<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Acoust.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Acoustics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Acoust.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2813-8082</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1489401</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/facou.2024.1489401</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Acoustics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Subwavelength topological interface modes in a multilayered vibroacoustic metamaterial</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Gzal et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/facou.2024.1489401">10.3389/facou.2024.1489401</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Gzal</surname>
<given-names>Majdi O.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2748382/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Tempelman</surname>
<given-names>Joshua R.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Matlack</surname>
<given-names>Kathryn H.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/606270/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Vakakis</surname>
<given-names>Alexander F.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/funding-acquisition/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Department of Mechanical Science and Engineering</institution>, <institution>University of Illinois Urbana-Champaign</institution>, <addr-line>Urbana</addr-line>, <addr-line>IL</addr-line>, <country>United States</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Los Alamos National Laboratory</institution>, <addr-line>Los Alamos</addr-line>, <addr-line>NM</addr-line>, <country>United States</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1250169/overview">Raj Kumar Pal</ext-link>, Kansas State University, United States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1886604/overview">Zhongtao Hu</ext-link>, Beihang University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2505456/overview">Murat Kaynak</ext-link>, Harvard Medical School, United States</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Majdi O. Gzal, <email>gzal@illinois.edu</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>11</day>
<month>11</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2024</year>
</pub-date>
<volume>2</volume>
<elocation-id>1489401</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>01</day>
<month>09</month>
<year>2024</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>23</day>
<month>10</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2024 Gzal, Tempelman, Matlack and Vakakis.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Gzal, Tempelman, Matlack and Vakakis</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>We present a systematic and rigorous analytical approach, based on the transfer matrix methodology, to study the existence, evolution, and robustness of subwavelength topological interface states in practical multilayered vibroacoustic phononic lattices. These lattices, composed of membrane-air cavity unit cells, exhibit complex band structures with various bandgaps, including Bragg, band-splitting induced, local resonance, and plasma bandgaps. Focusing on the challenging low-frequency range and assuming axisymmetric modes, we show that topological interface states are confined to Bragg-like band-splitting induced bandgaps. Unlike the Su-Schrieffer-Heeger model, the vibroacoustic lattice exhibits diverse topological phase transitions across infinite bands, enabling broadband, multi-frequency vibroacoustics in the subwavelength regime. We establish three criteria for the existence of these states: the Zak phase, surface impedance, and a new reflection coefficient concept, all derived from transfer matrix components. Notably, we provide an explicit expression for the exact location of topological interface states within the band structure, offering insight for their predictive implementation. We confirm the robustness of these states against structural variations and identify delocalization as bandgaps narrow. Our work provides a complete and exact analytical characterization of topological interface states, demonstrating the effectiveness of the transfer matrix method. Beyond its analytical depth, our approach provides a useful framework and design tool for topological phononic lattices, advancing applications such as efficient sound filters, waveguides, noise control, and acoustic sensors in the subwavelength regime. Its versatility extends beyond the vibroacoustic systems, encompassing a broader range of phononic and photonic crystals with repetitive inversion-symmetric unit cells.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>vibroacoustic metamaterial</kwd>
<kwd>Zak phase</kwd>
<kwd>surface impedance</kwd>
<kwd>local resonance bandgap</kwd>
<kwd>plasma bandgap</kwd>
<kwd>sub-Bragg bandgaps</kwd>
<kwd>topological interface modes</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Acoustic Metamaterials</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Topological interface modes have emerged as a prominent research focus in topological physics, originating from advances in condensed matter physics that led to the discovery of topological insulators, which leverage various band phenomena, including the anomalous Hall effect, valley Hall effect, and edge modes (<xref ref-type="bibr" rid="B35">von Klitzing et al., 1980</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">von Klitzing, 1986</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Hasan and Kane, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">Qi and Zhang, 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B2">Bansil et al., 2016</xref>). These modes, often associated with robust states localized at the boundaries or interfaces between distinct topological phases, exhibit remarkable properties that are insensitive to local perturbatiocollection forns, making them highly desirable for various applications, including waveguiding, energy transfer, and information processing. Due to these unique advantages, the concept of topologically protected interface modes has been extended to various classical areas of physics, including electromagnetic waves in photonic crystals (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Haldane and Raghu, 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B39">Wang et al., 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Wang et al., 2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Rechtsman et al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Lu et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B37">Wang et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Harari et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B30">Segev and Bandres, 2021</xref>), as well as acoustic (<xref ref-type="bibr" rid="B46">Yang et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B41">Xiao et al., 2015a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Xiao et al., 2015b</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B27">Peng et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">He et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Lu et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Fleury et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B48">Yves et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B51">Zhang et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">He et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B53">Zhao et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B50">Zhang et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Ma et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Kliewer et al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Xue et al., 2022</xref>) and elastic (<xref ref-type="bibr" rid="B36">Wang et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B25">Mousavi et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">Pal and Ruzzene, 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Vila et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Miniaci et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Chaunsali et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B47">Yin et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Darabi and Leamy, 2019</xref>) waves in phononic crystals (PCs).</p>
<p>The realization of topological interface modes relies in the topological characteristics of materials and systems, typically quantified by topological invariants such as the Chern number in two-dimensional (2D) systems or the Zak phase in one-dimensional (1D) counterparts. Central to these modes is the concept of bulk-boundary correspondence, which asserts that nontrivial topological phases in a material&#x2019;s bulk inherently generate protected states at its boundaries or interfaces with regions exhibiting different topological properties (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Bernevig and Hughes, 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Chiu et al., 2016</xref>).</p>
<p>The exploration of 1D topological systems can be traced back to the seminal works on the Su-Schrieffer-Heeger (SSH) model, originally proposed to describe the electronic properties of polyacetylene chains (<xref ref-type="bibr" rid="B31">Su et al., 1979</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B32">Su et al., 1980</xref>). The widely studied SSH model, characterized by alternating hopping amplitudes in a 1D chain, is a prototypical system for studying topological phases in 1D. This model demonstrated the concept of topological invariants, specifically, the Zak phase, which is related to the variation of the geometric phase over a Brillouin zone (<xref ref-type="bibr" rid="B49">Zak, 1989</xref>). Indeed, the Zak phase classifies the topology of bulk bands, and is crucial for predicting the existence of topologically protected interface states&#x2014;or localized modes that form at the boundaries between regions with distinct Zak phases. In 1D systems, a topological phase transition is related to a sudden change in a topological invariant, such as the Zak phase, caused by variations in system parameters like material composition or structural geometry. In the bulk, this transition occurs when an existing band gap closes and reopens for changing system parameters, leading to fundamental changes to the system&#x2019;s topological properties. These transitions govern the creation or annihilation of protected interface states, enabling precise control over wave confinement and guiding. As a result, the Zak phase becomes a useful tool for the design of topological electronic, photonic, and phononic systems.</p>
<p>Generalizations of the SSH model often reveal nontrivial and intriguing phenomena, enhancing our understanding of topological phases. For instance, unconventional topological phases of polaritons in a cavity waveguide, modeled as an extended SSH model, have been reported to demonstrate how strong light-matter coupling can lead to a breakdown of the bulk-edge correspondence, both theoretically (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Downing et al., 2019</xref>) and experimentally (<xref ref-type="bibr" rid="B52">Zhao et al., 2024</xref>). Moreover, owing to its relative simplicity, the SSH model has been successfully implemented in diverse physical settings, such as in acoustic (<xref ref-type="bibr" rid="B42">Xiao et al., 2015b</xref>) and electromagnetic (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Xiao et al., 2014</xref>) systems. However, these topological states, typically arising within Bragg bandgaps, are generally restricted to high-frequency wave modes. This presents a significant challenge for acoustic waves in the audible range, which require bulky structures to achieve low-frequency topological states due to their relatively large wavelengths. In (<xref ref-type="bibr" rid="B53">Zhao et al., 2018</xref>), topological interface states in subwavelength acoustic systems were explored using a spring-mass discrete model, but this approach limits the practical applicability to real-world sound waves.</p>
<p>In the present study, we focus on the topological interface states in phononic systems, with a particular emphasis on membrane-type vibroacoustic metamaterials, a less explored area that holds promising potential for low-frequency sound tailoring and manipulation (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Yang et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Mei et al., 2012</xref>). To simultaneously achieve broadband low-frequency topological interface states within the subwavelength scale, we propose a vibroacoustic phononic metamaterial composed of multilayered membrane-air cavity units. Extending the topological interface states concept to vibroacoustic systems is particularly challenging due to their complex band structures, characterized by multiple interacting bandgaps. This challenge was recently addressed by the authors, by performing a thorough analytical characterization of the band structures of vibroacoustic phononic metamaterials composed of repeated monolayered (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Gzal et al., 2024a</xref>) and multilayered (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gzal et al., 2024b</xref>) membrane-air cavity unit cells, based on an analytical method initially introduced in (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Gzal et al., 2024c</xref>). This detailed analysis of the vibroacoustic multilayered phononic lattice provided the essential groundwork for the current study, enabling a purely analytical investigation of topological interface states in practical vibroacoustic phononic metamaterials.</p>
<p>A distinctive feature of the multilayered vibroacoustic metamaterial considered herein is that, by adjusting the properties of the membrane, sound-membrane interactions can be tuned to achieve broadband sub-Bragg bandgaps, termed band-splitting induced bandgaps, within the subwavelength scale (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gzal et al., 2024b</xref>). Unlike local resonance bandgaps, such subwavelength bandgaps are broadband and exhibit Bragg-like attenuation at frequencies well below the first-order Bragg diffraction, rendering them promising candidates for supporting low-frequency topological interface states.</p>
<p>Moreover, while the Zak phase is a well-established topological invariant used to identify interface states in various SSH model extensions, its abstract nature complicates the observation and interpretation of phase transitions and the role of different physical parameters, particularly when dealing with complex systems beyond artificial mass-spring models, such as the proposed vibroacoustic system. Therefore, in this study, we complement the Zak phase analysis with the concept of surface impedance, as proposed in (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Xiao et al., 2014</xref>), to derive explicit criteria for the existence and precise location of interface states within the topological bandgap. This approach relies on components of the transfer matrix that are directly related to the system&#x2019;s physical parameters. Furthermore, we introduce a new approach to characterize interface states using the reflection coefficients of semi-infinite, topologically distinct lattices. Hence, the presented analysis provides fresh insights into the nontrivial topological properties of low-frequency, subwavelength topological interface states in vibroacoustic phononic metamaterials with inversion-symmetric unit-cells. Overall, this study, grounded solely in the transfer matrix formalism, is driven by the aim of advancing the practical design of topological modes. It offers both physical insights and direct design tools for constructing topological interface states at specific target frequencies within vibro-acoustic lattices. While the effectiveness of the transfer matrix method for analyzing edge states has been highlighted in recent work (<xref ref-type="bibr" rid="B40">Wielian et al., 2024</xref>), our approach presents a significantly different perspective.</p>
