
[129] J. Jin Park, J.-H. Kwak, K. Song, Ultraslow medium with an acoustic membranelike undamped dynamic vibration absorber for low-frequency isolation, Extrem. Mech. Lett. 43 (2021) 101203, https://doi.org/10.1016/j.eml.2021.101203.
[130] F. Langfeldt, W. Gleine, Design of acoustic partitions with thin plate-like acoustic metamaterials, in: Proc. Int. Congr. Acoust., 23rd International Congress on Acoustics, 2019, pp. 4870-4877, https://doi.org/10.18154/RWTH-CONV239261. Achen, Germany.
[131] S. Varanasi, J.S. Bolton, T.H. Siegmund, R.J. Cipra, The low frequency performance of metamaterial barriers based on cellular structures, Appl. Acoust. 74 (2013) 485-495, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2012.09.008.
[132] L.Y.L. Ang, Y.K. Koh, H.P. Lee, Plate-type acoustic metamaterials: evaluation of a large-scale design adopting modularity for customizable acoustical performance, Appl. Acoust. 149 (2019) 156-170, https://doi.org/10.1016/j. apacoust.2019.01.027.
[133] Q. Lin, Q. Lin, Y. Wang, G. Di, Sound insulation performance of sandwich structure compounded with a resonant acoustic metamaterial, Compos. Struct. 273 (2021) 114312, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114312.
[134] C. Gazzola, S. Caverni, A. Corigliano, From mechanics to acoustics: critical assessment of a robust metamaterial for acoustic insulation application, Appl. Acoust. 183 (2021) 108311, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2021.108311.
[135] M.H.F.H.F. De Salis, D.J.J. Oldham, S. Sharples, Noise control strategies for naturally ventilated buildings, Build. Environ. 37 (2002) 471-484, https://doi. org/10.1016/S0360-1323(01)00047-6.
[136] S.-H. Kim, S.-H. Lee, Air transparent soundproof window, AIP Adv. 4 (2014) 117123, https://doi.org/10.1063/1.4902155.
[137] X. Yu, Z. Lu, L. Cheng, F. Cui, On the sound insulation of acoustic metasurface using a sub-structuring approach, J. Sound Vib. 401 (2017) 190-203, https://doi. org/10.1016/j.jsv.2017.04.042.
[138] S. Kumar, T.B. Xiang, H.P. Lee, Ventilated acoustic metamaterial window panels for simultaneous noise shielding and air circulation, Appl. Acoust. 159 (2020) 107088, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2019.107088.
[139] Z. Xiao, P. Gao, D. Wang, X. He, L. Wu, Ventilated metamaterials for broadband sound insulation and tunable transmission at low frequency, Extrem. Mech. Lett. 46 (2021) 101348, https://doi.org/10.1016/j.eml.2021.101348.
[140] J.W. Jung, J.E. Kim, J.W. Lee, Acoustic metamaterial panel for both fluid passage and broadband soundproofing in the audible frequency range, Appl. Phys. Lett. 112 (2018) 41903, https://doi.org/10.1063/1.5004605.
[141] R. Ghaffarivardavagh, J. Nikolajczyk, S. Anderson, X. Zhang, Ultra-open acoustic metamaterial silencer based on Fano-like interference, Phys. Rev. B 99 (2019) 24302, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.024302.
[142] X. Wu, K.Y. Au-Yeung, X. Li, R.C. Roberts, J. Tian, C. Hu, Y. Huang, S. Wang, Z. Yang, W. Wen, High-efficiency ventilated metamaterial absorber at low frequency, Appl. Phys. Lett. 112 (2018).
[143] H. Zhang, Y. Zhu, B. Liang, J. Yang, J. Yang, J. Cheng, Omnidirectional ventilated acoustic barrier, Appl. Phys. Lett. 111 (2017).
[144] A. Crivoi, L. Du, Z. Fan, Ventilated acoustic meta-barrier based on layered Helmholtz resonators, Appl. Acoust. 205 (2023) 109263.
[145] Z. Su, Y. Zhu, S. Gao, H. Luo, H. Zhang, High-efficient and broadband acoustic insulation in a ventilated channel with acoustic metamaterials, Front. Mech. Eng. 8 (2022) 857788.
[146] X. Xiang, X. Wu, X. Li, P. Wu, H. He, Q. Mu, S. Wang, Y. Huang, W. Wen, Ultraopen ventilated metamaterial absorbers for sound-silencing applications in environment with free air flows, Extrem. Mech. Lett. 39 (2020) 100786.
[147] M. Sun, X. Fang, D. Mao, X. Wang, Y. Li, Broadband acoustic ventilation barriers, Phys. Rev. Appl. 13 (2020) 44028.
[148] A. Trematerra, A. Bevilacqua, G. Iannace, Noise control in air mechanical ventilation systems with three-dimensional metamaterials, Appl. Sci. 13 (2023) 1650.
[149] N. Jiménez, V. Romero-García, V. Pagneux, J.-P. Groby, Quasiperfect absorption by subwavelength acoustic panels in transmission using accumulation of resonances due to slow sound, Phys. Rev. B 95 (2017) 14205, https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.95.014205.
[150] G. Liao, C. Luan, Z. Wang, J. Liu, X. Yao, J. Fu, Acoustic metamaterials: a review of theories, structures, fabrication approaches, and applications, Adv. Mater. Technol. 6 (2021) 2000787, https://doi.org/10.1002/admt.202000787.
[151] Y. Wu, M. Yang, P. Sheng, Perspective: acoustic metamaterials in transition, J. Appl. Phys. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5007682.
[152] D.J. Jagodzinski, M. Miksch, Q. Aumann, G. Müller, Modeling and optimizing an acoustic metamaterial to minimize low-frequency structure-borne sound, Mech. Base. Des. Struct. Mach. 50 (2022) 2877-2891.
[153] C.M. Harris, Absorption of sound in air versus humidity and temperature, J. Acoust. Soc. Am. 40 (1966) 148-159. https://api.semanticscholar.org/Corpus ID:120738552.
[154] D.A. Bohn, Environmental effects on the speed of sound, J. Audio Eng. Soc. 36 (1988) 223-231. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:18639998.
[155] B. Gibson, T. Nguyen, S. Sinaie, D. Heath, T. Ngo, The low frequency structureborne sound problem in multi-storey timber buildings and potential of acoustic metamaterials: a review, Build. Environ. (2022) 109531.
[156] B. Assouar, M. Oudich, X. Zhou, Acoustic metamaterials for sound mitigation, Compt. Rendus Phys. 17 (2016) 524-532, https://doi.org/10.1016/j. crhy.2016.02.002.

Acoustic metamaterials
Sound insulation
Sound reduction
Ventilation
Building design

The relevant metamaterial acoustic parameters that are of interest when it comes to sound insulation in buildings are the coefficient of sound absorption ( ) and the sound transmission loss or the sound reduction index (R) they can offer. Conventional materials offer limited performance when it comes to and R at low frequency. Although natural fibres and recycled materials are eco-friendly alternatives to traditional building materials, they are also bound by similar physics leading to poor low frequency attenuation [1]. Furthermore, a large variety of both natural and synthetic materials have limitations such as high flammability and moisture absorption. While traditional building materials rely on their unique material architecture, density and porosity to offer improved global acoustic parameters, the performance of metamaterials are largely dictated by their geometric, structural or
stiffness architecture allowing them to be conceived into a variety of suitable bulk materials [2].

The use of acoustic metamaterials for building insulation has gained significant attention due to their exceptional wave-control properties in challenging acoustic environments [3,4]. Metamaterials are artificially engineered materials that offer unique properties that are not typically found in bulk materials, making the field of metamaterial research interdisciplinary, involving fields such as electromagnetics, optics, solid-state physics, and acoustics. Acoustic metamaterials are constructed with periodic or non-periodic elements, resulting in targeted or exotic acoustic performance [5-10]. The physical acoustic phenomenon informing acoustic metamaterials are varied depending on the type of acoustic metamaterials and can be found in previous literature [5, 11-13].

Metamaterials that can offer targeted sound absorption and sound

reduction index offer exciting avenues for designing building components with targeted acoustic performance that may be difficult to achieve with natural materials [14,15]. The increasing fascination with broadening the range of acoustic metamaterials, combined with the liberty to design using additive manufacturing (3D printing) [16,17], could result in the emergence of new types of acoustic metamaterials. These could revolutionise insulation architecture and lead to the creation of thinner, more efficient, and eco-friendly building insulation in the future. To this extent, the review discusses sound absorption in acoustic metamaterials, covering both sound absorption ( ) and sound reduction index ( R ) which are the two critical parameters from a building acoustics point of view. Acoustic metamaterials have the potential to revolutionise building design by making structures quieter, more comfortable, and energy-efficient [18].

New ideas and constructions for acoustic metamaterials (AMM) are still possible. Metamaterials having non-linear acoustic couplings and those composed of inhomogeneous and anisotropic component units, for instance, are still scarce. The limited working bandwidth of acoustic metamaterials is another major issue, which is still difficult to resolve. The technique might include compressing separate meta-units that interact at various frequencies, but it might also work well to combine metamaterials with conventional acoustic materials. However, without the requirement for laborious lab experiments, the majority of metamaterial applications in building acoustics are essentially case studies based on simulations or measurements carried out on plane wave excitation, often perpendicular plane wave excitation. Compiling simulation solutions from ANSYS and Comsol, the majority of the reports use the finite element technique analysis. Using a membrane-type metamaterial design, Yang et al. [19] completed a number of finite element simulations. The negative mass coefficient at the frequency where a total wave reflection happens was supported by their calculations.

The article explores the concept of acoustic metamaterials and their application in sound insulation for buildings. It presents the benefits of this technology and the challenges that need to be overcome to make it a viable solution for building design. To aid in metamaterial characterisation for building insulation, the basic concepts of sound absorption and sound reduction are also introduced and summarised in Fig. 1.

Furthermore, a classification system is presented to determine the suitability of acoustic metamaterials for building insulation using “sound absorption” and “sound reduction index” as key parameters. The article highlights a variety of metamaterial architectures, including cavitybased, membrane-type, gradient-indexed, impedance-matched, scatterer-based, and ventilated acoustic metamaterials, that are deemed suitable for sound insulation. The article concludes by providing a summary of the potential applications of acoustic metamaterials in building insulation. A comprehensive overview of the concept and its relevance in sound insulation for buildings is presented. Furthermore, the technology’s potential for future building design is discussed.

Sound insulation in buildings is the method of controlling noise through a range of acoustic techniques as highlighted in Fig. 1. This includes reducing the sound transmission from one space to another and controlling the reverberation characteristics within a space. Sound insulation is a critical consideration during the design and construction of buildings to meet the relevant standards in addition offer the acoustic comfort suitable for its operation. As such appropriate sound insulation in buildings have a significant impact on health and wellbeing, communication, and productivity of its occupants.

As shown in Fig. 1, the research on acoustic metamaterials have not yet matured to influence all areas of sound insulation in buildings. As such their applicability is primarily limited to areas of controlling airborne sound insulation. Acoustic metamaterials are well suited to replace or supplement traditional materials when it comes to sound absorption and sound reduction (soundproofing/sound transmission loss/insertion loss). Consequently, selecting and appropriately applying relevant acoustic metamaterials that offer high sound absorption can offer reverberation control that can significantly improve speech intelligibility and acoustic comfort in buildings.

A range of acoustic metamaterials have demonstrated high sound reduction or sound transmission loss, these metamaterial architectures

can work alongside traditional light-weight construction such as single leaf and double leaf walls construction to significantly reduce the sound transmitted from one space to other. Although the high cost of acoustic metamaterials is a limiting factor this is expected to reduce as further cost effective and mass market architectures are conceived. In addition, the area where acoustic metamaterials are expected to make the largest contribution is in the improvement of ventilated spaces such as air vents, ducts, and windows. Ventilated acoustic metamaterials are class of architecture that can significantly increase sound reduction by contributing to the insertion loss while allowing air flow. These materials can drastically improve the sound reduction performance of air vents, ducts, and air transparent windows.