<p>This work is organized as follows. <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> briefly addresses the sound-membrane interaction problem within a unit cell featuring inversion symmetry in a multilayered vibroacoustic lattice of infinite extent. We present exact analytical solutions based on Bloch&#x2019;s theorem and the transfer matrix method, enabling a detailed characterization of the band structure of these phononic metamaterials. In <xref ref-type="sec" rid="s3">Sections 3</xref>, <xref ref-type="sec" rid="s4">4</xref>, we present an analytical investigation of the existence, location, and robustness of topological interface states using the transfer matrix formalism. This analysis is conducted from two perspectives: in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, we focus on the infinite lattices, utilizing concepts such as the Zak phase, surface impedance, and reflection coefficients; in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, we examine the finite composite lattice through scattering spectra and eigenfrequency analysis. <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref> applies these methods to demonstrate the formation, robustness, and evolution of interface states. Finally, <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref> provides some concluding remarks with a discussion of the implications and potential technological applications of our findings.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Vibroacoustic phononic metamaterial of infinite extent: analysis and characterization</title>
<p>In this section, we begin with a detailed model description, outlining the key components of the coupled sound-membrane vibroacoustic system. Then, we establish the governing equations of motion and boundary conditions. Thereafter, an analytical exact solution for the coupled system is derived, providing a framework to describe the vibroacoustic interactions. Next, we employ the transfer matrix formalism to systematically analyze wave propagation across the multilayered structure. This is followed by a derivation of local impedance, scattering matrices, and reflection-transmission spectra to characterize wave behavior at interfaces. Finally, we conduct a complete band structure characterization, offering insights into the dispersion properties and the emergence of bandgaps in the system.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Model description</title>
<p>We investigate a cylindrical (axisymmetric) acoustic duct embedded with an infinite array of multilayered membrane resonators, forming a phononic vibroacoustic metamaterial. This structure consists of coupled multilayered repetitive unit cells creating a periodic lattice. <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1A</xref> provides a schematic of three adjacent unit cells in this periodic arrangement which is of infinite spatial extent. Each multilayered unit cell includes layers of membrane-air cavity resonators arranged in the following sequence: Half of Cavity 2, Membrane 1, Cavity 1, Membrane 2, and another half of Cavity 2. A detailed view of a representative unit cell is presented in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>, having inversion symmetry with respect to its center. The radius of the duct, denoted as <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is consistent for both the circular membranes and the cylindrical cavities. Cavity 1 and Cavity 2 have depths labeled as <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. The air within these cavities has density <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and sound speed <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The membranes are identical, clamped at their edges, and have uniform properties, namely, thickness <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, material density <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and speed of elastic wave propagation <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The membrane thickness is considered negligible compared to the cavity depths (<inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), making the characteristic length of the unit cell equal to <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We assume that the transverse vibration amplitudes of the linearly elastic membranes are small enough for linear infinitesimal elasticity to be applicable.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Schematic of the infinite vibroacoustic multilayered phononic metamaterial constructed by coupling alternating unit-cells (layers) consisting of half cavity 2 &#x2013; membrane&#x2013;cavity 1 &#x2013; membrane&#x2013;half cavity 2: <bold>(A)</bold> Three adjacent unit-cells, and <bold>(B)</bold> the <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell showing acoustic velocities and pressures at its left (<inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and right (<inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) boundaries; blue circles represent the elastic linear membranes, while light or dark orange indicates the acoustic air cavity 1 or 2, respectively.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g001.tif"/>
</fig>
<p>According to Bloch&#x2019;s theorem, the change in wave amplitude between adjacent unit cells is independent of their specific locations within the lattice. Therefore, a complete characterization of wave propagation in the infinite periodic assembly can be achieved solely through analyzing a representative unit cell. In <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>, the <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell is isolated from its neighboring cells, and its free body diagram is illustrated. The interaction between adjacent unit cells is described using the acoustic pressure and velocity pairs denoted by <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the left boundary (<inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the right boundary (<inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), respectively. In the following transfer matrix formulation, we assume that the acoustic pressure and velocity pair at the left boundary of the <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell is considered to be known, while the corresponding acoustic state at the right boundary is unknown.</p>
<p>A detailed analysis, based on the transfer matrix method, of a generalized version of this multilayered vibroacoustic lattice, where each unit cell is constructed from two distinct membranes and cavities, was recently reported in (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gzal et al., 2024b</xref>). However, the selection of the unit cell was different from our choice in the current study. Here, the unit cell is shifted (compared to the case in (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gzal et al., 2024b</xref>)) to preserve inversion symmetry. As a result, while the band structure remains identical and independent of the unit cell selection, the acoustic pressure distribution along the unit cell, as well as the components of the transfer matrix in this study, will be different from those derived in (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gzal et al., 2024b</xref>). Furthermore, altering the basis of the unit cell changes the geometric phase accumulated by the eigenmodes, such as changing the Zak phase from that of the unit cell in (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gzal et al., 2024b</xref>). Therefore, for the inversion symmetry case selected here, the governing equations and boundary conditions will be detailed, followed by the final analytical solution for the coupled vibroacoustic phononic lattice.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Equations of motion and boundary conditions</title>
<p>Omitting dissipation effects, we denote by <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the instantaneous acoustic pressure distributions within the left, intermediate and right cavities, respectively, inside the <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>). These pressure distributions are governed by the following homogeneous 3D wave equations represented in cylindrical coordinates (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Morse, 1948</xref>),<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Laplacian operator in the <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> air cavity in cylindrical coordinates, i.e., <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> . Here we assume that the cylindrical duct is acoustically rigid in the radial direction, meaning that the radial component of the flow velocity at the duct&#x2019;s circumference is required to be zero. Additionally, the continuity of the normal acoustic velocity (along the <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> directions) at the cavity-membrane interfaces and the edges of the unit cell must be satisfied. Therefore, based on the linearized Euler transport equation, the following boundary conditions for the acoustic pressures inside the cavities are imposed:<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the instantaneous transverse displacements of the left and right membranes, respectively, inside the <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell. These forced transverse displacements of the membranes are governed by the following inhomogeneous 2D wave equations represented in polar coordinates,<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Laplacian operator in the <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> air cavity in polar coordinates, i.e., <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Moreover, we impose the following clamped boundary conditions for the membranes:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To analytically solve the coupled sound-structure problem defined by <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equations 1</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>, we follow the approach in (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Gzal et al., 2024c</xref>), where the transverse displacements of the membranes were explicitly solved without assuming eigenfunction (modal) expansions; as discussed in (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Gzal et al., 2024c</xref>) this is important in order to satisfy the boundary conditions without resorting to infinite series expansions whose truncation is problematic for accuracy purposes. To this, the steady-state solution of the problem is explicitly derived for axisymmetric modes operating in the low-frequency range <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.8317</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the leading root of the first order Bessel function of the first kind, <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Analytical solution for the coupled sound-membrane vibroacoustic system</title>
<p>Let the steady-state axisymmetric acoustic pressure and velocity at the left edge of the <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell be expressed as:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Where the amplitudes <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are treated as inputs, and <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the constant operation frequency. Then, the corresponding explicit expressions for the acoustic pressure fields inside the air cavities of the unit cell are given by:<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In addition, the transverse deflection fields of the two membranes are given by:<disp-formula id="equ8">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2219;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2219;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the Bessel functions of the first kind of order zero and two, respectively. The acoustic pressure and velocity at the right edge of the <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell (treated as outputs) are given by:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Remarkably, <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equations 5</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref> satisfy the equations of motion <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equation 1</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref> as well as the boundary conditions <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref>. The explicit expressions for the pressure amplitudes <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the membrane deflection amplitudes <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the amplitudes of the pressure and velocity at the right edge of the <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are listed in the Appendix. All these quantities explicitly depend on the acoustic pressure and velocity at the left edge of the <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell (<inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), as well as the various parameters of the membranes and cavities composing the unit cell.</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 Transfer matrix formalism</title>
<p>To construct the <italic>local transfer matrix</italic> for a single unit cell, we denote the acoustic state vectors at the left and right boundaries of the <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell by <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively, defined as:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The acoustic velocity compatibility and the pressure equilibrium at the junction between the <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cells suggest that:<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By definition, the local transfer matrix, denoted by <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, represents the recursion relation between the acoustic state vectors at the left boundaries of the <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit cells, given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equations 9</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref>, as follows,<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where the frequency-dependent components of <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are explicitly defined as,<disp-formula id="equ9">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ10">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ11">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where,<disp-formula id="equ12">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>As the considered system is time-invariant, linear, and possesses scalar material properties, the <italic>reciprocity principle</italic> holds (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Jalas et al., 2013</xref>), necessitating that the <italic>local transfer matrix</italic>, <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, satisfies that <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e., <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a unimodular matrix regardless of the frequency <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Moreover, the mirror symmetry property of the unit-cell with respect to its center yields that <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-5">
<title>2.5 Local impedance, scattering matrices, and reflection-transmission spectra</title>
<p>Rearranging the terms in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref> yields a relation between the acoustic pressures at the left and right boundaries of the <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit cell and the acoustic velocities at the same locations. This relation is expressed by defining the <italic>local impedance matrix</italic>, denoted by <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in terms of the local transfer matrix components as follows:<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The symmetry of the local impedance matrix, <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, directly reflects on the reciprocity principle.</p>