Overall, when it comes to the selection of metamaterials for sound insulation in buildings that focus should be on the sound absorption and sound reduction performance of the metamaterial architecture. When it comes to ventilation design, the insertion loss which is like the transmission loss should be paid attention to. In this regard, the review is focused on identifying suitable acoustic metamaterials that can be used for sound insulation in buildings based on their high sound absorption and sound reduction performance. Before revealing a range of suitable acoustic metamaterials that may offer the potential to be adopted for sound insulation in building insulation, that relevant performance parameters namely sound insulation and sound reduction are briefly introduced. This review is focused on identifying both sound absorbing and sound reducing acoustic metamaterials and their different structures that can be adopted for building sound insulation. Once the literature on acoustic metamaterials for building acoustics matures, it becomes essential to compare the broadband performance of acoustic metamaterials in combination with conventional materials to identify the most suitable combination that offer the best broadband performance.

Other than from an anechoic chamber, sound in buildings is composed of both the direct sound from a source and the indirect reflections from adjacent surfaces and objects. As such, controlling the sound reflections from the walls, floors and ceilings are an important consideration when it comes to sound insulation in buildings. The interaction of sound with a building component can result in transmission, absorption, or reflection of sound energy. This phenomenon is
determined by the acoustic characteristics of the structure, and surfaces that effectively absorb sound are referred to as good sound absorbers. A visual representation of a building environment with and without sound absorption treatments is depicted in Fig. 2, illustrating the temporal and spatial aspects of sound within a space.

In building design, sound absorption plays an important role in mitigating noise and enhancing acoustic comfort. Although people often use the terms “sound absorption” and “sound insulation” interchangeably, they actually refer to different concepts. Sound absorbing materials are intended to enhance sound quality by minimising echoes and undesirable reverberations in a given space. They do not block sound, but rather reduce reflections. In contrast, sound reducing or soundproofing materials are utilised to decrease the amount of sound that passes through a material from one space to another, thereby serving as a sound barrier. Furthermore, sound absorbing materials are increasingly being used in the design of soundproofing materials [21].

When it comes to building acoustics, porous and resonant absorbers are generally used. The performances of these are mostly evaluated using the sound absorption coefficient ( ) that varies from 0 to 1 , representing no and complete absorption, respectively. Fig. 3 shows the sound absorption of some materials, including porous, resonant and metamaterials architectures. The most common type of porous absorbent is mineral wool, such as fiberglass has a representation performance as shown. Materials with pores for sound absorption allow sound waves to enter through channels, cracks, or cavities. Both heat and viscous loss, which are brought on by the materials’ viscous airflow and the friction against pore walls, contribute to the dissipation of sound energy. The limitation with porous materials is generally their ineffectiveness if the thickness is low in comparison to the wavelength. In addition, fabricating porous materials with a high sound absorption coefficient over the whole frequency range while maintaining the materials’ minimal thickness and light weight continues to be an enormous challenge. Flame resistivity and moisture resistance need to be considered to ensure the durability and stability of the porous sound absorption materials. In comparison, resonance and metamaterial-based architectures offers high peak sound absorption at targeted frequencies as shown in Fig. 3. This ability of acoustic metamaterial architectures can be adopted to offer superior sound absorption at frequencies that are challenging for traditional metamaterials. Exposed materials with high in buildings targeted at controlling reverberations are examples of sound absorption treatments. Insulated building walls, floors and windows

with high sound reduction index are example of sound proofing structures. The sound absorbing and sound reducing treatments collectively represent noise mitigation strategies employed in a building and as such forms part of the building sound insulation strategy.

Theoretically, the ability of a structure or material to absorb sound is dependent on its acoustic impedance; the optimal sound absorption effect is only possible when the impedance of the material is equal to that of the sound propagation medium. Acoustic metamaterials use comparable negative characteristics and bandgaps to accomplish high sound absorption, with examples including Helmholtz cavities, membrane types, space coiling, gradient index, and adjustable acoustic metamaterials. Through careful design considerations, a Helmholtz resonator AMM can offer negative equivalent elastic modulus (EEM). The membrane-type AMM is made up of a small mass connected at the centre of the relatively hard plastic grid, which holds an elastic thin membrane that is slightly stretched. One relatively new AMM with intricate operating principles is the spatially coiled AMM that feature a Helmholtz cavity within the space-curved offering both local and global resonance as a result of the space coiling architecture itself [26].

Despite the significant improvements that AMMs offer, the improvements in acoustic properties are often limited to narrow band frequencies due to its dependence on resonant frequencies. Gradientindex structures for AMMs are suggested to overcome that barrier where lattice spacing, orientation angle, thickness, radii or elastic characteristics of the inclusions, and other characteristic variables may all be modulated to improve sound absorption [5]. By adjusting its features, tunable AMMs, which typically have a particular structure can offer targeted performance suitable for challenging building acoustic scenarios.

Sound proofing is the reduction of sound transmitted across a solid or ventilated partition. This is different to sound absorption and is measured as the sound in decibels ( dB ) being reduced without being transmitted from one side of a partition to other. Sound proofing is often characterized by sound transmission loss (STL) or sound reduction index in the case of partitions and insertion loss (IL) in the case of

ventilated or air transparent barriers. STL and R are terminology employed to denote the indicator that represents the distinction in sound intensity between the two sides of a component or partition, as shown in Fig. 4. Conversely, IL is defined as the decrease in the sound level caused by the placement of an attenuator in the sound path.

In this regard, one can think of the simplest sound proofing material as a thin partition placed in the path of sound transmission. The acoustic energy approaches the surface as a pressure wave, and a portion of it goes through the barrier while the remainder reflects. Some of the sound that goes through may be partly absorbed and turned into heat. Typically, the efficiency of the soundproofing material is determined by the ratio of the incoming energy to the outgoing energy, which is expressed as the sound transmission loss (STL) or the sound reduction index (SRI) in decibels [28].

Within the context of sound proofing, the indoor acoustic performance of an office or home should be is typically 45 dB . This means that if the sound level in outside the receiving room is around 100 dB , the sound level in the adjacent or the receiving room must be . Sound proofing therefore describes the acoustic pressure lost across the partitioning element. Different to sound absorption, sound proofing approaches looks at improving the STL considering the stiffness, material, mass, and isolation of the portioning element. For a traditional soundproofing panel, a higher mass corresponds to a higher vibroacoustic resistance especially at higher frequencies commonly referred to as the mass law.

In comparison, acoustic metamaterials can offer significantly different performance superseding many of the stiffness and mass limitations associated with traditional soundproofing materials, an example of which is shown in Fig. 5a. For building insulation, there are many situations that require soundproofing at a targeted frequency range. The sound reduction techniques conventionally utilised involve incorporating large acoustic panels or decoupled structures. However, in weight-critical applications, achieving sufficient damping of lowfrequency sound waves requires significant mass, rendering this approach infeasible. This review explores the effectiveness of acoustic metamaterials as narrow-band, low-frequency acoustic barriers and provides an overview of their identification and performance.

The dominant reflection resulting from the out-of-phase resonance between the various resonant frequencies of the resonant unit is the main mechanism responsible for sound insulation through AMMs. Thin-
walled membrane- and plate-type structures are anticipated to become the standard option for low-frequency vibration and noise reduction in practical engineering due to their benefits, which include decreased thickness and low surface density. In thin plate-type AMMs, the holes or pillars are often placed on a continuous plate with changeable thickness and holes or pillars of different sizes and shapes [32]. In contrast to the plate-type AMM, the membrane-type AMM always uses a frame to divide individual cells while one or more masses are organised on the membrane. Initial stress must be given to the membrane to sustain the propagation of vibrations, as the membrane’s stiffness is insufficient to resist its own gravity.

Poroelastic materials provide advantages over traditional standard materials by being lighter, thinner, and possessing higher broadband absorption capacities at lower frequencies. Poro-elastic materials like fibreglass and foam with recurrent layers of micro-perforated sheets imbedded are part of this new class of materials [33]. An array of mass-spring-damper systems is created using poroelastic material with a periodic arrangement of embedded masses in poroelastic acoustic heterogeneous (HG) metamaterials. In order to comprehend the consequences of changing the microperforated panel position and distribution in poroelastic material, as well as the density, size, shape, and placement of the embedded masses, design studies are conducted. The construction of a large-scale metamaterial panel with periodic tunable resonant cell arrays addressed the conventional issue of filtering low-frequency noise. The adjustable metamaterial panels, according to numerical simulations, display several local resonance processes that lead to improvements in sound transmission loss (STL) over conventional mass law in low-frequency zones.

The overall sound absorption and reduction value for building insulation application will be found between the application requirement, insulation capability and economic viability. Whilst it is possible to achieve control of noise pollution using passive, active or hybrid means, the additional energy requirement and heightened complexity of active measures must be represented. The necessity to externally energise active technologies differentiate these from passive techniques and present economic challenges. Interestingly, the opportunity to utilise active means of absorption and reduction becomes more practical at low

frequencies whilst passive mediums demonstrate good performance at medium to high frequency ranges [34-36]. Moreover, low frequency noise is increasingly ever-present throughout domiciliary and urban environments with polluters not limited to heating and ventilation systems, boilers, and fans and pumps in appliances. The health burden of environmental noise is recognised globally with considerable adverse effects of prolonged night-noise exposure, as such interventions achieving pollution below and 40 dB are recommended for road traffic, railway and aircraft noise respectively [37]. It is considered that each active, passive and hybrid forms of sound absorption and sound reduction have relevant positioning throughout the spectrum of application.

To comprehend the creation of an acoustic metamaterial, it is crucial to understand the basic analogies used in describing acoustic responses. Two important concepts in acoustic metamaterials are negative mass density ( ) and bulk modulus ( ). Mass density is a measure of how much mass is contained in a given volume of a substance typically represented by . In conventional materials, mass density is always positive, meaning there is a certain amount of mass within a given volume. Negative mass density evolved as a hypothetical concept that suggests the mass within a certain region is effectively negative. Transforming, this to the theory of vibrations and metamaterials, negative mass density can be created using a dynamic microstructure as illustrated in Fig. 7b. Negative mass density is a property of materials that have a mass density that is less than zero. This counterintuitive property allows objects with to move in the opposite direction of an applied force. While negative mass density does not exist in naturally occurring materials, it can be engineered using acoustic metamaterials [38,39]. Further detailed explanation of negative mass density from an acoustic metamaterial point of view can be found in previous literature [40].

Bulk modulus, on the other hand, measures a material’s resistance to compression. The bulk modulus is a measure of a material’s resistance to changes in volume under an applied external pressure. It is a property
that characterises the compressibility of a substance. Mathematically, the bulk modulus is defined as the ratio of the change in pressure to the fractional change in volume. Materials with a high bulk modulus are less compressible, meaning they resist changes in volume more effectively. Liquids and solids typically have non-negative bulk moduli, while gases can have negative bulk moduli under certain conditions. It is a key parameter in acoustic metamaterials because it can be used to control the speed and direction of sound waves. By adjusting the bulk modulus of a material, it is possible to manipulate the propagation of sound waves. Together, and can be used to create materials with unique acoustic properties as summarised in Fig. 6. For example, an acoustic metamaterial with negative mass density and a high bulk modulus could be designed to absorb sound waves in a specific frequency range. Conversely, an acoustic metamaterial with negative mass density and a low bulk modulus could be used to amplify sound waves, which could have applications in ultrasound imaging and sonar technology. Nevertheless, it is important to note that while the concepts of negative mass density and bulk modulus are essential to the design of acoustic metamaterials, they are not the only factors to consider. Other properties, such as the material’s density, stiffness, and damping, also play a critical role in the overall behaviour of the metamaterial.

Dynamic microstructure is a critical concept within the context of acoustic metamaterials, as it enables materials to change their structure in response to external stimuli, such as sound waves, [41-43]. The unique microstructure of acoustic metamaterials is engineered to control the propagation of sound waves. For instance, periodic variations in the density or stiffness of the material can create band gaps that prevent sound waves from propagating through the material. By adjusting the size and spacing of the periodic structure, the location and width of these band gaps can be controlled.

The response of the dynamic microstructure can become noticeable at specific frequencies, causing it to be out of sync with the incoming sound waves. This results in the overall performance of the acoustic metamaterial being determined by the inclusions that possess negative effective material characteristics. This frequency-dependent reaction differs from the usual macroscopic response of the material [44-46].

Hence, Fig. 7 accurately portrays the system’s dynamic response by presenting the concept of extra degrees of freedom. The arrangements of inclusions in the microstructure give rise to these additional degrees of freedom, which, in turn, produce the acoustic responses illustrated in Fig. 6.

The spring-mass system shown in Fig. 7a acts as a single effective system, where the mass is displaced by a distance under a timedependent force , although it is shown as a component system. By rearranging classical Hooke’s relationship, it is possible to obtain the effective mass and spring constant of the system as and , where the double dots denote the second derivative with respect to time . The arrangement and relative magnitudes of these masses and stiffness coefficients play a crucial role in determining the overall dynamic response of the system. Fig. 7b-d shows different scenarios based on the specific arrangement of masses. When Fig. 7b shows a configuration where negative mass can be achieved, Fig. 7c shows a case of negative spring stiffness. A combination of both negative mass and negative stiffness, assuming that is lighter than and is shown in Fig. 7d. These configurations demonstrate the potential for creating acoustic metamaterials with unconventional properties, such as negative mass and stiffness, through careful manipulation of the components of the system.

Fig. 7 e and f presents the normalized effective mass and spring stiffness as functions of the drive frequency. Here, the highlighted sections correspond to the negative dynamic mass region and the negativestiffness region corresponding to Fig. 7b and c. The normalisations are based on the quasistatic mass and the quasistatic spring constant acting as a reference to demonstrate the behaviour of the system under different frequency conditions. This detailed representation provides a valuable visual guide for understanding the intricate interplay of masses and stiffness in a dynamic microstructure, enabling the creation of
acoustic metamaterials with tailored properties. The figure highlights the potential for achieving negative mass and stiffness, paving the way for innovative applications in sound control and wave manipulation within the field of acoustic metamaterials.

Dynamic microstructure can also be used to create materials that selectively respond to sound waves in specific frequency ranges. A material with a microstructure that changes in response to a particular frequency of sound waves can be designed to selectively absorb or reflect those waves. By engineering the microstructure of materials, it is possible to create unique acoustic properties that have applications in diverse fields. While there is still much to learn about acoustic metamaterials, dynamic microstructure holds great promise for advancing the field of acoustics research and technology [48-50].

In recent times, there has been an upsurge in acoustic metamaterial research aimed at sound absorption and noise reduction [51]. The use of solid scatterers within a fluid matrix is the most common sound absorption approach, which builds upon bandgap research as described in the previous section. However, this technique only results in improved influenced by metamaterial at narrow or isolated frequency bands. To expand the scope of acoustic metamaterial research, attempts have been made to utilise thermal and viscous damping for noise reduction. This was accomplished by using sonic crystals in a layered format and analysing thermo-viscous losses [52].

To improve the acoustic absorption properties of acoustic metamaterials, solid scatterers were combined with traditional soundabsorbing constructs. For example, Slagle and Fuller [55] employed
mass concentrators within a porous architecture, leading to exceptional at low frequencies. Other studies have employed three-dimensional rigid inclusions within porous layers, hybrid acoustic metamaterials involving microperforated architecture, crystal filling fractions, acoustic coatings in combination with resonance-based metamaterials or sonic crystals [56-59]. Although the principles governing the acoustic behaviour of microperforated panels (MPPs) are well established [60, 61], achieving high calls for microscopic perforations, requiring expensive fabrication techniques. Additive manufacturing (AM) techniques such as Selective Laser Melting (SLM) [62,63] provides a sustainable alternative approach to create complex perforations and waveguides [64,65]. Despite this, research on the acoustic performance of AM metal MPPs that offer high sound absorption are scarce.

Acoustic metamaterials have been developed in recent years by merging microperforated panels with acoustic meta-architecture [66-69]. Fig. 8 demonstrates various notable examples where the benefits of frequency-based resonators were combined with micro perforations to significantly enhance . As demonstrated in the corresponding acoustic performance versus frequency curves, all configurations could achieve peak performance within a particular frequency band as a function of resonance. Another noteworthy example is a recent study [70] that utilised a thin metamaterial construct consisting of a solid-fluid architecture, leading to complete sound absorption. The design comprised micro perforations and a subwavelength channel of air, where the improvement in can be attributed to the thermo-viscous losses that occur during fluid-structure interaction. Table 1 summarises some remarkable architectures with the potential to be utilised in constructing sound absorption mechanisms.

Different membrane type acoustic metamaterials that can be used to create complete sound absorption ( ) have been demonstrated in literature. One such architecture featuring a membrane platelet in a sealed gas as shown in Fig. 9 was experimented by Ma et al. [77]. The architecture resulted in achieving narrow band sound absorption between 150 and 160 Hz showing its suitability for targeted sound absorption. The acoustic metamaterial of this type utilizes the occurrence of resonance frequencies to improve sound absorption. This results in the conversion of acoustic energy into elastic energy through the flapping movement of the platelets, which is then dissipated with high efficiency. The resonance frequencies, where maximum absorption happens, can be altered by adjusting either the weight of the platelet or

the distance between two platelets. By increasing the weight of the platelets, the lower frequencies for absorption can be decreased, whereas by increasing the distance between the platelets, the higher frequencies for absorption can be reduced [19].

Membrane based acoustic metamaterial have also been shown to be suitable for multi frequency acoustic absorption in a single architecture. The deep sub-wavelength acoustic metamaterial (Fig. 10a) developed by Mei et al. [25] have shown significant absorption between a frequency range of as shown in Fig. 10b. The design featured thin elastic membranes carrying rigid plates that could absorb of the acoustic waves at , with two layers absorbing at the lowest frequency resonant mode as well as at higher frequency modes. Other notable membrane based acoustic metamaterial design includes the ones developed by featuring Auregan et al. [78]. This work fabricated an acoustic metamaterial with low thickness membrane attached to a mass block which also showed near perfect sound absorption at particular frequencies. Similarly, a broadband membrane based acoustic metamaterials consisting of a porous material demonstrating near perfect acoustic insulation [79]. Using similar principles, a multi-channel resonator metamaterial featuring a silica gel membrane was developed by Xu et al. [80] demonstrating acoustic absorption between 80 and 100 at a frequency range of . In addition to the membrane type architectures discussed asymmetric structures could be coupled with membrane-based metamaterials to enhance sound absorption for a wide range of frequencies. Another approach is to use membrane-type acoustic metamaterials backed by air cavity to widen the frequency

band for building and architectural applications.

Although membrane based acoustic metamaterials can achieve near
perfect absorption, their large-scale fabrication to be used in building acoustics is challenging. However, this can be overcome by using space coiling acoustic metamaterials which can also achieve near perfect sound absorption. As such the primary advantage of space coiling acoustic metamaterial over membrane based is their ease of scalability

making them suitable for building acoustics [81,82].
Fig. 11 shows examples of space coiling metamaterials that are suitable from a building acoustics point of view. For these metamaterials, the length, size, and volume of space coiling can be manipulated to achieve near perfect absorption at a range of audible frequencies. For instance, the space coiling architecture in Fig. 11a developed by Cai et al. [75] is capable almost acoustic absorption at low frequencies where the impedance of overall structure matches with the incoming sound wave. When sound wave enters a space coiling architecture, some portion of it is absorbed through resonance, viscous friction and heat transfer, similar to what happens in a porous material [83]. The remaining acoustic pressure slows down as a result of the coiling space inside the air cavity [51]. Fig. 11b represents a coupled space coiling acoustic metamaterial which feature a perforated panel on top of the labyrinthine air cavity. This architecture was proposed by proposed by Li and Assouar [84] demonstrating near perfect at targeted frequencies.

Experimental studies conducted by Arjunan [64,65] demonstrated the use of additively manufactured space coiling architecture to create destructive interference through a complex inclusions as shown in Fig. 11c. The principle here is to use space coiling to create destructive interference to cancel the incoming acoustic wave at selected frequencies. For the designs proposed by Arjunan, the change in phase angle to cancel the incoming wave is informed by the frequency which subsequently dictate the length of the space coiling cavity. As such this model allows multiple length of space coils to be created in a single metamaterial leading to sound absorption peaks at multiple frequencies. Overall, space coiling metamaterial architecture offers a great opportunity in achieving near perfect air borne sound absorption that can be seamlessly integrated to building architecture. Moreover, the twisted perforations in these structures have become a significant approach for decelerating sound waves, leading to the creation of acoustic mediums with significant refractive indices. This property is difficult to attain in airborne acoustics because the speed of sound in air is lower than in any
solid material.

Despite the high sound absorption of acoustic metamaterials, they exhibit a narrow frequency band when it comes to peak performance. To alleviate this problem gradient index acoustic metamaterials are developed which offer high sound absorption coefficient across a broad frequency band. Gradient index acoustic metamaterials are conceived by changing the characteristic factors of a metamaterial such as the cavity dimensions, elastic properties, the lattice spacing, orientation and/or thickness.

Comparing the sound absorption coefficient offered by various metamaterials, the gradient-index architecture is most favourable where a high is required for a broad range of frequencies. Some examples of gradient index metamaterials are shown in Fig. 12 which clearly shows how a gradient architecture is used for sound absorption. Fig. 12a shows the case of an acoustic metamaterial featuring graded porosity that is 3D printed and experimentally validated. It was shows that these gradient porous architectures demonstrate excellent due to their continuously graded structure.

According to Zhang et al. [85], the continuously varying arrangement and intricate path for sound propagation facilitated by the grading aid in dissipating more energy. This leads to excellent performance in sound absorption. Fig. 12b shows how Climente et al. [86] used pillars of graded diameter as they move away from the centre to create broadband sound absorption. The shell’s gradient structures were tailored to match the acoustic impedance of both the air and the metamaterial. This resulted in the creation of broadband sound absorption performance as intended.

Xu et al. investigated the possible use of perfect magnetic conductors (PMCs) and epsilon-negative (ENG) metamaterials (MMs) in one-way terahertz waveguide [87]. The PEC-medium-semiconductor-PMC (EMSM), PMC-medium-semiconductor-PEC (MMSE), and

PMC-medium-semiconductor-PMC (MMSM) waveguides are the three PMC-based structures in which they further investigated the broadband TRT. Broadband TRT was therefore discovered in both the gradient-index MMSE structure made up of ENG MMs and the gradient-index MMSM structure made up of epsilon-near-zero (ENZ) MMs. Clear broadband TRT without back reflection is observed in the terahertz range in the full-wave simulations.

According to Li et al., gradient metamaterials can cause the rainbow trapping effect, which is the progressive slowing down of mechanical waves to a stop, which traps them and causes them to become spatially and spectrally separated as they propagate [88]. It is also shown that the seismic Rayleigh waves may be regulated by the use of gradient metamaterials. The usage of planar gradient metamaterials for surface plasmon polaritons support, wave bending and focusing in free space, and trapped rainbow realisation was explored by Xu et al. [89] With the application of gradient index metamaterials (GIMs) in waveguide systems, novel physics and broadband functions are achieved without polarisation constraints.

Other notable architecture include the acoustic rainbow trapping acoustic metamaterials developed by Jie et al. [90], Alshaqaq et al. [91] and Xu et al. [92]. These studies demonstrated a metamaterial that is capable of trapping broadband acoustic waves and spatially separates different frequency components by designed gradient subwavelength structures. It was shown that the trapping positions can be conceived as the interplay between the acoustic resonance inside individual apertures and the mutual coupling among them. With the enhanced wave-structure interactions and the tailored frequency responses, such metamaterial allows precise spatial-spectral control of acoustic waves and opens new venue for high performance acoustic applications. As can be seen, gradient-index metamaterials can be used to widen the frequency band of acoustic insulation making them particular suitable for architectural application. However, to meaningfully enhance the acoustic ambience require conceiving gradient index metamaterials that offer impedance matching adding to the energy loss through sound propagation.

When it comes to building acoustics, the frequency distribution of the sound source keeps fluctuating depending upon the noise. Similar to traditional materials, the frequency band for peak performance for passive acoustic metamaterials are determined during their fabrication and assembly. As such passive metamaterial architectures cannot operate at their peak performance when reacting to a changing noise source. This is where active metamaterial architectures come into play by offering dynamic control on their acoustic parameters enabling them to offer peak performance under multiple frequency bands.