<p>Another way to describe the acoustical behavior of the vibroacoustic lattice is by using the <italic>local scattering matrix</italic>, denoted by <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This matrix relates the incoming pressure wave vector <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the outgoing pressure wave vector <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in terms of the components of the local transfer matrix, <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) represent the amplitudes of plane waves propagating in the positive (negative) <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> direction at the left and right sides, respectively, of the <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit-cell. A detailed derivation for a general expression of the local scattering matrix in terms of the local transfer matrix components and the scattering coefficients can be expressed as (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Gzal et al., 2024a</xref>):<disp-formula id="equ13">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By construction, the local scattering matrix, given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Equation 14</xref>, encodes the reflection and transmission coefficients, respectively denoted by <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, for the inversion symmetric case as follows:<disp-formula id="equ14">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-6">
<title>2.6 Band structure characterization</title>
<p>The band structure of the vibroacoustic phononic metamaterial with infinite unit cells is fully characterized using the Bloch-Floquet theorem, where the eigenvalues of the local transfer matrix are given by:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the (frequency dependent) <italic>propagation constant</italic>, given by:<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">arccos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">arccos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Moreover, the corresponding eigenvectors of matrix <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, denoted by <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are given by:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Equation 16</xref>, wave propagation occurs when <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is strictly real, corresponding to <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which defines the <italic>passbands</italic> where the eigenvalues of the transfer matrix satisfy <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In contrast, wave attenuation arises when <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> defining the <italic>stopbands</italic>, where one eigenvalue satisfies <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the other <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The cut-on and cut-off frequencies, obtained by requiring <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are determined by solving the following transcendental characteristic equation:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Vibroacoustic topological interface states&#x2013;the lattice of infinite extent</title>
<p>In this section, we outline a systematic approach to constructing vibroacoustic topological interface states by examining topological phase transitions through band structure evolution and symmetry analysis of band-edge pressure distributions. We then analyze the interface states in infinite lattices using the Zak phase, surface impedance, and reflection coefficients. Rather than relying on the straightforward expression of the Zak phase, we approach it through the transfer matrix perspective. While the Zak phase is a well-established tool for characterizing band topology, its abstract nature complicates the design of interface modes, particularly in complex systems like the proposed vibroacoustic system. To make the design of topological states more practical and physically insightful, we adopt the surface impedance concept. Through the transfer matrix formalism, we establish explicit criteria for the existence of topological interface states and, remarkably, derive a direct relation for locating these states based on the system&#x2019;s physical parameters. Our analysis also uncovers new insights into the role of reflection coefficients in determining the location of interface states.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Construction of topological interface states</title>
<p>To study the topological properties of the multilayered vibroacoustic phononic metamaterial, we introduce a contrast parameter <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that the depth of each of the two cavities of the unit-cell is expressed as,<disp-formula id="equ15">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a nominal cavity depth, and <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> signifies the asymmetry in the cavity depths. Importantly, by just changing the contrast parameter, <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the length of the unit-cell remains invariant and equal to <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The influence of the contrast parameter, <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, on the bounding frequencies of the six leading bands/bandgaps is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> for nominal cavity depth <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The other system parameters are listed below in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>. The bounding frequencies are determined as the roots of <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Equation 19</xref>. In the considered sub-wavelength scale, the resulting bandgaps are categorized into three types, namely, <italic>plasma</italic>, local resonance, and Bragg-like band-splitting induced bandgaps. The latter, recently studied in (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gzal et al., 2024b</xref>), was found to be a generalization of band-folding induced bandgaps. For a detailed explanation of each bandgap type and the underlying physical mechanisms generating them, the reader is referred to (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gzal et al., 2024b</xref>). Remarkably, all the bandgaps observed in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> are located well below the first-order Bragg diffraction frequency, given by <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, classifying them as <italic>sub-wavelength bandgaps.</italic> In physical terms, the membranes act as local resonators, with the local resonance bandgaps forming in small neighborhoods of their natural frequencies. Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref>, the <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> natural frequency of the membrane, denoted by <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, can be expressed as,<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> root of the second-order Bessel function of the first kind. <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Equation 21</xref> yields an infinite count of natural frequencies for the in-air membranes.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>The six leading bandgaps/bands in the multilayered vibroacoustic metamaterial for varying contrast parameter (<inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), showing the topological phase transition (see text for parameters). Cyan strips indicate pass bands, while the three levels of gray-scale shading, from light to dark, indicate the plasma, local resonance, and band-splitting induced bandgaps, respectively. Solid blue lines represent the natural frequencies of the membrane, dashed red lines the interface state (discussed later), and solid yellow or magenta lines, the symmetric (even) or antisymmetric (odd) eigenmodes, respectively. Black dashed columns denote two topologically different phononic crystals, denoted by PC-I and PC-II. Red upward-pointing triangle (square), green downward-pointing triangle (diamond), blue downward-pointing triangle (diamond), and orange upward-pointing triangle (square) indicate the eigenfrequencies (bounding frequencies) for the PC-I or PC-II configurations, respectively, see <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g002.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>System parameters kept fixed throughout the study.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Parameter</th>
<th align="center">Description</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">
<inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>343</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">Speed of sound in air</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">
<inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.255</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">Air density</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">
<inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0011</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">Membrane thickness</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">
<inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1050</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">Membrane density</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">
<inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">Membrane radius</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>In addition to preserving the unit-cell length, i.e., <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the mirror symmetry of the unit-cell is also preserved as <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> varies within the range <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The plot in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> indicates that the bounding frequencies of (theoretically infinite in number) bands can be adjusted to intersect simultaneously, with symmetry-enforced degeneracy at <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The intersections (i.e., band-crossings) occur between the <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bands, with <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. At the degeneracy point, <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the unit cell effectively consists of two identical membrane-cavity layers, leading to Brillouin zone folding.</p>
<p>Consistently, the band-crossing phenomenon in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> occurs exclusively within the Bragg-like band-splitting induced bandgaps (or within the classical Bragg bandgaps that appear at high-frequencies) and not within the local resonance bandgaps. Within the range <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the closing and reopening of band-splitting induced bandgaps, accompanied by the crossing of the bands, is analogous to the <italic>band inversion</italic> process observed in electronic and photonic systems. Thus, <italic>the local resonance bandgaps are expected to remain topologically identical, while the band-splitting induced bandgaps could undergo topological phase transitions</italic>, with <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> marking a topological transition point in the multilayered vibroacoustic system. Consequently, phononic crystals (PCs) with different values of <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on either side of the transition point exhibit distinctly different topological characteristics within their respective band-splitting induced bandgaps. Without loss of generality, from here on unit-cells with <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), will be denoted as phononic crystal type I (PC-I) and phononic crystal type II (PC-II), respectively. These are selected to represent two topologically distinct vibroacoustic phononic crystals, as indicated by the vertical dashed-black lines in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. It is evident that both PC-I and PC-II unit-cells share the same bounding frequencies, resulting in identical band structures (see <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>). This is mathematically supported by the fact that they have the same propagation constant, <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Equations 12</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref>. However, infinite vibroacoustic lattices composed uniformly of PC-I or PC-II unit-cells exhibit distinct eigenvectors, as expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Equations 12</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">18</xref>, which encode their different topological properties, as will be demonstrated subsequently.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>The third and fourth bands/bandgaps of the band structure for infinite lattices composed of uniform PC-I or PC-II unit-cells. Real and imaginary parts of the propagation constant, <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, shown in dark brown, are calculated based on <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Equation 17</xref>. The system parameters, marked bounding frequencies, and color interpretations are consistent with <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g003.tif"/>
</fig>
<p>Prior to examining the topological structures of infinite vibroacoustic lattices composed of PC-I or PC-II unit-cells, we utilize the derived analytical pressure distribution inside the three cavities along a representative unit-cell, as provided in <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Equation 6</xref>, to assess the symmetry of the eigenmodes at the bounding frequencies of the band-splitting induced bandgaps (i.e., band-edge states). To this end, the eigenmodes corresponding to <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and exhibiting the band inversion phenomenon, can be classified into <italic>symmetric</italic> or <italic>antisymmetric</italic> modes, as indicated by the yellow and magenta curves, respectively, in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. This classification procedure is based on the pressure profile inside a representative unit-cell, as will be shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. The evolution of the interface states as &#x3b3; varies, depicted by the dashed red line in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>, will be analyzed and discussed subsequently.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Acoustic pressure eigenfunctions (mode shapes) inside the three cavities along a representative unit cell, computed at the four bounding frequencies marked in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> for the PC-I lattice configuration (right column) and the PC-II lattice configuration (left column).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g004.tif"/>
</fig>