The dynamic control is often enabled through external stimuli such as piezoelectricity, mechanical pressure and temperature control. According to Gao et al. [93] investigated the configurability of active acoustic metamaterials to make them suitable for noise control application. Similar to other metamaterial architectures discussed so far, active metamaterials in literature were found for both airborne sound absorption and sound insulation. Theoretically, piezoelectric transducers might be used to model an actively adjustable acoustic metamaterial, as demonstrated by Akl and Baz [94]. A precise model of a water-filled cell surrounded by bimorphs was created using the finite element method. Nonetheless, significant challenges still exist concerning the structural design and cost effective manufacturing.

A number of passive sound absorbing architectures uses back cavity as a means of enhancing their acoustic response for low frequency absorption. Building on this principle, Zhao et al. [95] demonstrated an active sound absorbing metamaterial architecture through controlling the depth of back cavity using magnetic negative stiffness as shown in Fig. 13a. It was showed that through active control a small cavity with negative stiffness can mimic the acoustic impedance of a large cavity resulting in peak acoustic absorption at low frequencies.

A variation of this architecture leading to an active metamaterial that has offer broadband sound absorption at low frequencies was developed by Li et al. [96]. The active metamaterial architecture featured a flexible panel with a magnetic mass as shown in Fig. 13b. The findings of this design revealed that the sound absorption frequency can be reduced by actively controlling the magnetic field. Furthermore, the metamaterial’s bandwidth was observed to widen with a rise in the magnetic field. This

is due to its inverse relationship with the frequency of peak acoustic absorption.

Different from using magnetic control, Xiang et al. [97] propose a ventilated sound absorber as shown in Fig. 13c that can be tuned for targeted acoustic absorption. The active control for this metamaterial architecture was achieved through a slider mechanism leading to high sound absorption while allowing ventilation. This type of metamaterial architecture has significant potential to be used in building acoustic where a frequency varying noise source is situated.

Other notable active metamaterials for sound absorption suitable for building acoustics are the ones developed by Xu et al. [98] and Du et al. [99] featuring a tube and labyrinth (Fig. 13e) type architecture respectively. This was a low-frequency sound absorber conceived using multi-layered slotted tubes with a thickness below the wavelength scale where frequency for peak can be adjusted by rotating the tubes. On the other hand, the active metamaterial with a labyrinth-like structure, depicted in Fig. 13d, can be fine-tuned by modifying the opening ratio. Compared to the growth in passive acoustic metamaterials suitable for sound absorption, the number of architectures featuring active control for is limited. This is primarily due to the high cost in the fabrication of highly complex architectures with added mechanisms for active control. Nevertheless, the area of active acoustic metamaterials suitable for high sound absorption is a growing field and commercial architectures suitable for building acoustics will become widespread in the near future [93].

Although still in their early stages, acoustic metamaterials are being developed for sound insulation in both temporary and permanent installations [39,100]. If successful, this could pave the way for the construction of sustainable buildings in noisy environments like airports, railways, and highways [39,101]. One of the earlier designs for acoustic metamaterials that exhibited high efficiency in isolating low-frequency sound involved resonant membranes [19,102,103]. One such architecture [104] featuring a rigid honeycomb and a flexible outer layer, known as a meta-structure (Fig. 14a), which resulted in a sound reduction index (R) of 45 dB below 0.5 kHz is shown in Fig. 14b.

The architecture has been modified in various ways [105-107] to achieve superior performance at specific frequency ranges. There are two primary methods used for constructing sound barriers: one involves thin walls with resonators featuring positive lumped coupling, and the other is a bi-layer architecture that utilizes Willis coupling, which has
proven to be effective in sound barrier applications. Another methodology involves planar meta-structures with linked cavities through an orifice, which was selected to improve the sound reduction index. The findings indicate that the coupling effect between enclosed cavities linked through an orifice can influence sound behaviour. Thus, the orifice’s radius can be adjusted to achieve frequency-dependent performance. This design has significant potential as a noise barrier [38,108] and can address concerns related to membrane metamaterials. These examples demonstrate how acoustic metamaterials can be used to create scalable sound barriers that are suitable for mass production.

Looking at tunable acoustic metamaterials suitable for sound reduction, most of the approaches seem to be combine piezo with acoustic metamaterials [109-112]. A theoretical examination of an acoustic metamaterials consisting of piezoelectric boundaries was carried out [113]. The application of shunted piezo for acoustic metamaterial research was also shown [114-116], in which a piezoelectric patch can modify the resonant frequency. These demonstrations led to the development of customisable concepts that incorporated piezoelectric domains, such as the one in Fig. 15. The design is constructed using a series of identical elements made by placing piezoelectric layers on parallel planes of a disk, as illustrated in Fig. 15b. This method allows the stiffness along the path of acoustic propagation to be adjusted for specific sound transmission goals.

In addition to piezoelectric control, metamaterial architectures featuring mechanical control have also been experimented in literature [4]. Here targeted resonance is used to control the transmission by varying the cavity volume through the use of a plunger. While this method is theoretically efficient and has potential for use in reducing sound transmission through ducts, there are mechanical limitations to its control. Active control may be a possibility, but mechanical adjustment is primarily passive in nature. Once the adjustment has been made, it is not possible to make any modifications based on the response.

An alternative method involves utilizing the buckling phenomenon to manage acoustic transmission [120]. The technique entails using a structural matrix with an elastic membrane that encloses a plate-like structure, as depicted in Fig. 16. The beams are arranged in such a way as to provide enough room for buckling under compression, causing a change in the structure’s resonant frequency and resulting in varying acoustic transmittance levels across the structure. While these structures offer significant potential, implementing active strain-induced acoustic control is difficult.

Another class of acoustic metamaterial suitable to be adopted for airborne sound insulation are the ones that feature a membrane type architecture [19,93]. These classes of metamaterials offer characteristics that are particularly suitable for lightweight building structures where a compact installation is demanded for targeted noise reduction. As such the membrane type acoustic metamaterials are often developed using ultra-thin membranes that are kept in tension through the help of strategically placed lumped masses. The oscillation of these plane strain membranes results in narrow frequency bands at low frequencies ( ) significantly reducing the sound that is being transmitted [121]. As such these metamaterials are particularly useful in improving sound insulation in low frequency where traditional acoustic materials often underperform. Furthermore, when it comes to membrane type acoustic metamaterials, the frequency bands required for noise reduction can be tuned during their fabrication by choosing suitable membrane tension along with the magnitude and positioning of the lumped masses [102,122-125].

Locally resonant membrane type acoustic materials were shown to reduce transmission of acoustic waves 5 times in comparison to the forecasts of the acoustic mass law, particularly at frequencies of maximum TL. These characteristics make them an attractive option for constructing lightweight buildings, with minimal additional mass [126].

Studies conducted by Sui et al. [127] have refined the membrane-type acoustic metamaterials using a honeycomb architecture as shown in Fig. 17a to attain excellent transmission loss for low frequencies (Fig. 17b).

In addition to the above architecture, a range of other membrane type metamaterials have been conceived and studied by researchers over the years to explore their potential application to real life acoustic challenges. One of the earliest works with respect to membrane type acoustic metamaterials featured a stretched membrane with different masses attached resulting in different vibrational modes leading to unique transmission behaviours [19]. In general, this type of metamaterial architecture often shows two peaks and one dip in the sound transmission curve [19]. While the eigen mode frequencies of the membrane-mass system is responsible for the dip, anti-resonance in opposite phase caused the peak. At the two eigenmode frequencies, the average displacements on the membrane were relatively large, resulting in high acoustic transmission. The vibrational displacement is minimum at the dip frequency causing extremely low sound transmission that goes beyond the mass law for sound transmission loss. The mass attached to the membrane can also be further manipulated for targeted sound insulation or transmission performance.

In addition, a restricted membrane-style acoustic metamaterial was designed by Wang and colleagues [128], as depicted in Fig. 17c. The size of the restricted struts can be adjusted to alter the sound insulation,

resulting in varying peak sound transmission loss, as shown in Fig. 17d. This leads to notably elevated sound insulation levels. These architectures are well suited for light weight and thin-walled building partitions notorious for poor low frequency sound reduction index. They can also be used for industrial building walls where low frequency sound attenuation if of significant importance.

Variations of the membrane type metamaterial architecture suitable to be adopted for sound insulation of buildings includes a perforated architecture demonstrated by Langfeldt et al. [101]. This architecture featured a ring mass attached to a perforated membrane facilitating airflow through the membrane. The experimental results revealed this architecture to offer a wide sound insulation bandwidth along the lower frequencies. Other notable architecture includes a thin membrane metamaterial featuring a simple spring mass architecture arranged linearly resulting in targeted acoustic performance [129]. According to Park et al. [129] the ultrathin and ultralight metamaterials architecture is suitable for low frequency sound insulation making them suitable for buildings close to motorways and railway lines.

Amongst the different types of acoustic metamaterials, the plate like architecture is of particular interest when it comes to its application in building acoustics. These metamaterials can particularly be effective for low-frequency sound insulation in buildings if incorporated appropriately to building walls. According to Langfeldt and Gleine [130] plate like acoustic metamaterials are characterized by thin two-dimensional architecture reactive to low frequencies with negative density offering significantly enhanced in comparison to the mass law. As such plate acoustic metamaterials are promising noise control applications where mass and installation space are constrained.

Comparing the performance of plate like metamaterials to
membrane type architecture, the latter is affected by the tension in the membrane which changes over repeated use limiting their applications in areas that require long term installation. In this regard, metamaterials featuring the plate type architecture may offer a higher likelihood for noise-reduction in buildings. A light weight ultrathin plate type acoustic metamaterial architecture consisting of nylon plate and elastic ethylenevinyl acetate copolymer was designed by Ma et al. [105]. The data revealed the plate type architecture to offer improved sound reduction along the low frequencies. According to Varanasi et al. [131], the plate-type metamaterials were found to possess a superior sound reduction index, as evidenced by a periodic array of unit cells comprising plates that are held within a grid-like framework, as shown in Fig. 18a. This design is slender and devoid of weighty resonating or restrictive elements that restrict its application. This plate-type metamaterial structure is also ideally suited for noise control applications where the goal is to minimize treatment mass while achieving a specified value.

When it comes to developing metamaterials for sound insulation in buildings, the scalability of the architecture is an important consideration. For membrane-type metamaterials, cost of precision fabrication and controlling the stiffness uniformity of the membrane are still challenging problems. Focusing on solving these issues, Ang et al. [132] developed a plate-type acoustic metamaterials featuring strategically placed resonators as shown in Fig. 18b. A similar architecture featuring different type of resonators featuring unit cells as shown in Fig. 18c was proposed by Lin et al. [133]. Assessing the performance, both metamaterials showed significant transmission loss for a broadband frequency spectrum. It was also found that sound reduction performance of these two architectures were not dependent on the panel orientation making them particularly suitable for building installation. Combining the efficiencies of a double-leaf architecture, Gazzola et al. [134] developed a plate type sandwich metamaterial unit cell with

integrated faceplates as shown in Fig. 18d. The panel was additively manufactured in Nylon using the selective laser melting process and found that the panel created broadband acoustic insulation suitable for application to building walls. Overall, the plate type metamaterial architectures shown in Fig. 18 address the manufacturing, customizability and scalability issues making them suitable for wider adoption to building sound insulation.

When it comes to building acoustics, sound reduction through natural ventilation and windows are significantly challenging. While increasing the area of external openings results in a higher air flow, noise reduction capability is inversely affected. Solving this problem require hybrid ventilation system that feature sound reduction strategies without obstructing air flow [135]. Despite introducing several types of

acoustic metamaterials so far, none of them are suitable for when ventilation or permitting air flow through are a requirement. However, several metamaterial architectures are being proposed that can offer acoustic insulation without affecting ventilation.

One of earliest architecture that showed the potential of ventilated acoustic metamaterials in building acoustics is the ventilated acoustic resonator window proposed by Kim and Lee [136] as shown in Fig. 19a. The acoustic performance of the architecture showed a reduction of up to 35 dB in acoustic pressure levels at frequency across the 20 mm window. The potential for using ventilated metamaterial that can offer significant acoustic insulation was demonstrated by Yu et al. [137]. The proposed architecture was implemented on a building window as shown in Fig. 19b and was shown to offer significant acoustic insulation from 0.6 to 1.6 kHz .

Kumar et al. [138] created a ventilated metamaterial, which is suitable for decreasing sound transmission, as shown in Fig. 19c. The design achieved a R values of 18 dBs , while almost half ( ) of the metamaterial remained open to ventilation. Xiao and team [139] employed the space-coiling approach to introduce a space-saving metamaterial that involves labyrinth resonators surrounding a central ventilation channel, demonstrated in Fig. 19d. This structure presents a possible avenue for sound insulation that permits building ventilation while offering values of up to 30 dBs at . Other notable ventilated metamaterial includes the ones developed Jung et al. [140] and Ghaffarivardavagh et al. [141] reporting ventilated acoustic metamaterial featuring holes to offer broadband sound insulation. Overall, the implementing ventilated acoustic metamaterials is a promising route in achieving high sound reduction indices without sacrificing air flow.

There have been several examples of ventilated metamaterial absorbers in the literature [54,71,142]. Still, few of them are able to accomplish high-efficiency sound absorption ( ) and ventilation ( wind velocity ratio) at the same time, therefore their performances in terms of absorption and/or ventilation are lacking [143-145]. In order to accomplish high-performance ventilation ( wind velocity ratio) and acoustic absorption ( ) at the same time, Xiang et al. developed and experimentally proved the use of an ultra-open ventilated metamaterial absorber (UVMA) [146]. Experimental measurement and numerical computations are used to illustrate the absorption of the UVMA unit, which consists of weakly coupled split-tube resonators. Sun et al. conducted research on broadband acoustic ventilation barriers and created a planar-profile, subwavelength-thick (about acoustic ventilation barrier that blocks sound across a wide frequency range [147]. Two encircling helical routes with different pitches and a metasurface with a centre hollow orifice were part of the design. They stated that their design has promise for applications requiring both air permeability and soundproofing, such as noise reduction and natural ventilation in green buildings.

In light of the unsustainable temperature increase brought on by climate change, buildings’ mechanical ventilation systems have undergone efficient improvement in recent years. The noise produced by the refrigerator fan’s revolving blades is one of the main issues if every residential building has a mechanical ventilation system. In order to achieve sound attenuation, Trematerra et al. investigated the use of metamaterials to produce attenuation filters that would be placed inside the mechanical ventilation systems’ casings [148]. Various configurations of a three-dimensional spherically shaped reticular structure with respect to the number of layers employed have been analysed. Furthermore, Kumar et al. investigated the use of 3D printed ventilated acoustic metamaterial window panels for noise shielding and air circulation [138]. They stated that the metastructure, which results from the weak coupling of the two identical square perforated holes and a common Helmholtz chamber constituting the absorber, is responsible for the high efficiency peak normal incidence absorption ( ) and the peak normal incidence transmission loss of roughly 18 dB .

However, in order to surpass the mass law, careful consideration must be given when choosing acoustic metamaterials for sound isolation
considering type of building walls, windows and ventilation being treated. Nevertheless, for practical large-scale implementation of acoustic metamaterials for building acoustics, there is a need for continued development of lightweight load-bearing structures that possess remarkable strength and longevity [93].

Sound pollution is a significant global problem where conventional acoustic materials cannot always offer the required acoustic comfort. However, acoustic metamaterial architectures can offer new solutions for noise mitigation especially in light-weight buildings. As discussed so far recent development in acoustic metamaterials have revealed numerous architecture suitable for both sound absorption and sound proofing. Metamaterials are frequently lightweight and compact and have demonstrated exceptional effectiveness in diminishing lowfrequency noise, a task that conventional acoustic materials have traditionally struggled with.

Despite consistent research, commercial sound insulation products based on acoustic metamaterials are yet to materialise. Nevertheless, it is clear that the research efforts constitute the inevitable steps eventually leading to architectures suitable for lightweight building construction. In this regard, the research informs that the advancements in acoustic metamaterials for the building industry is entering a stage where customizability is the primary target. On the other hand, the control over frequency is expected take metamaterials to an ever-broadening horizon where occupants will be able to customise the frequency spectrum that is required to be insulated.

A significant hindrance to the actual usage of most developed AMMs is their limited frequency band or occasionally single frequency operation. For resonant structures in particular, this is accurate. Many integrated design techniques are available to increase the bandwidth and improve their qualities throughout a wide range of frequencies. Nevertheless, the structure’s compactness could be compromised by this strategy. Thus, the employment of active metamaterials as a unique design approach that may, to some extent, ensure both a broad working frequency range and the compactness of the structure. Moreover, it is evident that inherent thermos-viscous losses within AMMs significantly affect their characteristics and operations, particularly for transmissive AMMs where these losses may result in low transmitted acoustic energy and poor transmission coefficients.

For a vast majority of acoustic metamaterials, the local resonance phenomenon informs their high sound absorption or low sound transmission capabilities. However, this leads to a narrow frequency band of peak performance which is a major shortcoming. A potential way to improve the performance frequency range is to assemble multiple metamaterials graded for their resonance bandwidth. Although examples of such assemblies in isolation have been shown by Jiang et al. [56] and Jiménez et al. [149], their installation and assembly from a building acoustics point of view require further research.

One of the challenges in acoustic metamaterials field is how to fabricate them. Although the development of additive manufacturing and its widespread use has spurred scientific advancements, there remain obstacles to the practical application of AMMs. The development
of metamaterials and the verification of complex designs have been made possible by advances in 3D printing technology. On the other hand, due of the lack of robustness in fabrication processes, sizes, and material qualities, process optimisation and sustainability for 3D printing technology remain significant challenges. For instance, prestressing pressures that are challenging to modify and sustain over an extended period of time may have an impact on certain features for the majority of membrane-type AMMs. The majority of membrane-type AMMs are now produced manually and necessitate a wide range of materials with various qualities, which unfortunately results in a loss of uniformity. For AMM technology to be used in real applications, therefore, more sophisticated manufacturing techniques must be developed [150].

Before acoustic metamaterials can become common place for sound insulation in buildings, the current challenges regarding large-scale and low cost mass manufacturing have to be addressed. In order to do this AMM designs, have to be conceived giving due consideration to easy scale up and low-cost manufacturing [151]. The accessibility of additive manufacturing techniques also offers a promising route regarding the fabrication of complex geometries which are an integral part of acoustic metamaterials. Nevertheless, additive manufacturing is still a slow and relatively expensive process for mass manufacturing. Furthermore, the capability of additive manufacturing as a technology to work with multiple and eco-friendly materials are still not widespread. Even though additive manufacturing is not yet a mass fabrication technique, the technology is evolving rapidly aimed at closing this gap. As such the adoption of acoustic metamaterial for sound insulation in building will happen in the near future.

Structure-borne sound at mid-to high-frequency may be effectively reduced by conventional noise control methods employed in the building sector; low-frequency structure-borne sound is still difficult to manage with such a lightweight method. Researchers have been able to design new acoustic metamaterial ideas that can reduce low-frequency structure-borne sound due to recent improvements in additive manufacturing technology [152]. In ways that are not achievable with traditional materials, acoustic metamaterials may modify and control sound waves. Sound control at subwavelength scales and acoustic imaging are made possible by metamaterials that have a zero or even negative refractive index for sound. Very anisotropic acoustic metamaterials and transformation acoustics theory work together to precisely regulate how sound fields are deformed. This ability may be utilised, for example, to cloak or conceal things from being detected by sound waves [6]. This has led to the creation of dynamically reconfigurable, loss-compensating, parity-time-symmetric materials for sound manipulation. Active acoustic metamaterials utilise external control to provide effective material features that are not feasible with passive structures. Developing effective methods for creating large-scale metamaterial structures and turning lab research into functional devices are among the ongoing challenges.

Efficient noise evaluation in a setting (traffic, airport, theatre and other public areas) where sound sources change at random is another significant problem. An inaccurate noise evaluation might lead to the installation of poorly designed acoustic meta-structures. The development of acoustic metamaterials for outdoor applications should also take environmental conditions like humidity and temperature into account. The behaviour of sound propagation is influenced by environmental conditions [153,154].

Timber constructions often give less inertial and elastic resistance to impact pressures because they are lighter and less rigid than steel and concrete, and the sound insulation treatments now in use do a poor job of attenuating sound in the range. Wave attenuation is now conceivable in acoustic metamaterials due to the success of unattainable qualities including bulk modulus, stiffness, and infinite or negative mass density [155]. But there are still problems to be resolved in terms of
structural capacity, imposed extra mass, and the range of attenuated frequency bands. In an effort to better understand sound mitigation applications, Assouar et al. [156] conducted theoretical and numerical assessments of the behaviour of a plate-type acoustic metamaterial in an airborne sound environment. Two configurations were taken into consideration: one based on pillars and the other on springs and mass. They have demonstrated that the examined metamaterial may generate a significant sound transmission loss (STL) in the sonic frequency range, indicating that the system is very appropriate and efficient for applications involving the mitigation of sound and vibration. Furthermore, they proposed that the plate-type metamaterial can be a potential way to get around the coincidence frequency constraint, which results in high sound transmission via plates for sound shielding, by employing carefully selected low-frequency resonators.

The research on acoustic metamaterials that can offer high sound absorption and sound proofing characteristics are increasingly being documented. As such, the review has identified a range of acoustic metamaterial architectures that can be adopted to enhance sound insulation in buildings. These metamaterials not only offer highly customisable acoustic properties but also significantly outperform traditional materials in low frequency sound attenuation beyond the mass law. These characteristics make acoustic metamaterials ideal candidates for light-weight buildings and housing projects near airport, railway lines and motorways. Although most acoustic metamaterials can be accommodated when it comes to the design of light weight building structures, the plate like architecture seems to offer the most costeffective route to enhance sound proofing. This means that the platetype metamaterial architecture can be incorporated to building walls and floors to increase its Sound Reduction Index (R) while keeping the mass low. To improve room acoustics on the other hand attention should be placed on the selection of acoustic metamaterials that can offer the highest sound absorption coefficient ( ) over a wide frequency range. Other than for specialist application, the standard practice in the building industry is to use materials that offer broad band sound absorption for general acoustic comfort. Here the cavity based, space coiling or gradient acoustic metamaterials can be used in combination with traditional materials to achieve improved low frequency sound absorption. This approach is also suitable to improve the sound insulation at targeted range of frequencies that are of particular interest offering significant versatility. Perhaps the most transformative role of acoustic metamaterials in future buildings will be their contribution to improving the acoustic insulation of ventilation, ducts, and windows. The ventilated acoustic metamaterials offer significant promise in this regard and have demonstrated significant sound insulation while facilitating air and light ventilation. Overall, tuneable, and multifunctional acoustic metamaterials when integrated into future buildings with lead to significant space-saving and light-weighting in comparison to traditional insulation design. Notwithstanding the encouraging attention and small-scale models, the exhibition of large-scale productions is still pending in many instances. An additional factor is the high-volume production and expandability that raise uncertainties about their economic feasibility. Lastly, accelerating the uptake of acoustic metamaterials by the building industry require further research demonstrating their sound insulation performance at suitable scales following appropriate acoustic standards.

Arun Arjunan: Writing – review & editing, Writing – original draft, Validation, Methodology, Investigation, Formal analysis, Conceptualization. Ahmad Baroutaji: Writing – review & editing, Methodology, Investigation, Formal analysis, Conceptualization. John Robinson: Writing – review & editing, Methodology, Investigation, Formal
analysis, Conceptualization. Aaron Vance: Writing – review & editing, Methodology, Investigation, Formal analysis, Conceptualization. Abul Arafat: Writing – review & editing, Methodology, Investigation, Formal analysis, Conceptualization.

All authors whose names are listed immediately below certify that they have NO affiliations with or involvement in any organisation or entity with any financial interest (such as honoraria; educational grants; participation in speakers’ bureaus; membership, employment, consultancies, stock ownership, or other equity interest; and expert testimony or patent-licensing arrangements), or non-financial interest (such as personal or professional relationships, affiliations, knowledge or beliefs) in the subject matter or materials discussed in this manuscript.

Data will be made available on request.