<p>To visualize the acoustic pressure eigenfunctions (mode shapes) within a representative unit-cell for PC-I and PC-II lattice configurations, we selected the four bounding frequencies that determine the edges of the third and fourth bands, i.e., band-edge states. These band-edge states are marked in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> by upward- and downward-pointing triangles for the PC-I configuration, and by squares and diamonds for the PC-II configuration. The exact locations of these selected band-edge states projected on the dispersion curves are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> for both PC-I and PC-II lattice configurations, where the third and fourth bands/bandgaps of the band structure are presented. Visualizations of the corresponding pressure mode shapes, within a representative unit-cell for the PC-I and PC-II configurations, at these selected band-edge states frequencies are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. For the PC-I configuration, the pressure eigenfunction associated with the cut-off frequency of the third band (green downward-pointing triangle) is symmetric, while the pressure eigenfunction associated with the cut-on frequency of the fourth band (blue downward-pointing triangle) is antisymmetric. However, these characteristics are inverted for the PC-II configuration, where the frequency of the symmetric mode becomes higher than that of the antisymmetric one. <italic>Therefore, PC-I and PC-II lattice configurations are topologically distinct despite their apparently identical band structures</italic>. The observed switching of the band-edge states is attributed to the band-inversion phenomenon, which has been previously exploited in electronic (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Hasan and Kane, 2010</xref>), photonic (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Xiao et al., 2014</xref>), and phononic (<xref ref-type="bibr" rid="B36">Wang et al., 2015</xref>) crystals to achieve localized states. Such localized states appear at the interface of two topologically distinct lattices, in the present case one with <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (PC-I) and the other with <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (PC-II). While the band-inversion phenomenon is evident across the band-edge states corresponding to <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it is absent at the band-edge states for <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as presented in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. These states are topologically identical for both PC-I and PC-II lattice configurations, as can be seen from the pressure distribution depicted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>.</p>
<p>Based on the aforementioned discussion, topological interface states can be realized at the interface of two connected lattices with different topological phases within a common bandgap. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> depicts the schematic of the composite lattice with the interface formed by two semi-infinite lattices with topologically distinct unit-cell configurations; namely, a right lattice composed of PC-I unit-cells (<inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and a left lattice composed of PC-II unit-cells (<inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). A convenient way to distinguish between the two PC-I and PC-II semi-infinite lattice configurations is by simply exchanging the cavity depths, i.e., inverting <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2194;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Schematic of the composite vibroacoustic lattice, composed of two semi-lattices with PC-I (right) and PC-II (left)unit-cells.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g005.tif"/>
</fig>
<p>Superscripts &#x201c;I&#x201d; and &#x201c;II&#x201d; are used in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> to distinguish between the right lattice of PC-I unit-cells, and the left one of PC-II unit-cells, respectively. In the subsequent analysis, we will explore the physical mechanisms behind the formation of topological interface states in this composite lattice system from two perspectives: First, by examining the properties of the infinite lattice, and second, by analyzing the finite lattice formed by a limited number of PC-I and PC-II unit-cells.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Vibroacoustic topological interface states</title>
<p>In this section we employ the previous transfer matrix derivations to investigate the topological interface states in the composite lattice of infinite extent. To this end, let <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the local transfer matrices for the infinite lattices composed of PC-I and PC-II unit-cells, respectively. These unimodular matrices can be expressed, based on <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Equation 12</xref>, as:<disp-formula id="equ16">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ17">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ18">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ19">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ20">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the following analysis we aim to study the emergence of localized topological modes at the interface of the two semi-infinite lattices (see <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>) employing different methodologies. We start with the classical approach based on the Zak phase.</p>
<sec id="s3-2-1">
<title>3.2.1 Zak phase computation</title>
<p>The geometric phase concept, specifically the <italic>Zak phase</italic> (<xref ref-type="bibr" rid="B49">Zak, 1989</xref>), is recognized as a well-established method for understanding topological phase transitions and classifying the topological properties of bulk bands in 1D periodic systems. The Zak phase quantifies the geometric phase acquired over the Brillouin zone, enabling the classification of bulk bands in phononic systems. This quantization is directly tied to the emergence of topologically protected interface states, that is, of localized modes that appear at the boundaries between regions with distinct topological characteristics. Specifically, the Zak phase for the <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> band, denoted by <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is defined as:<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the normalized Bloch pressure characteristic function when the wavenumber of the <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> frequency band in the periodic unit is <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the conjugate transpose of the characteristic function <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the factor <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the weight function of the acoustic system and is a real constant. Physically, Zak phase encodes information about the global structure of the wavefunction and the underlying symmetry of the system. In general, the Zak phase can assume any value when the unit cell is chosen arbitrarily (<xref ref-type="bibr" rid="B49">Zak, 1989</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Atala et al., 2013</xref>). However, when the unit cell exhibits mirror symmetry (as in the considered case), the Zak phase is restricted to quantized values of either <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Atala et al., 2013</xref>).</p>
<p>Due to the inversion symmetry of the unit-cell and the derived analytical solution for the sound-membrane interaction, the Zak phase for the <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> band can be determined without solving the integral in <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equation 23</xref>, by employing two alternative approaches. The first approach involves assessing the symmetry of the pressure eigenfunctions at the band-edge states, specifically at <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Xiao et al., 2014</xref>). If the band-edge states of a given band exhibit different symmetries, the Zak phase of that band is <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Conversely, if the band-edge states share the same symmetry, the Zak phase is <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For example, the third band of PC-I has band-edge states with different symmetries (see <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>), indicating a Zak phase of <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In contrast, the fourth band of PC-I has band-edge states with the same antisymmetric behavior, resulting in a Zak phase of <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The second approach for determining the Zak phase of the inversion-symmetric unit-cell relies on the components of the eigenvectors of the local transfer matrices, <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in relations <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Equation 18</xref>. Indeed, as demonstrated in (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Xiao et al., 2014</xref>), if <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> simultaneously become zero at the frequency <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> within the <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> band, then the Zak phase of the <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> band is <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Otherwise, if <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> do not become simultaneously zero within the <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> band, the Zak phase is <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Considering that <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the determination of the Zak phase for the <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> band based on the components of the eigenvectors simplifies to,<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2009;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>otherwise&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a bounding frequency of the <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> band, i.e., <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> satisfying <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref> applies to any 1D phononic unit-cell with inversion symmetry and demonstrates the efficacy of the transfer matrix method in determining the Zak phase. Moreover, it is interesting to note that, while the band structure is fully encoded in <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the topological characterization of the bands is directly related to the components <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Specifically, for the unit-cells with PC-I and PC-II, it can be observed from <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Equation 22</xref> that <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Consequently, their Zak phases across the bands are not identical, indicating that they are topologically distinct. To the best of our knowledge, such straightforward recipe <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref> for determining the Zak phase in 1D unit-cells (phononic crystals) satisfying inversion-symmetry, based solely on the local transfer matrix component <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the band-edge states, has not been previously reported.</p>
<p>After determining the Zak phase for each band, the existence of an interface state is established by the summation of Zak phases below the gap. Specifically, if two unit-cells with different sums of Zak phases below the <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap are coupled, an edge state localized at the interface within the <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap exists (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Xiao et al., 2014</xref>). Hence, the existence of a topological interface state at the interface of the composite vibroacoustic lattice of infinite extent of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> is established.</p>
</sec>
<sec id="s3-2-2">
<title>3.2.2 Surface impedance</title>
<p>To bring the design of topological states to a practical level, providing physical insights and predictive design tools, we now consider an alternative approach for establishing topological interface modes in the infinite composite lattice based on surface impedance. The concept of surface impedance, which encodes surface scattering properties, was introduced in (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Xiao et al., 2014</xref>) to describe the topological properties of bulk dispersion through the geometric (Zak) phases of the bulk bands. Remarkably, a rigorous relation was derived that relates the surface impedance of a 1D PC to its bulk properties through the geometric (Zak) phases of the bulk bands. This relation can be employed to determine the existence or absence of interface states at the interface between two PCs within a specific bandgap, as well as to determine the exact frequency of any such states if they exist. Specifically, it was shown that the condition for the formation of an interface state in the interfacial region between two 1D PCs, i.e., PC-I and PC-II in this case, is simply (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Xiao et al., 2014</xref>),<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m233">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is the <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-th component of the local impedance matrix (surface impedance) of the semi-infinite lattice composed of PC-I (PC-II) unit-cells, located on the right-hand (left-hand) side of the interface. Condition <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equation 25</xref> implies that, <italic>to guarantee the existence of a topological interface state, the surface impedances in the left and right semi-infinite lattices must have opposite signs within a common bandgap</italic>. It is worth noting that the signs of the surface impedance components <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, remain unchanged within a bandgap according to the following proposition.</p>
<p>Proposition: For the composite vibroacoustic lattice of infinite extent depicted in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, within an arbitrary <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m239">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap, the signs of the surface impedance components <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, remain unchanged.</p>
<p>Proof: According to <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Equation 13</xref>, it is evident that the surface impedance components, <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, possess constant signs as long as the signs of the local transfer matrix components <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m247">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m249">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, remain unchanged. Therefore, to prove this proposition, we need to show that the signs of the corresponding local transfer matrix components do not change within an arbitrary <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap. The inversion symmetry property of the unit-cell provides that <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, from <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Equation 17</xref>, it is evident that within a bandgap, <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m254">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Hence, both <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m255">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> do not cross zero inside the bandgap, meaning their signs remain unchanged. The same can be demonstrated for the components <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> when considering the fact that within the bandgap it holds that <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, considering the reciprocity principle yielding <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which holds at any frequency, including those within the bandgap, we obtain <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This implies that both <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m262">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m263">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are either both positive or both negative at any frequency within the bandgap. Therefore, no change of sign can occur. <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m264">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220e;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