[1] S.E. Kishore, R. Sujithra, B. Dhatreyi, A review on latest acoustic noise mitigation materials, Mater. Today Proc. 47 (2021) 4700-4707, https://doi.org/10.1016/j. matpr.2021.05.600.
[2] A. Arjunan, A. Baroutaji, A.S. Praveen, A.G. Olabi, C.J. Wang, Acoustic performance of metallic foams, in: Ref. Modul. Mater. Sci. Mater. Eng., Elsevier, 2019, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.11561-9.
[3] M.H. Lu, L. Feng, Y.F. Chen, Phononic crystals and acoustic metamaterials, Mater. Today 12 (2009) 34-42, https://doi.org/10.1016/S1369-7021(09)70315-3.
[4] K.J.B. Lee, M.K. Jung, S.H. Lee, Highly tunable acoustic metamaterials based on a resonant tubular array, Phys. Rev. B Condens. Matter (2012), https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.86.184302.
[5] X. Zhang, Z. Qu, H. Wang, Engineering Acoustic Metamaterials for Sound Absorption: from Uniform to Gradient Structures, Elsevier Inc., 2020, https://doi. org/10.1016/j.isci.2020.101110.
[6] S.A. Cummer, J. Christensen, A. Alù, Controlling sound with acoustic metamaterials, Nat. Rev. Mater. 1 (2016), https://doi.org/10.1038/ natrevmats.2016.1.
[7] G. Ma, P. Sheng, Acoustic metamaterials: from local resonances to broad horizons, Sci. Adv. 2 (2016), https://doi.org/10.1126/sciadv. 1501595.
[8] V. Fedotov, Metamaterials, Springer Handbooks, 2017, https://doi.org/10.1007/ 978-3-319-48933-9_56.
[9] A. Arjunan, C.J. Wang, K. Yahiaoui, D.J. Mynors, T. Morgan, V.B. Nguyen, M. English, Sound frequency dependent mesh modelling to simulate the acoustic insulation of stud based double-leaf walls, in: Proc. ISMA 2014 – Int. Conf. Noise Vib. Eng. USD 2014 – Int. Conf. Uncertain, Struct. Dyn., 2014.
[10] A. Arjunan, C.J. Wang, K. Yahiaoui, D.J. Mynors, T. Morgan, V.B. Nguyen, M. English, Development of a 3D finite element acoustic model to predict the sound reduction index of stud based double-leaf walls, J. Sound Vib. 333 (2014) 6140-6155, https://doi.org/10.1016/j.jsv.2014.06.032.
[11] G. Ji, J. Huber, Recent progress in acoustic metamaterials and active piezoelectric acoustic metamaterials – a review, Appl. Mater. Today 26 (2022) 101260, https:// doi.org/10.1016/j.apmt.2021.101260.
[12] P.F. Pai, G. Huang, S. of, Photo-optical Instrumentation Engineers, Theory and Design of Acoustic Metamaterials, 2015. https://books.google.co.uk/books?id =EIdRjwEACAAJ.
[13] V. Romero-Garcia, A.C. Hladky-Hennion, Fundamentals and Applications of Acoustic Metamaterials: from Seismic to Radio Frequency, Wiley, 2019. https: //books.google.co.uk/books?id=CvulDwAAQBAJ.
[14] Z. Chen, B. Guo, Y. Yang, C. Cheng, Metamaterials-based enhanced energy harvesting: a review, Phys. B Condens. Matter (2014), https://doi.org/10.1016/j. physb.2013.12.040.
[15] N. Kaina, F. Lemoult, M. Fink, G. Lerosey, Negative refractive index and acoustic superlens from multiple scattering in single negative metamaterials, Nature (2015), https://doi.org/10.1038/nature14678.
[16] L. Terrenoir, J. Lartigau, A. Arjunan, L. Laguna Salvado, C. Merlo, Influence of wire feed speed and torch speed on the mechanical properties of wire arc additively manufactured stainless steel, J. Manuf. Sci. Eng. 145 (2023) 101012, https://doi.org/10.1115/1.4063108.
[17] A. Cano-Vicent, M.M. Tambuwala, S.S. Hassan, D. Barh, A.A.A. Aljabali, M. Birkett, A. Arjunan, Á. Serrano-Aroca, Fused deposition modelling: current status, methodology, applications and future prospects, Addit. Manuf. 47 (2021) 102378, https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102378.
[18] A. Arjunan, A. Baroutaji, J. Robinson, Advances in acoustic metamaterials, in: Ref. Modul. Mater. Sci. Mater. Eng., Elsevier, 2021, https://doi.org/10.1016/ B978-0-12-815732-9.00091-7.
[19] Z. Yang, J. Mei, M. Yang, N.H. Chan, P. Sheng, Membrane-type acoustic metamaterial with negative dynamic mass, Phys. Rev. Lett. (2008), https://doi. org/10.1103/PhysRevLett.101.204301.
[20] T.J. Cox, P. D’Antonio, Acoustic Absorbers and Diffusers : Theory, Design and Application, Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2016.
[21] Y. Tao, M. Ren, H. Zhang, T. Peijs, Recent progress in acoustic materials and noise control strategies – a review, Appl. Mater. Today 24 (2021) 101141, https://doi. org/10.1016/j.apmt.2021.101141.
[22] Z. Sü, S. Yilmazer, The acoustical characteristics of the kocatepe mosque in ankara, Turkey, Architect. Sci. Rev. 51 (2008) 21-30, https://doi.org/10.3763/ asre.2008.5104.
[23] Z. Sü, M. Çalışkan, Acoustical design and noise control in metro stations: case studies of the ankara metro system, Build. Acoust. 14 (2007) 203-221, https:// doi.org/10.1260/135101007781998910.
[24] X. Peng, J. Ji, Y. Jing, Composite honeycomb metasurface panel for broadband sound absorption, J. Acoust. Soc. Am. (2018), https://doi.org/10.1121/ 1.5055847.
[25] J. Mei, G. Ma, M. Yang, Z. Yang, W. Wen, P. Sheng, Dark acoustic metamaterials as super absorbers for low-frequency sound, Nat. Commun. 3 (2012), https://doi. org/10.1038/ncomms1758.
[26] Y. Du, W. Wu, W. Chen, Y. Lin, Q. Chi, Control the structure to optimize the performance of sound absorption of acoustic metamaterial: a review, AIP Adv. 11 (2021).
[27] K. Steiger, Control of Static and Dynamic Mechanical Response of Piezoelectric Composite Shells: Applications to Acoustics and Adaptive Optics, 2013, https:// doi.org/10.13140/RG.2.1.2731.1120.
E. Davies, 27 – noise and vibration, in: D.A. Snow (Ed.), Plant Eng. Ref. B, second ed., second ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, 2002, pp. 16-27, https://doi. org/10.1016/B978-075064452-5/50082-1.
[29] C.J. Naify, C.-M. Chang, G. McKnight, F. Scheulen, S. Nutt, Membrane-type metamaterials: transmission loss of multi-celled arrays, J. Appl. Phys. 109 (2011) 104902, https://doi.org/10.1063/1.3583656.
[30] Analytic Modeling of Sound Transmission through Membrane-Type Acoustic Metamaterials – M.C. Gill Composites Center, (n.d.). https://composites.usc.edu/ 2018/04/03/soundtransmissionthroughmembrane/(accessed August 31, 2022).
[31] Y.-Z. Wang, L. Ma, Sound insulation performance of membrane-type metamaterials combined with pyramidal truss core sandwich structure, Compos. Struct. 260 (2021) 113257.
[32] F. Ma, C. Wang, C. Liu, J.H. Wu, Structural designs, principles, and applications of thin-walled membrane and plate-type acoustic/elastic metamaterials, J. Appl. Phys. 129 (2021).
[33] C.R. Fuller, G. Mathur, Poro-elastic acoustic meta materials, in: INTER-NOISE NOISE-CON Congr. Conf. Proc., Institute of Noise Control Engineering, 2017, pp. 1581-1590.
[34] X. Sagartzazu, L. Hervella-Nieto, J.M. Pagalday, Review in sound absorbing materials, Arch. Comput. Methods Eng. 15 (2008) 311-342.
[35] J. Landaluze, I. Portilla, J.M. Pagalday, A. Martínez, R. Reyero, Application of active noise control to an elevator cabin, Control Eng. Pract. 11 (2003) 1423-1431.
[36] M. Cuesta, P. Cobo, A. Fernández, J. Pfretzschner, Using a thin actuator as secondary source for hybrid passive/active absorption in an impedance tube, Appl. Acoust. 67 (2006) 15-27.
[37] W.H. Organization, Environmental Noise Guidelines for the European Region, World Health Organization. Regional Office for Europe, 2018.
[38] A. Arjunan, C. Wang, M. English, M. Stanford, P. Lister, A computationallyefficient numerical model to characterize the noise behavior of metal-framed walls, Metals 5 (2015) 1414-1431, https://doi.org/10.3390/met5031414.
[39] A. Arjunan, J. Rackley, M. Stanford, Experimental investigation on the sound reduction performance of frequency controlled acoustic interference cavities, in: Proc. INTER-NOISE 2016-45th Int. Congr. Expo. Noise Control Eng. Towar. A Quieter Futur., 2016.
[40] H.H. Huang, C.T. Sun, G.L. Huang, On the negative effective mass density in acoustic metamaterials, Int. J. Eng. Sci. (2009), https://doi.org/10.1016/j. ijengsci.2008.12.007.
[41] M.R. Haberman, M.D. Guild, Acoustic metamaterials, Phys. Today (2016), https://doi.org/10.1063/PT.3.3198.
[42] M. Caleap, B.W. Drinkwater, P.D. Wilcox, Effective dynamic constitutive parameters of acoustic metamaterials with random microstructure, New J. Phys. 14 (2012) 33014, https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/3/033014.
[43] P. Sheng, J. Mei, Z. Liu, W. Wen, Dynamic mass density and acoustic metamaterials, Phys. B Condens. Matter (2007), https://doi.org/10.1016/j. physb.2006.12.046.
[44] M.I. Hussein, M.J. Frazier, Damped Phononic Crystals and Acoustic Metamaterials, 2013, https://doi.org/10.1007/978-3-642-31232-8_6.
[45] M.F. Ponge, O. Poncelet, D. Torrent, Dynamic homogenization theory for nonlocal acoustic metamaterials, Extrem. Mech. Lett. (2017), https://doi.org/ 10.1016/j.eml.2016.10.006.
[46] C. Coulais, D. Sounas, A. Alù, Static non-reciprocity in mechanical metamaterials, Nature (2017), https://doi.org/10.1038/nature21044.
[47] M. Kadic, T. Bückmann, R. Schittny, M. Wegener, Metamaterials beyond electromagnetism, Rep. Prog. Phys. (2013), https://doi.org/10.1088/0034-4885/ 76/12/126501.
[48] J. Liu, H. Guo, T. Wang, A review of acoustic metamaterials and phononic crystals, Crystals (2020), https://doi.org/10.3390/cryst10040305.
[49] X. Zhou, X. Liu, G. Hu, Elastic metamaterials with local resonances: an overview, Theor. Appl. Mech. Lett. (2012), https://doi.org/10.1063/2.1204101.
[50] V. Fokin, M. Ambati, C. Sun, X. Zhang, Method for retrieving effective properties of locally resonant acoustic metamaterials, Phys. Rev. B Condens. Matter (2007), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.144302.
[51] S. Kumar, H. Lee, The present and future role of acoustic metamaterials for architectural and urban noise mitigations, Acoustics (2019), https://doi.org/ 10.3390/acoustics1030035.
[52] M.D. Guild, V.M. García-Chocano, W. Kan, J. Sánchez-Dehesa, Acoustic metamaterial absorbers based on multilayered sonic crystals, J. Appl. Phys. (2015), https://doi.org/10.1063/1.4915346.
[53] Y. Tang, S. Ren, H. Meng, F. Xin, L. Huang, T. Chen, C. Zhang, T.J. Lu, Hybrid acoustic metamaterial as super absorber for broadband low-frequency sound, Sci. Rep. (2017), https://doi.org/10.1038/srep43340.
[54] T. Lee, T. Nomura, E.M. Dede, H. Iizuka, Ultrasparse acoustic absorbers enabling fluid flow and visible-light controls, Phys. Rev. Appl. (2019), https://doi.org/ 10.1103/PhysRevApplied.11.024022.