<p>To determine the surface impedance components <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m265">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we introduce the corresponding local transfer matrices <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m268">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Equation 22</xref> into the expressions for the local impedance matrix given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Equation 13</xref>. Instead of using the surface impedances, the criterion for the existence of an interface state at the interfacial region within the <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m269">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap can be expressed solely in terms of the components <inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m270">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m271">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, of the local transfer matrices as follows,<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Existence&#x2009;of&#x2009;interface&#x2009;state</mml:mtext>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Nonexistence&#x2009;of&#x2009;interface&#x2009;state</mml:mtext>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>where &#x201c;Existence&#x201d; (&#x201c;Nonexistence&#x201d;) indicates the presence (absence) of an interface state within the <inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m273">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap. Additionally, <inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m274">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the imaginary part of <inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m275">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m276">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a frequency within the <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m277">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap, i.e., <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m278">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Condition <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Equation 26</xref> indicates that for an interface state to exist in the interface of the composite vibroacoustic lattice of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, the corresponding local transfer matrix components <inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m279">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m280">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> must have opposing signs within the same (the <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m281">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) bandgap.</p>
<p>To determine the location (i.e., the frequency) of the interface state, denoted by <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m282">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, within the <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m283">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap, we consider the surface impedance components <inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m284">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf239">
<mml:math id="m285">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in terms of the local transfer matrices into <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equation 25</xref>. It can be shown that the following relation holds:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m286">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>When an interface state exists within the <inline-formula id="inf240">
<mml:math id="m287">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap (based on criterion <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Equation 26</xref>), relation <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Equation 27</xref> determines the precise location of the interface state in terms of the local transfer matrices of the two coupled vibroacoustic semi-infinite lattices composed of PC-I and PC-II unit-cells. Considering the inversion symmetry of the unit-cells, i.e., <inline-formula id="inf241">
<mml:math id="m288">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as well as the unimodularity of the local transfer matrices, i.e., <inline-formula id="inf242">
<mml:math id="m289">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, one obtains the following relation:<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m290">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Relation <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Equation 28</xref> holds for any 1D unit-cell with inversion symmetry, regardless of the interface states. The combination of <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Equations 27</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref> provides the following relations that <italic>must be satisfied at an interface state in the composite lattice of infinite extent with inversion-symmetric unit cells</italic>:<disp-formula id="equ21">
<mml:math id="m291">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m292">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To the best of our knowledge, such straightforward relations characterizing the interface states in terms of the local transfer matrix components have not been previously reported. A physical interpretation of relations <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Equation 29</xref> will be provided in the next subsection.</p>
<p>After introducing the components of the local transfer matrices from <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Equations 22</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e29">29</xref> and performing algebraic manipulations, the following transcendental frequency equation for determining the exact location of the interface state within the <inline-formula id="inf243">
<mml:math id="m293">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> bandgap (<inline-formula id="inf244">
<mml:math id="m294">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is obtained,<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m295">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tan</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>where, the relations for <inline-formula id="inf245">
<mml:math id="m296">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf246">
<mml:math id="m297">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf247">
<mml:math id="m298">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are taken from <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Equation 12</xref>. Additionally, <inline-formula id="inf248">
<mml:math id="m299">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf249">
<mml:math id="m300">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are expressed as functions of the contrast parameter <inline-formula id="inf250">
<mml:math id="m301">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the nominal cavity depth <inline-formula id="inf251">
<mml:math id="m302">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Equation 20</xref>. <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref> reveals that <italic>the frequency of an interface state is independent of the contrast parameter</italic> <inline-formula id="inf252">
<mml:math id="m303">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This observation is consistent with the results shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>, where the horizontal dashed red lines represent the interface states with no dependence on <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="m304">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Remarkably, <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref> offers a direct tool for the predictive design and adjustment of interface states based on the system&#x2019;s physical parameters. To the best of our knowledge, such a direct relationship has not been previously reported for either realistic or even discrete systems. This predictive design tool is expected to enable a deeper understanding of sound-matter interactions at a fundamental level and to harness the power of topology for energy management in vibroacoustic systems, paving the way for a new generation of lightweight and controllable sound-based structures. Additionally, the procedure proposed here to derive <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref> using the transfer matrix formalism is not limited to vibroacoustic systems; it can be applied to any photonic or phononic system with an inversion-symmetric unit cell. This broad applicability emphasizes the significance of our methodology, making it a powerful and versatile tool for analyzing and designing topological states across various physical systems.</p>
</sec>
<sec id="s3-2-3">
<title>3.2.3 Reflection coefficients</title>
<p>Lastly, further perspective on the physical mechanism governing the formation of interface states in the composite vibroacoustic lattice of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, can be gained from the viewpoint of reflection coefficients for the component right (I) and left (II) semi-infinite lattices. From <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Equation 15</xref>, the corresponding reflection coefficients, denoted by <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="m305">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf255">
<mml:math id="m306">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively, are expressed as follows:<disp-formula id="equ22">
<mml:math id="m307">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m308">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In addition, the interface state relations given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Equation 29</xref> can be rearranged as follows:<disp-formula id="equ23">
<mml:math id="m309">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m310">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>While <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Equation 31</xref> applies for any arbitrary frequency, the relations given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">Equation 32</xref> hold only at an interface frequency, <inline-formula id="inf256">
<mml:math id="m311">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It is evident from <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Equation 22</xref> that <inline-formula id="inf257">
<mml:math id="m312">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the off-diagonal components of matrices <inline-formula id="inf258">
<mml:math id="m313">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf259">
<mml:math id="m314">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be rewritten as <inline-formula id="inf260">
<mml:math id="m315">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf261">
<mml:math id="m316">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf262">
<mml:math id="m317">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are real numbers for <inline-formula id="inf263">
<mml:math id="m318">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. By introducing these notations along with <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">Equation 32</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Equation 31</xref>, one obtains the following expressions for the reflection coefficients at an interface state frequency:<disp-formula id="equ24">
<mml:math id="m319">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m320">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Interestingly, <xref ref-type="disp-formula" rid="e33">Equation 33</xref> reveals that at the interface state frequency, <inline-formula id="inf264">
<mml:math id="m321">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the reflection coefficients of the two semi-infinite PCs, PC-I and PC-II, coincide, i.e., <inline-formula id="inf265">
<mml:math id="m322">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This observation can be understood through wave interference and boundary matching at the interface, which acts as a boundary where waves from each lattice meet. At the intersection of the reflection coefficients, constructive interference occurs, allowing for the formation of localized modes. This intersection also indicates an effective impedance match between the two lattices, which is crucial for the existence of the interface state, as it prevents the wave energy from fully transmitting or reflecting, thereby localizing it at the interface. To our knowledge, this specific relationship between the intersection of reflection coefficients and the precise location of interface states has not been previously reported, providing a new perspective or refinement to existing theories. Moreover, this observation provides additional insight into the existence of interface states through the reflection spectra.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Vibroacoustic topological interface states&#x2013;The lattice of finite extent</title>
<p>Thus far, the analysis of the topological interface states has been conducted in terms of the local transfer matrix of the composite vibroacoustic metamaterial of infinite extent composed of two semi-infinite left and right sub-lattices with different topological features. This analysis was performed independently of the number of unit-cells and without consideration of any boundary conditions. In this section, we consider the corresponding system of finite extent composed of only a finite number of coupled unit-cells. Specifically, the composite lattice described in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> is constructed by connecting two finite sub-lattices: The right sub-lattice consists of <inline-formula id="inf266">
<mml:math id="m323">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit cells with configuration PC-I, and the left of <inline-formula id="inf267">
<mml:math id="m324">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit cells with configuration PC-II.</p>
<p>By construction, both PC-I and PC-II sub-lattice configurations possess the same &#x201c;spatial period&#x201d; (<inline-formula id="inf268">
<mml:math id="m325">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and the same propagation constant, which yields to identical band structures. However, the two sub-lattices exhibit different band topologies, as determined from the analysis of the semi-infinite lattices in the previous sections. Consequently, localized interface states are expected to emerge in the interfacial region of the finite vibroacoustic lattice as well. We aim to study the robustness of these localized interface states, which, until this point, were predicted solely based on the semi-infinite left and right lattice perspective.</p>
<p>The acoustic state vectors of the finite composite lattice at the left- and right-most boundaries are denoted by <inline-formula id="inf269">
<mml:math id="m326">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf270">
<mml:math id="m327">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Using the notation introduced in previous sections, we utilize the <italic>local</italic> transfer matrices <inline-formula id="inf271">
<mml:math id="m328">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf272">
<mml:math id="m329">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, to construct the <italic>global transfer matrix</italic>, denoted by <inline-formula id="inf273">
<mml:math id="m330">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, connecting state vectors at the left and right boundaries of the composite lattice as follows:<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m331">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Based on the unimodularity of the transfer matrices <inline-formula id="inf274">
<mml:math id="m332">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf275">
<mml:math id="m333">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the <inline-formula id="inf276">
<mml:math id="m334">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> powers of these matrices can be expressed, using the Cayley&#x2013;Hamilton theorem, as (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Gzal et al., 2024a</xref>),<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m335">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mo>&#x23;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mo>&#x23;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mo>&#x23;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mo>&#x23;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mo>&#x23;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>where the superscript &#x201c;&#x23;&#x201d; can be replaced with either &#x201c;I&#x201d; or &#x201c;II&#x201d;, indicating the components of matrices <inline-formula id="inf277">
<mml:math id="m336">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf278">
<mml:math id="m337">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Note, that the propagation constant, <inline-formula id="inf279">
<mml:math id="m338">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">Equation 35</xref> is identical for both configurations PC-I and PC-II. Introducing <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">Equation 35</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Equation 34</xref> performing elementary algebraic manipulations yields the following explicit expression for the global transfer matrix, <inline-formula id="inf280">
<mml:math id="m339">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in terms of the components of the matrices <inline-formula id="inf281">
<mml:math id="m340">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf282">
<mml:math id="m341">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m342">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In <xref ref-type="disp-formula" rid="e36">Equation 36</xref>, the relations <inline-formula id="inf283">
<mml:math id="m343">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the unimodularity property of the transfer matrices <inline-formula id="inf284">
<mml:math id="m344">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf285">
<mml:math id="m345">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> were imposed. Unlike the local transfer matrices <inline-formula id="inf286">
<mml:math id="m346">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf287">
<mml:math id="m347">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which have identical diagonal components, the global transfer matrix <inline-formula id="inf288">
<mml:math id="m348">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> possesses distinct diagonal components, i.e., <inline-formula id="inf289">
<mml:math id="m349">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This difference arises due to the break of inversion symmetry in the composite lattice, as evidenced in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>.</p>
<p>The existence of topological interface states in the finite composite lattice can be identified as peaks in the transmission spectra or dips in the reflection spectra measured at the interfacial region. To obtain the scattering (transmission and reflection) spectra for the composite lattice, we introduce the components of the global transfer matrix into the general formula for scattering spectra derived in (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Gzal et al., 2024a</xref>). As a result, we obtain:<disp-formula id="equ25">
<mml:math id="m350">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m351">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>22</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here <inline-formula id="inf290">
<mml:math id="m352">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf291">
<mml:math id="m353">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the reflection and transmission spectra of the composite lattice when excited by positive-going plane waves.</p>
<p>An alternative way to analyze the topological interface states in the composite lattice is through the eigenfrequency spectrum of an appropriately defined frequency response (or transmission) function, where peaks in the transmission spectra, indicate resonant transmission (i.e., perfect transparency if the peaks reach unity). By applying different boundary conditions, defined in terms of acoustic pressure and velocity, at the left and right boundaries of the finite composite vibroacoustic lattice, one can derive characteristic equations for the corresponding natural frequencies. For example, imposing free-free boundary conditions, i.e., <inline-formula id="inf292">
<mml:math id="m354">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the corresponding global transfer matrix yields the following characteristic equations:<disp-formula id="equ26">
<mml:math id="m355">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m356">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The roots of the characteristic equations provided in <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Equation 38</xref> determine the eigenfrequency spectrum corresponding to the composite lattice with both edges free. Clearly, the condition <inline-formula id="inf293">
<mml:math id="m357">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can only be satisfied inside a propagation band, i.e., when <inline-formula id="inf294">
<mml:math id="m358">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a real number, yielding <inline-formula id="inf295">
<mml:math id="m359">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> natural frequencies within each band, representing the <italic>bulk eigenspectrum</italic>, of the finite free-free composite lattice. On the other hand, the condition <inline-formula id="inf296">
<mml:math id="m360">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be satisfied either at the lower boundary of the band or well within the bandgap below it. The latter scenario clearly demonstrates the existence of interface states, as it aligns with the criterion given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Equation 29</xref>. Remarkably, the condition <inline-formula id="inf297">
<mml:math id="m361">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> implies that the existence of interface states is independent of the number of unit cells within the finite composite lattice, underscoring the robustness of these topological states.</p>
<p>To demonstrate the insensitivity of the bulk eigenspectrum and the topological interface states to boundary conditions, we consider a different scenario where both edges of the finite composite lattice are fixed, i.e., <inline-formula id="inf298">
<mml:math id="m362">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The corresponding frequency equation becomes:<disp-formula id="equ27">
<mml:math id="m363">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m364">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The condition <inline-formula id="inf299">
<mml:math id="m365">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> provides the bulk eigenspectrum when both edges of the composite lattice are fixed. It is evident that the bulk eigenspectrum given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">Equation 39</xref> is identical to <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Equation 38</xref> for free-free boundary conditions. The condition <inline-formula id="inf300">
<mml:math id="m366">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be satisfied either at the upper boundary of the band or well within the bandgap above it. The second scenario is merely another version of the interface state existence criterion, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Equation 29</xref>. Therefore, both the bulk eigenspectrum and the topological interface states show robust behavior of the interface topological mode with respect to changes in the boundary conditions. The only distinction between the two boundary conditions is the occurrence of the band-edge natural frequency, which appears either at the lower or upper edge of the band.</p>
<p>While the insensitivity of topological interface states to the number of unit-cells within the finite composite lattice as well as to external boundary conditions is well known&#x2014;largely attributed to topological protection that keeps these states localized and robust against perturbations&#x2014;this has mainly been demonstrated numerically. Here, however, we systematically and rigorously prove these robust characteristics. It is worth noting that demonstrating the persistence of topological states becomes more challenging as the number of unit cells increases due to the need for extremely fine resolution. With our approach, however, this was achieved naturally.</p>
</sec>
<sec sec-type="results|discussion" id="s5">
<title>5 Results and discussion</title>
<p>Unless stated otherwise, throughout this study the system parameters listed in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> are considered. We used the actual values for air speed (<inline-formula id="inf301">
<mml:math id="m367">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and density (<inline-formula id="inf302">
<mml:math id="m368">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and selected Polydimethylsiloxane (PDMS) as the membrane material. The speed of elastic wave propagation in the membrane (<inline-formula id="inf303">
<mml:math id="m369">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and the depths of the cavities (<inline-formula id="inf304">
<mml:math id="m370">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf305">
<mml:math id="m371">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) are treated as design parameters to explore the existence, evolution, and robustness of topological interface states in the composite multilayered vibroacoustic metamaterial, considering both infinite and finite lattice configurations.</p>
<sec id="s5-1">
<title>5.1 Demonstrating the existence of topological interface states</title>
<p>Panels (A) and (B) of <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> present the six primary pass bands and bandgaps in the band structures for a vibroacoustic metamaterial with an infinite number of unit-cells, constructed uniformly with PC-I (<inline-formula id="inf306">
<mml:math id="m372">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) or PC-II (<inline-formula id="inf307">
<mml:math id="m373">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) configurations, respectively. For each band, the two edge (bounding) modes are classified based on the acoustic pressure distribution within a representative unit-cell as either symmetric (cyan circles) or antisymmetric (orange circles). Consequently, the Zak phase for each band, labeled in red, is determined to be <inline-formula id="inf308">
<mml:math id="m374">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> if the band-edge states exhibit different symmetries. Conversely, if the band-edge states share the same symmetry, the Zak phase is <inline-formula id="inf309">
<mml:math id="m375">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>The six leading passbands and bandgaps of the band structure for a vibroacoustic metamaterial with an infinite number of uniform unit cells, with <bold>(A)</bold> PC-I (<inline-formula id="inf310">
<mml:math id="m376">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), or <bold>(B)</bold> PC-II (<inline-formula id="inf311">
<mml:math id="m377">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) configurations. Panel <bold>(C)</bold> shows the corresponding transmission spectrum, computed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Equation 37</xref>, of a composite finite vibroacoustic lattice consisting of <inline-formula id="inf312">
<mml:math id="m378">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> PC-I unit-cells on the right of the interface, and <inline-formula id="inf313">
<mml:math id="m379">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> PC-II unit-cells on the left. System parameters are <inline-formula id="inf314">
<mml:math id="m380">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf315">
<mml:math id="m381">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.06</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Across the three panels, the dashed blue lines represent the two leading natural frequencies of the membrane. In panels <bold>(A)</bold> and <bold>(B)</bold>, the magenta strips indicate bandgaps with <inline-formula id="inf316">
<mml:math id="m382">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, while the green strips indicate bandgaps with <inline-formula id="inf317">
<mml:math id="m383">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Cyan and orange filled circles denote symmetric and antisymmetric band-edge modes, respectively, and the Zak phase of each individual band is labeled in red in <bold>(A)</bold> and <bold>(B)</bold>. In panel <bold>(C)</bold>, the gray strips represent bandgaps, and the black stars mark the locations of topological interface states within the topological bandgaps.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g006.tif"/>
</fig>
<p>Given that the summation of Zak phases below the second, fourth, and sixth bandgaps differs between the PC-I and PC-II configurations, edge states localized at the interface between the two PCs are expected within these bandgaps. Another indication of the non-trivial topological nature of these bandgaps is the difference in the sign of the imaginary part of <inline-formula id="inf318">
<mml:math id="m384">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> within them. Therefore, according to the criterion provided in <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Equation 26</xref>, these bandgaps support the formation of topological interface states. Physically, this implies that the surface impedances in PC-I and PC-II lattice configurations have opposite signs within these bandgaps, therefore preventing wave propagation across the interface and leading to the formation of a localized topological interface state.</p>
<p>Although the existence of topological interface states was derived from the perspective of the <italic>infinite</italic> vibroacoustic lattices, the result in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6C</xref> confirms the family of topological interface modes in the composite <italic>finite</italic> lattice. Specifically, the transmission spectrum, computed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Equation 37</xref>, for the composite finite lattice composed of a total of 10 unit-cells (5&#xa0;PC-I unit-cells on the right and another 5&#xa0;PC-II unit-cells on the left) confirms the topological character of the localized interface modes inside an infinite number of stopbands. The formation of these interface states, which in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6C</xref> appear as resonant transmission peaks within the second, fourth, and sixth bandgaps, is evident and marked with black stars. The emergence of these interface states specifically within the even bandgaps, and not in others, can be attributed to the fact that as the contrast parameter <inline-formula id="inf319">
<mml:math id="m385">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> increases from <inline-formula id="inf320">
<mml:math id="m386">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the widths of the second, fourth, and sixth bandgaps decrease, until <inline-formula id="inf321">
<mml:math id="m387">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where these bandgaps close, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. With further increase of, these bandgaps reopen and this is accompanied by a change in the sign of the local transfer matrix component <inline-formula id="inf322">