[55] A.C. Slagle, C.R. Fuller, Low frequency noise reduction using poro-elastic acoustic metamaterials, in: 21st AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf, 2015, https://doi.org/ 10.2514/6.2015-3113.
[56] X. Jiang, B. Liang, R.Q. Li, X.Y. Zou, L.L. Yin, J.C. Cheng, Ultra-broadband absorption by acoustic metamaterials, Appl. Phys. Lett. (2014), https://doi.org/ 10.1063/1.4904887.
[57] S. Ebrahimi-Nejad, M. Kheybari, Honeycomb locally resonant absorbing acoustic metamaterials with stop band behavior, Mater. Res. Express (2018), https://doi. org/10.1088/2053-1591/aadbe2.
[58] S. Cho, B. Kim, D. Min, J. Kang, J. Park, Acoustic metamaterial panel composed of funnel-shaped cell unit having multi-band negative material properties, in: INTERNOISE 2014-43rd Int. Congr. Noise Control Eng. Improv, World Through Noise Control, 2014.
[59] J. Niu, J. Wu, Low frequency wide band sound absorption performance of asymmetric type acoustic metamaterials, Zhendong Yu Chongji/Journal Vib. Shock. (2018), https://doi.org/10.13465/j.cnki.jvs.2018.19.007.
[60] S. Ortiz, C. Gonzalez, P. Cobo, F. Montero de Espinosa, Attenuating open cavity tones by lining its walls with microperforated panels, Noise Control Eng. J. 62 (2014) 145-151, https://doi.org/10.3397/1/376215.
[61] J. Pfretzschner, P. Cobo, F. Simón, M. Cuesta, A. Fernández, Microperforated insertion units: an alternative strategy to design microperforated panels, Appl. Acoust. 67 (2006) 62-73, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2005.05.005.
[62] S. Greiner, K. Wudy, L. Lanzl, D. Drummer, Selective laser sintering of polymer blends: bulk properties and process behavior, Polym. Test. 64 (2017) 136-144, https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2017.09.039.
[63] A. Arjunan, M. Demetriou, A. Baroutaji, C. Wang, Mechanical performance of highly permeable laser melted Ti6Al4V bone scaffolds, J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 102 (2020) 103517, https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103517.
[64] A. Arjunan, Acoustic absorption of passive destructive interference cavities, Mater. Today Commun. 19 (2019) 68-75, https://doi.org/10.1016/j. mtcomm.2018.12.012.
[65] A. Arjunan, Targeted sound attenuation capacity of 3D printed noise cancelling waveguides, Appl. Acoust. 151 (2019) 30-44, https://doi.org/10.1016/j. apacoust.2019.03.008.
D. Roca, D. Yago, J. Cante, O. Lloberas-Valls, J. Oliver, Computational design of locally resonant acoustic metamaterials, Comput. Methods Appl. Mech. Eng. (2019), https://doi.org/10.1016/j.cma.2018.10.037.
[67] H. Xie, Y. Lyu, Sound absorption characteristics of the perforated panel resonator with tube bundles, 21st Int. Congr. Sound Vib. (2014), Volume 1, pp. 5010, ICSV 2014, 2014.
[68] X. Wang, Y. Chen, G. Zhou, T. Chen, F. Ma, Synergetic coupling large-scale platetype acoustic metamaterial panel for broadband sound insulation, J. Sound Vib. (2019), https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.114867.
[69] S.W. Ren, L. Van Belle, C. Claeys, F.X. Xin, T.J. Lu, E. Deckers, W. Desmet, Improvement of the sound absorption of flexible micro-perforated panels by local resonances, Mech. Syst. Signal Process. (2019), https://doi.org/10.1016/j. ymssp.2018.07.046.
[70] T.A. Starkey, J.D. Smith, A.P. Hibbins, J.R. Sambles, H.J. Rance, Thin structured rigid body for acoustic absorption, Appl. Phys. Lett. (2017), https://doi.org/ 10.1063/1.4974487.
[71] L.J. Li, B. Zheng, L.M. Zhong, J. Yang, B. Liang, J.C. Cheng, Broadband compact acoustic absorber with high-efficiency ventilation performance, Appl. Phys. Lett. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5038184.
[72] S. Huang, X. Fang, X. Wang, B. Assouar, Q. Cheng, Y. Li, Acoustic perfect absorbers via Helmholtz resonators with embedded apertures, J. Acoust. Soc. Am. (2019), https://doi.org/10.1121/1.5087128.
[73] C.R. Liu, J.H. Wu, X. Chen, F. Ma, A thin low-frequency broadband metasurface with multi-order sound absorption, J. Phys. D Appl. Phys. (2019), https://doi. org/10.1088/1361-6463/aafaa3.
[74] A.A. Fernández-Marín, N. Jiménez, J.P. Groby, J. Sánchez-Dehesa, V. RomeroGarcía, Aerogel-based metasurfaces for perfect acoustic energy absorption, Appl. Phys. Lett. (2019), https://doi.org/10.1063/1.5109084.
[75] X. Cai, Q. Guo, G. Hu, J. Yang, Ultrathin low-frequency sound absorbing panels based on coplanar spiral tubes or coplanar Helmholtz resonators, Appl. Phys. Lett. 105 (2014) 121901, https://doi.org/10.1063/1.4895617.
[76] S. Huang, X. Fang, X. Wang, B. Assouar, Q. Cheng, Y. Li, Acoustic perfect absorbers via spiral metasurfaces with embedded apertures, Appl. Phys. Lett. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5063289.
[77] G. Ma, M. Yang, S. Xiao, Z. Yang, P. Sheng, Acoustic metasurface with hybrid resonances, Nat. Mater. 13 (2014) 873-878, https://doi.org/10.1038/nmat3994.
[78] Y. Aurégan, Ultra-thin low frequency perfect sound absorber with high ratio of active area, Appl. Phys. Lett. 113 (2018) 201904, https://doi.org/10.1063/ 1.5063504.
[79] X. Wang, X. Luo, H. Zhao, Z. Huang, Acoustic perfect absorption and broadband insulation achieved by double-zero metamaterials, Appl. Phys. Lett. 112 (2018) 21901, https://doi.org/10.1063/1.5018180.
[80] C. Xu, H. Guo, Y. Chen, X. Dong, H. Ye, Y. Wang, Study on broadband lowfrequency sound insulation of multi-channel resonator acoustic metamaterials, AIP Adv. 11 (2021) 45321, https://doi.org/10.1063/5.0047416.
[81] F. Zangeneh-Nejad, R. Fleury, Active times for acoustic metamaterials, Rev. Phys. 4 (2019) 100031, https://doi.org/10.1016/j.revip.2019.100031.
[82] A. Arjunan, A. Baroutaji, J. Robinson, C. Wang, Characteristics of acoustic metamaterials, in: Ref. Modul. Mater. Sci. Mater. Eng., Elsevier, 2021, https:// doi.org/10.1016/B978-0-12-815732-9.00090-5.
[83] A. Arjunan, A. Baroutaji, A. Latif, Acoustic behaviour of 3D printed titanium perforated panels, Results Eng 11 (2021) 100252, https://doi.org/10.1016/j. rineng.2021.100252.
[84] Y. Li, B.M. Assouar, Acoustic metasurface-based perfect absorber with deep subwavelength thickness, Appl. Phys. Lett. 108 (2016) 63502, https://doi.org/ 10.1063/1.4941338.
[85] X.H. Zhang, Z.G. Qu, X.C. He, D.L. Lu, Experimental study on the sound absorption characteristics of continuously graded phononic crystals, AIP Adv. 6 (2016) 105205, https://doi.org/10.1063/1.4965923.
[86] A. Climente, D. Torrent, J. Sánchez-Dehesa, Omnidirectional broadband acoustic absorber based on metamaterials, Appl. Phys. Lett. 100 (2012), https://doi.org/ 10.1063/1.3701611.
[87] J. Xu, S. Xiao, P. He, Y. Wang, Y. Shen, L. Hong, Y. Luo, B. He, Realization of broadband truly rainbow trapping in gradient-index metamaterials, Opt Express 30 (2022) 3941-3953.
[88] Z.-Y. Li, T.-X. Ma, Y.-Z. Wang, F.-M. Li, C. Zhang, Vibration isolation by novel meta-design of pyramid-core lattice sandwich structures, J. Sound Vib. 480 (2020) 115377.
[89] Y. Xu, Y. Fu, H. Chen, Planar gradient metamaterials, Nat. Rev. Mater. 1 (2016), https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.67.
[90] J. Zhu, Y. Chen, X. Zhu, F.J. Garcia-Vidal, X. Yin, W. Zhang, X. Zhang, Acoustic rainbow trapping, Sci. Rep. 3 (2013) 1728, https://doi.org/10.1038/srep01728.
[91] M. Alshaqaq, C. Sugino, A. Erturk, Programmable rainbow trapping and band-gap enhancement via spatial group-velocity tailoring in elastic metamaterials, Phys. Rev. Appl. 17 (2022) L021003, https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.17. L021003.
[92] X. Ni, Y. Wu, Z.-G. Chen, L.-Y. Zheng, Y.-L. Xu, P. Nayar, X.-P. Liu, M.-H. Lu, Y.F. Chen, Acoustic rainbow trapping by coiling up space, Sci. Rep. 4 (2014) 7038, https://doi.org/10.1038/srep07038.
[93] N. Gao, Z. Zhang, J. Deng, X. Guo, B. Cheng, H. Hou, Acoustic Metamaterials for Noise Reduction: A Review, Adv. Mater. Technol. n/a (n.d.) 2100698. https://d oi.org/10.1002/admt. 202100698.
[94] W. Akl, A. Baz, Experimental characterization of active acoustic metamaterial cell with controllable dynamic density, J. Appl. Phys. 112 (2012) 84912, https://doi. org/10.1063/1.4759327.
[95] J. Zhao, X. Li, Y. Wang, W. Wang, B. Zhang, X. Gai, Membrane acoustic metamaterial absorbers with magnetic negative stiffness, J. Acoust. Soc. Am. 141 (2017) 840-846, https://doi.org/10.1121/1.4976042.
[96] X. Li, T. Xing, J. Zhao, X. Gai, Broadband low frequency sound absorption using a monostable acoustic metamaterial, J. Acoust. Soc. Am. 147 (2020), https://doi. org/10.1121/10.0000714. EL113-EL118.
[97] X. Xiang, H. Tian, Y. Huang, X. Wu, W. Wen, Manually tunable ventilated metamaterial absorbers, Appl. Phys. Lett. 118 (2021) 53504, https://doi.org/ 10.1063/5.0037547.
[98] Z. Xu, H. Meng, A. Chen, J. Yang, B. Liang, J. Cheng, Tunable low-frequency and broadband acoustic metamaterial absorber, J. Appl. Phys. 129 (2021) 94502, https://doi.org/10.1063/5.0038940.
[99] J. Du, Y. Luo, X. Zhao, X. Sun, Y. Song, X. Hu, Bilayer ventilated labyrinthine metasurfaces with high sound absorption and tunable bandwidth, Sci. Rep. 11 (2021) 5829, https://doi.org/10.1038/s41598-021-84986-0.
[100] A. Arjunan, C.J. Wang, K. Yahiaoui, D.J. Mynors, T. Morgan, M. English, Finite element acoustic analysis of a steel stud based double-leaf wall, Build. Environ. 67 (2013) 202-210, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.05.021.
[101] J. Li, X. Zhou, G. Huang, G. Hu, Acoustic metamaterials capable of both sound insulation and energy harvesting, Smart Mater. Struct. (2016), https://doi.org/ 10.1088/0964-1726/25/4/045013.
[102] C.J. Naify, C.M. Chang, G. McKnight, S. Nutt, Transmission loss and dynamic response of membrane-type locally resonant acoustic metamaterials, J. Appl. Phys. (2010), https://doi.org/10.1063/1.3514082.
[103] M. Yang, G. Ma, Z. Yang, P. Sheng, Coupled membranes with doubly negative mass density and bulk modulus, Phys. Rev. Lett. (2013), https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.110.134301.
[104] S. Kumar, P. Bhushan, O. Prakash, S. Bhattacharya, Double negative acoustic metastructure for attenuation of acoustic emissions, Appl. Phys. Lett. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5022602.
[105] F. Ma, M. Huang, J.H. Wu, Ultrathin lightweight plate-type acoustic metamaterials with positive lumped coupling resonant, J. Appl. Phys. (2017), https://doi.org/10.1063/1.4972839.
[106] F. Ma, M. Huang, Y. Xu, J.H. Wu, Bi-layer plate-Type acoustic metamaterials with Willis coupling, J. Appl. Phys. (2018), https://doi.org/10.1063/1.4991426.