<mml:math id="m388">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (analogous to a change in impedance sign), as well as a switch in the Zak phase of the corresponding bands. This behavior represents a topological phase transition, which occurs when two bands cross each other. Such a topological phase transition in the current vibroacoustic metamaterial is a classical analog of the SSH model in electronic systems (<xref ref-type="bibr" rid="B35">von Klitzing et al., 1980</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">von Klitzing, 1986</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Hasan and Kane, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">Qi and Zhang, 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B2">Bansil et al., 2016</xref>), with the difference that in the current system there is a countable infinite of topological interface modes that are thus generated.</p>
</sec>
<sec id="s5-2">
<title>5.2 Determining the exact locations (frequencies) of topological interface states</title>
<p>After establishing the existence of interface states, determining their precise location within the corresponding topological bandgaps is of significant practical interest for predictive design of lattices with multi-frequency interface states. To this end, panel (A) of <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> illustrates the imaginary parts of the local transfer matrix components, <inline-formula id="inf323">
<mml:math id="m389">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, for the infinite uniform vibroacoustic lattices constructed either from PC-I or PC-II unit-cells. As expected, the sign of the components <inline-formula id="inf324">
<mml:math id="m390">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> remain unchanged within the bandgaps for each of these lattice configurations. Therefore, the criterion for the existence of interface states, which requires different values of <inline-formula id="inf325">
<mml:math id="m391">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for lattices composed of PC-I or PC-II unit-cells, as provided in <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Equation 26</xref>, is absolute and functions consistently across all scenarios, with no exceptions.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>In panel <bold>(A)</bold> we depict the imaginary parts of the local transfer matrix components <inline-formula id="inf326">
<mml:math id="m392">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for infinite uniform lattices composed of PC-I unit-cells (solid blue lines), or PC-II unit-cells (solid red lines), and their summations (solid magenta lines). Panel <bold>(B)</bold> shows the corresponding reflection coefficients, computed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Equation 31</xref>, using the same collor notation. Panel <bold>(C)</bold> depicts the reflection spectrum, computed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Equation 37</xref>, for a composite finite lattice consisting of <inline-formula id="inf327">
<mml:math id="m393">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> PC-I unit cells of PC-I on the left of the interface, and <inline-formula id="inf328">
<mml:math id="m394">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> unit cells of PC-II unit cells on the right. System parameters are <inline-formula id="inf329">
<mml:math id="m395">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf330">
<mml:math id="m396">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.06</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In all panels, the dashed black columns, determined using <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref>, denote the positions of the topological interface states. The inset in panel <bold>(C)</bold> highlights the second interface state an enlargement of the reflection spectra.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g007.tif"/>
</fig>
<p>Within the odd bandgaps shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7A</xref>, both the PC-I (blue line) and PC-II (red line) configurations possess the same value of <inline-formula id="inf331">
<mml:math id="m397">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, classifying them as topologically trivial bandgaps that do not support the formation of interface states. Conversely, the even bandgaps are topologically non-trivial, as the configurations PC-I and PC-II exhibit opposite values of <inline-formula id="inf332">
<mml:math id="m398">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Furthermore, the exact location of the interface states within these topologically non-trivial bandgaps can be exactly determined according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Equation 27</xref>, i.e., at the frequency where <inline-formula id="inf333">
<mml:math id="m399">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The locations of the interface states within the even bandgaps correspond to the intersections of the magenta line with the zero axis, as indicated by the vertical black dashed lines. The interface topological mode locations are further confirmed by the using <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref> yielding the same results.</p>
<p>Further physical insight on the interface states can be gained from the reflection coefficients of the infinite uniform lattices composed of PC-I or PC-II unit-cells. At an interface state, the reflection coefficients of these two topologically distinct lattices must intersect, as mathematically proven by <xref ref-type="disp-formula" rid="e33">Equation 33</xref>. This condition is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7B</xref>. The presence of topological interface states within the even bandgaps is also evident from the reflection spectrum, computed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Equation 37</xref>, for the composite finite vibroacoustic lattice of 10&#xa0;PC-I and PC-II unit-cells, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7C</xref>. Although the location of the interface states in the <italic>finite</italic> composite lattice was determined based on arguments involving the corresponding uniform infinite lattices, the formation of these localized states in the presented numerical results indicates their robustness with respect to the number of unit-cells of in the finite composite lattice, as was mathematically studied in <xref ref-type="sec" rid="s3-2-3">Section 3.3</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s5-3">
<title>5.3 Natural frequencies and mode shape of topological interface states</title>
<p>By definition, resonant transmission occurs at the natural frequencies of the finite composite vibroacoustic lattice, as given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Equation 38</xref> for free boundary conditions, or by <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">Equation 39</xref> for fixed ones. The upper panel of <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> illustrates the projection of the natural frequencies&#x2014;indicated by black-edged circles&#x2014;onto the third and fourth bands for a free-free multilayered vibroacoustic composite lattice consisting of 20&#xa0;PC-I unit-cells on the right of the interface, and 20&#xa0;PC-II unit-cells on the left. The emergence of an interface state within the fourth bandgap is evident, marked by a red-filled circle. The lower panel of <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> depicts the acoustic pressure mode shape across the unit-cells for the interface mode. The strong localization of acoustic pressure at the interface between the two lattices is clearly shown.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Projection of the natural frequencies (circles) for a free&#x2013;free multilayered vibroacoustic composite lattice consisting of <inline-formula id="inf334">
<mml:math id="m400">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> PC-I unit cells on the right of the interface, and <inline-formula id="inf335">
<mml:math id="m401">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> PC-II unit cells on the left, onto the dispersion branches of the third and fourth passbands of the corresponding infinite composite lattice, with <inline-formula id="inf336">
<mml:math id="m402">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf337">
<mml:math id="m403">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.06</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (upper panel). Acoustic pressure mode shape for the interface mode in bandgap 4 (lower panel).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g008.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5-4">
<title>5.4 Evolution of topological interface states</title>
<p>We have mathematically proven and numerically demonstrated the insensitivity of the topological interface states (modes) in the composite vibroacoustic multilayered lattice under &#x201c;perturbations&#x201d; including boundary conditions, number of unit-cells (in finite systems), and variations in system parameters. Specifically, we established the independence of these states from changes in the contrast parameter <inline-formula id="inf338">
<mml:math id="m404">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as described in <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref> and illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>; their independence from the number of unit cells, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Equation 38</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>; and their insensitivity to boundary conditions, as indicated in <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Equations 38</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">39</xref> and depicted in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>. <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> further illustrate the evolution of the first three interface states as the speed of elastic wave propagation in the membrane (<inline-formula id="inf339">
<mml:math id="m405">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and the nominal cavity depth (<inline-formula id="inf340">
<mml:math id="m406">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) vary, respectively. It is evident that, due to the absence of band crossing events, the interface states evolve smoothly with the band-edge frequencies, consistently appearing within the Bragg-like band-splitting induced bandgaps, but not within the local resonance bandgaps. The persistence of these topological states, with the bandgaps remaining open, confirms the robustness of the topological phase against a wide range of varying system parameters. It is noteworthy that our analytical investigations have provided both straightforward and exact expressions for determining the evolution of the bands - using <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Equation 19</xref>, and the topological interface states - using <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref>, for the considered multilayered vibroacoustic metamaterial.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Evolution of the first three interface modes along with the corresponding band structure of the infinite multilayered vibroacoustic lattice as the nominal cavity depth is fixed to <inline-formula id="inf341">
<mml:math id="m407">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.06</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, while the speed of elastic wave propagation in the membrane (<inline-formula id="inf342">
<mml:math id="m408">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) varies. The cyan strips indicate the pass bands, while the three levels of gray-scale shading, from light to dark, represent the plasma, local resonance, and band-splitting induced band gaps, respectively. The dashed blue lines denote the natural frequencies of the membrane, and the solid red lines represent the topological interface states.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g009.tif"/>
</fig>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Evolution of the first three interface states along with the corresponding band structure of the infinite multilayered vibroacoustic lattice as the speed of elastic wave propagation in the membrane is fixed to <inline-formula id="inf343">
<mml:math id="m409">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, while the nominal cavity depth (<inline-formula id="inf344">
<mml:math id="m410">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) varies. The cyan strips indicate the pass bands, while the three levels of gray-scale shading, from light to dark, represent the plasma, local resonance, and band-splitting induced band gaps, respectively. The dashed blue lines denote the natural frequencies of the membrane, and the solid red lines represent the topological interface states.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g010.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5-5">
<title>5.5 Delocalization phenomenon of interface states</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref> depicts the localization behavior of the third interface state across points P1 to P6. For points P1 to P3, where the hosting bandgap is relatively wide, the interface state is strongly localized at the interfacial region. However, as the bandgap width decreases, the interface state becomes delocalized, merging with the bulk states, as shown for points P4 to P6. This hybridization results in mixed states that exhibit both strong localization at the interface and extended field distribution within the bulk. A similar delocalization behavior of edge states, accompanied by &#x201c;mixed states,&#x201d; has been recently reported in (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Downing et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B52">Zhao et al., 2024</xref>) while investigating the topological phases of polaritons in a cavity waveguide modeled as an extended SSH model, where a breakdown of the bulk-edge correspondence was observed.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Delocalization of the third interface state, from <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>, in the topological phase as the nominal cavity depth (<inline-formula id="inf345">
<mml:math id="m411">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) increases. The insets show the localization of the interface state at the interfacial region along points <inline-formula id="inf346">
<mml:math id="m412">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf347">
<mml:math id="m413">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Additionally, an enlarged view of the region where the interface state hybridizes with the bulk is provided.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g011.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5-6">
<title>5.6 Demonstrating the robustness of topological interface states</title>
<p>To rigorously assess the robustness of the interface states, we introduce random variations in the membrane wave speed as follows,<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m414">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>where&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf348">
<mml:math id="m415">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the random variation uniformly distributed between <inline-formula id="inf349">
<mml:math id="m416">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf350">
<mml:math id="m417">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf351">
<mml:math id="m418">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denoting the magnitude of the randomness. <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref> visualizes the disordered lattice and depicts the mode shape of the first interface state under both slight, intermediate, and strong perturbations. The pronounced localization of the interface states around the interfacial region underscores the resilience of these topological states to random and significant perturbations.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>Sensitivity of interface states to varying levels of disorder in the membrane wave speed, <inline-formula id="inf352">