[107] L.Y.L. Ang, Y.K. Koh, H.P. Lee, Plate-type acoustic metamaterial with cavities coupled via an orifice for enhanced sound transmission loss, Appl. Phys. Lett. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5019602.
[108] A. Arjunan, A. Foteinou, A comparative study on the acoustic behaviour of freestanding curved and flat single panel screens in an open-plan enclosed environment, in: INTER-NOISE 2017-46th Int. Congr. Expo. Noise Control Eng, Taming Noise Mov. Quiet, 2017.
[109] Z. Li, D.Q. Yang, S.L. Liu, S.Y. Yu, M.H. Lu, J. Zhu, S.T. Zhang, M.W. Zhu, X. S. Guo, H.D. Wu, X.L. Wang, Y.F. Chen, Broadband gradient impedance matching using an acoustic metamaterial for ultrasonic transducers, Sci. Rep. (2017), https://doi.org/10.1038/srep42863.
[110] F. Casadei, T. Delpero, A. Bergamini, P. Ermanni, M. Ruzzene, Piezoelectric resonator arrays for tunable acoustic waveguides and metamaterials, J. Appl. Phys. (2012), https://doi.org/10.1063/1.4752468.
[111] S.B. Chen, J.H. Wen, G. Wang, X. Sen Wen, Tunable band gaps in acoustic metamaterials with periodic arrays of resonant shunted piezos, Chin. Phys. B (2013), https://doi.org/10.1088/1674-1056/22/7/074301.
[112] A. Allam, A. Elsabbagh, W. Akl, Modeling and design of two-dimensional membrane-type active acoustic metamaterials with tunable anisotropic density, J. Acoust. Soc. Am. (2016), https://doi.org/10.1121/1.4966627.
[113] W. Akl, A. Baz, Multi-cell active acoustic metamaterial with programmable bulk modulus, J. Intell. Mater. Syst. Struct. (2010), https://doi.org/10.1177/ 1045389X09359434.
[114] L. Airoldi, M. Ruzzene, Design of tunable acoustic metamaterials through periodic arrays of resonant shunted piezos, New J. Phys. (2011), https://doi.org/10.1088/ 1367-2630/13/11/113010.
[115] C. Sugino, S. Leadenham, M. Ruzzene, A. Erturk, An investigation of electroelastic bandgap formation in locally resonant piezoelectric metastructures, Smart Mater. Struct. (2017), https://doi.org/10.1088/1361-665X/aa6671.
[116] F. Casadei, M. Ruzzene, L. Dozio, K.A. Cunefare, Broadband vibration control through periodic arrays of resonant shunts: experimental investigation on plates, Smart Mater. Struct. (2010), https://doi.org/10.1088/0964-1726/19/1/015002.
[117] S. Chen, Y. Fan, Q. Fu, H. Wu, Y. Jin, J. Zheng, F. Zhang, A review of tunable acoustic metamaterials, Appl. Sci. (2018), https://doi.org/10.3390/app8091480.
[118] A. Allam, A. Elsabbagh, W. Akl, Experimental demonstration of one-dimensional active plate-type acoustic metamaterial with adaptive programmable density, J. Appl. Phys. (2017), https://doi.org/10.1063/1.4979020.
[119] B.I. Popa, L. Zigoneanu, S.A. Cummer, Tunable active acoustic metamaterials, Phys. Rev. B Condens. Matter (2013), https://doi.org/10.1103/ PhysRevB.88.024303.
[120] P. Wang, F. Casadei, S. Shan, J.C. Weaver, K. Bertoldi, Harnessing buckling to design tunable locally resonant acoustic metamaterials, Phys. Rev. Lett. (2014), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.014301.
[121] Z. Yang, H.M. Dai, N.H. Chan, G.C. Ma, P. Sheng, Acoustic metamaterial panels for sound attenuation in the regime, Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 41906, https://doi.org/10.1063/1.3299007.
[122] Y. Zhang, J. Wen, Y. Xiao, X. Wen, J. Wang, Theoretical investigation of the sound attenuation of membrane-type acoustic metamaterials, Phys. Lett. 376 (2012) 1489-1494, https://doi.org/10.1016/j.physleta.2012.03.010.
[123] Y. Chen, G. Huang, X. Zhou, G. Hu, C.-T. Sun, Analytical coupled vibroacoustic modeling of membrane-type acoustic metamaterials: membrane model, J. Acoust. Soc. Am. 136 (2014) 969-979, https://doi.org/10.1121/1.4892870.
[124] C.J. Naify, C.-M. Chang, G. McKnight, S. Nutt, Transmission loss of membranetype acoustic metamaterials with coaxial ring masses, J. Appl. Phys. 110 (2011) 124903, https://doi.org/10.1063/1.3665213.
[125] H. Tian, X. Wang, Y. Zhou, Theoretical model and analytical approach for a circular membrane-ring structure of locally resonant acoustic metamaterial, Appl. Phys. A 114 (2014) 985-990, https://doi.org/10.1007/s00339-013-8047-y.
[126] C.J. Naify, C.-M. Chang, G. McKnight, S.R. Nutt, Scaling of membrane-type locally resonant acoustic metamaterial arrays, J. Acoust. Soc. Am. 132 (2012) 2784-2792, https://doi.org/10.1121/1.4744941.
[127] N. Sui, X. Yan, T.-Y. Huang, J. Xu, F.-G. Yuan, Y. Jing, A lightweight yet soundproof honeycomb acoustic metamaterial, Appl. Phys. Lett. 106 (2015) 171905, https://doi.org/10.1063/1.4919235.
[128] X. Wang, H. Zhao, X. Luo, Z. Huang, Membrane-constrained acoustic metamaterials for low frequency sound insulation, Appl. Phys. Lett. 108 (2016) 41905, https://doi.org/10.1063/1.4940717.
[129] J. Jin Park, J.-H. Kwak, K. Song, Ultraslow medium with an acoustic membranelike undamped dynamic vibration absorber for low-frequency isolation, Extrem. Mech. Lett. 43 (2021) 101203, https://doi.org/10.1016/j.eml.2021.101203.
[130] F. Langfeldt, W. Gleine, Design of acoustic partitions with thin plate-like acoustic metamaterials, in: Proc. Int. Congr. Acoust., 23rd International Congress on Acoustics, 2019, pp. 4870-4877, https://doi.org/10.18154/RWTH-CONV239261. Achen, Germany.
[131] S. Varanasi, J.S. Bolton, T.H. Siegmund, R.J. Cipra, The low frequency performance of metamaterial barriers based on cellular structures, Appl. Acoust. 74 (2013) 485-495, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2012.09.008.
[132] L.Y.L. Ang, Y.K. Koh, H.P. Lee, Plate-type acoustic metamaterials: evaluation of a large-scale design adopting modularity for customizable acoustical performance, Appl. Acoust. 149 (2019) 156-170, https://doi.org/10.1016/j. apacoust.2019.01.027.
[133] Q. Lin, Q. Lin, Y. Wang, G. Di, Sound insulation performance of sandwich structure compounded with a resonant acoustic metamaterial, Compos. Struct. 273 (2021) 114312, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114312.
[134] C. Gazzola, S. Caverni, A. Corigliano, From mechanics to acoustics: critical assessment of a robust metamaterial for acoustic insulation application, Appl. Acoust. 183 (2021) 108311, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2021.108311.
[135] M.H.F.H.F. De Salis, D.J.J. Oldham, S. Sharples, Noise control strategies for naturally ventilated buildings, Build. Environ. 37 (2002) 471-484, https://doi. org/10.1016/S0360-1323(01)00047-6.
[136] S.-H. Kim, S.-H. Lee, Air transparent soundproof window, AIP Adv. 4 (2014) 117123, https://doi.org/10.1063/1.4902155.
[137] X. Yu, Z. Lu, L. Cheng, F. Cui, On the sound insulation of acoustic metasurface using a sub-structuring approach, J. Sound Vib. 401 (2017) 190-203, https://doi. org/10.1016/j.jsv.2017.04.042.
[138] S. Kumar, T.B. Xiang, H.P. Lee, Ventilated acoustic metamaterial window panels for simultaneous noise shielding and air circulation, Appl. Acoust. 159 (2020) 107088, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2019.107088.
[139] Z. Xiao, P. Gao, D. Wang, X. He, L. Wu, Ventilated metamaterials for broadband sound insulation and tunable transmission at low frequency, Extrem. Mech. Lett. 46 (2021) 101348, https://doi.org/10.1016/j.eml.2021.101348.
[140] J.W. Jung, J.E. Kim, J.W. Lee, Acoustic metamaterial panel for both fluid passage and broadband soundproofing in the audible frequency range, Appl. Phys. Lett. 112 (2018) 41903, https://doi.org/10.1063/1.5004605.
[141] R. Ghaffarivardavagh, J. Nikolajczyk, S. Anderson, X. Zhang, Ultra-open acoustic metamaterial silencer based on Fano-like interference, Phys. Rev. B 99 (2019) 24302, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.024302.
[142] X. Wu, K.Y. Au-Yeung, X. Li, R.C. Roberts, J. Tian, C. Hu, Y. Huang, S. Wang, Z. Yang, W. Wen, High-efficiency ventilated metamaterial absorber at low frequency, Appl. Phys. Lett. 112 (2018).
[143] H. Zhang, Y. Zhu, B. Liang, J. Yang, J. Yang, J. Cheng, Omnidirectional ventilated acoustic barrier, Appl. Phys. Lett. 111 (2017).
[144] A. Crivoi, L. Du, Z. Fan, Ventilated acoustic meta-barrier based on layered Helmholtz resonators, Appl. Acoust. 205 (2023) 109263.
[145] Z. Su, Y. Zhu, S. Gao, H. Luo, H. Zhang, High-efficient and broadband acoustic insulation in a ventilated channel with acoustic metamaterials, Front. Mech. Eng. 8 (2022) 857788.
[146] X. Xiang, X. Wu, X. Li, P. Wu, H. He, Q. Mu, S. Wang, Y. Huang, W. Wen, Ultraopen ventilated metamaterial absorbers for sound-silencing applications in environment with free air flows, Extrem. Mech. Lett. 39 (2020) 100786.
[147] M. Sun, X. Fang, D. Mao, X. Wang, Y. Li, Broadband acoustic ventilation barriers, Phys. Rev. Appl. 13 (2020) 44028.
[148] A. Trematerra, A. Bevilacqua, G. Iannace, Noise control in air mechanical ventilation systems with three-dimensional metamaterials, Appl. Sci. 13 (2023) 1650.
[149] N. Jiménez, V. Romero-García, V. Pagneux, J.-P. Groby, Quasiperfect absorption by subwavelength acoustic panels in transmission using accumulation of resonances due to slow sound, Phys. Rev. B 95 (2017) 14205, https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.95.014205.
[150] G. Liao, C. Luan, Z. Wang, J. Liu, X. Yao, J. Fu, Acoustic metamaterials: a review of theories, structures, fabrication approaches, and applications, Adv. Mater. Technol. 6 (2021) 2000787, https://doi.org/10.1002/admt.202000787.
[151] Y. Wu, M. Yang, P. Sheng, Perspective: acoustic metamaterials in transition, J. Appl. Phys. (2018), https://doi.org/10.1063/1.5007682.
[152] D.J. Jagodzinski, M. Miksch, Q. Aumann, G. Müller, Modeling and optimizing an acoustic metamaterial to minimize low-frequency structure-borne sound, Mech. Base. Des. Struct. Mach. 50 (2022) 2877-2891.
[153] C.M. Harris, Absorption of sound in air versus humidity and temperature, J. Acoust. Soc. Am. 40 (1966) 148-159. https://api.semanticscholar.org/Corpus ID:120738552.
[154] D.A. Bohn, Environmental effects on the speed of sound, J. Audio Eng. Soc. 36 (1988) 223-231. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:18639998.
[155] B. Gibson, T. Nguyen, S. Sinaie, D. Heath, T. Ngo, The low frequency structureborne sound problem in multi-storey timber buildings and potential of acoustic metamaterials: a review, Build. Environ. (2022) 109531.
[156] B. Assouar, M. Oudich, X. Zhou, Acoustic metamaterials for sound mitigation, Compt. Rendus Phys. 17 (2016) 524-532, https://doi.org/10.1016/j. crhy.2016.02.002.