<mml:math id="m419">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: ordered medium (<inline-formula id="inf353">
<mml:math id="m420">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) panel <bold>(A)</bold>, slight disorder (<inline-formula id="inf354">
<mml:math id="m421">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) panel <bold>(B)</bold>, intermediate disorder (<inline-formula id="inf355">
<mml:math id="m422">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) panel <bold>(C)</bold>, and strong disorder (<inline-formula id="inf356">
<mml:math id="m423">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), panel <bold>(D)</bold>. Light orange represents cavity 1, while dark orange represents cavity 2. The color bar indicates the magnitude of the membrane wave speed (<inline-formula id="inf357">
<mml:math id="m424">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), which varies randomly according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e40">Equation 40</xref>. In each panel, the mode shape corresponding to the interface state in both ordered and disordered media is depicted.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-02-1489401-g012.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Concluding remarks</title>
<p>In this study, we systematically and rigorously explored the formation, evolution, and robustness of subwavelength topological interface states in a multilayered vibroacoustic phononic lattice composed of repetitive membrane-air cavity layers. Focusing on the challenging low-frequency range and assuming axisymmetric modes, we employed a purely analytical approach based on the transfer matrix formalism to analyze the interface states in inversion-symmetric unit cells. We began by solving the sound-membrane interaction problem in an exact manner within a representative unit-cell of an infinite multilayered vibroacoustic lattice, enabling a detailed characterization of its band structure. This led to the development of a systematic procedure for constructing topological interface states through phase transitions by coupling two topologically distinct semi-infinite vibroacoustic lattices. Through this framework, we derived analytical criteria for the existence of interface states based on three distinct concepts, namely, the Zak phase, surface impedance, and a newly proposed perspective based on reflection coefficients, all expressed in closed form through the components of the transfer matrix. Notably, we obtained an explicit expression for the exact location of the interface states, offering insight into their evolution and providing a practical guide for their design and realization. Furthermore, our analysis of the topological interface states within finite composite lattices demonstrated the robustness characteristic of these states against variations in the number of unit cells, as well as perturbations in system parameters and boundary conditions. Interestingly, beyond their typical strong localization at the interfacial region between two topologically distinct lattices, our findings reveal that as the width of the hosted bandgap narrows, the interface states begin to hybridize with the bulk, leading to a delocalization phenomenon. This delocalization not only offers new avenues in the design of these robust topological states but can also be harnessed to achieve tunable waveguiding and energy transfer in advanced metamaterial systems.</p>
<p>It is worth noting that the majority of previous studies on topological states relied heavily on finite element analysis, numerical simulations, or experimental verification to support primary analyses, often based on computational methods or analytical approximations such as infinite eigenmode expansions or effective medium theory. In contrast, our study presents an exact analysis of the interface states by directly solving the sound-membrane interaction problem in the low-frequency range, entirely free from infinite series truncations or other approximations. This precise methodology negates the need for further validation through approximated methods, highlighting the robustness and accuracy of our findings. Our work provides a comprehensive characterization of interface states purely through analysis, underscoring the strength of the transfer matrix method. Though originally derived for infinite lattices, this method enables a full characterization of interface states and offers direct physical insight into their behavior. Beyond its analytical rigor, our approach serves as a predictive design tool for practical topological lattices, paving the way for advances in applications of topological phenomena. This systematic approach is not only applicable to a broad range of vibroacoustic systems but can also be extended to other physical systems composed of repetitive unit cells with inversion symmetry, where subwavelength phenomena play a crucial role, including more general configurations of phononic and photonic crystals.</p>
<p>Moving forward, experimental validation will be essential for confirming the practical applicability of these results in real-world settings. These experiments will focus on verifying the robustness of the predicted topological interface states under disorder and material imperfections. Additionally, further research will explore the extension of the model to more complex multilayered systems and the incorporation of nonlinearities or non-Hermiticity to study their effects on the topological properties. Numerical simulations will complement both the analytical and experimental efforts, providing a comprehensive framework for potential practical applications in sound filters, waveguides, and acoustic sensors.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s7">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/<xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Material</xref>, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s8">
<title>Author contributions</title>
<p>MG: Conceptualization, Formal Analysis, Investigation, Methodology, Visualization, Writing&#x2013;original draft, Writing&#x2013;review and editing. JT: Conceptualization, Writing&#x2013;review and editing. KM: Conceptualization, Writing&#x2013;review and editing. AV: Conceptualization, Funding acquisition, Writing&#x2013;review and editing.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s9">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. The authors declare financial support was received for the research and authorship of this article. The research was financially supported by the Israeli Council of Higher Education (CHE-VATAT) and the Department of Mechanical Science and Engineering (MechSE) at the University of Illinois Urbana-Champaign.</p>
</sec>
<ack>
<p>The authors declare that there were no contributions or discussions related to this research beyond those of the listed authors.</p>
</ack>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
<p>The author(s) declared that they were an editorial board member of Frontiers, at the time of submission. This had no impact on the peer review process and the final decision.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s11">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<sec id="s12">
<title>Supplementary material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/facou.2024.1489401/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/facou.2024.1489401/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="DataSheet1.docx" id="SM1" mimetype="application/docx" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Atala</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aidelsburger</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barreiro</surname>
<given-names>J. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Abanin</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kitagawa</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Demler</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Direct measurement of the Zak phase in topological Bloch bands</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>9</volume>, <fpage>795</fpage>&#x2013;<lpage>800</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys2790</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bansil</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Das</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Colloquium: topological band theory</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>88</volume>, <fpage>021004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/revmodphys.88.021004</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bernevig</surname>
<given-names>A. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hughes</surname>
<given-names>T. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <source>Topological insulators and topological superconductors</source>. <publisher-loc>Princeton, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>Princeton University Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chaunsali</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C.-W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Subwavelength and directional control of flexural waves in zone-folding induced topological plates</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>97</volume>, <fpage>054307</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevb.97.054307</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chiu</surname>
<given-names>C.-K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teo</surname>
<given-names>J. C. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schnyder</surname>
<given-names>A. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ryu</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Classification of topological quantum matter with symmetries</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>88</volume>, <fpage>035005</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/revmodphys.88.035005</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Darabi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Leamy</surname>
<given-names>M. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Reconfigurable topological insulator for elastic waves</article-title>. <source>J. Acoust. Soc. Am.</source> <volume>146</volume>, <fpage>773</fpage>&#x2013;<lpage>781</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1121/1.5114920</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Downing</surname>
<given-names>C. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sturges</surname>
<given-names>T. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Weick</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stobi&#xb4;nska</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mart&#xb4;&#x131;n-Moreno</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Topological phases of polaritons in a cavity waveguide</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>123</volume>, <fpage>217401</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.123.217401</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fleury</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khanikaev</surname>
<given-names>A. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Al&#xf9;</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Floquet topological insulators for sound</article-title>. <source>Nat. Comm.</source> <volume>7</volume>, <fpage>11744</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncomms11744</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gzal</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vakakis</surname>
<given-names>A. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gendelman</surname>
<given-names>O. V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024c</year>). <article-title>Vibroacoustics of a membrane-finite cavity resonator: traditional and alternative approaches for analysis</article-title>. <source>J. Sound. Vib.</source> <volume>573</volume>, <fpage>118214</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jsv.2023.118214</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gzal</surname>
<given-names>M. O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bergman</surname>
<given-names>L. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matlack</surname>
<given-names>K. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vakakis</surname>
<given-names>A. F.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Analytical study of a monolayered vibroacoustic metamaterial</article-title>, <comment>arXiv:2408</comment>.<fpage>09660</fpage> (<year>2024a</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gzal</surname>
<given-names>M. O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bergman</surname>
<given-names>L. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matlack</surname>
<given-names>K. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vakakis</surname>
<given-names>A. F.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Sub-bragg phenomena in multilayered vibroacoustic phononic metamaterials</article-title>, <comment>arXiv:2410</comment>.<fpage>01178</fpage> (<year>2024b</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Haldane</surname>
<given-names>F. D. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Raghu</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Possible realization of directional optical waveguides in photonic crystals with broken time-reversal symmetry</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>100</volume>, <fpage>013904</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.100.013904</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Harari</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bandres</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lumer</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rechtsman</surname>
<given-names>M. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chong</surname>
<given-names>Y. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khajavikhan</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Topological insulator laser: theory</article-title>. <source>Science</source> <volume>359</volume>, <fpage>aar4003</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.aar4003</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hasan</surname>
<given-names>M. Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kane</surname>
<given-names>C. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Colloquium: topological insulators</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>82</volume>, <fpage>3045</fpage>&#x2013;<lpage>3067</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/revmodphys.82.3045</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ni</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ge</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Acoustic topological insulator and robust one-way sound transport</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>12</volume>, <fpage>1124</fpage>&#x2013;<lpage>1129</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys3867</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qiu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ye</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cai</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ke</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Topological negative refraction of surface acoustic waves in a Weyl phononic crystal</article-title>. <source>Nature</source> <volume>560</volume>, <fpage>61</fpage>&#x2013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41586-018-0367-9</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jalas</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Petrov</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eich</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Freude</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>What is &#x2014; and what is not &#x2014; an optical isolator</article-title>. <source>Nat. Phot</source> <volume>7</volume>, <fpage>579</fpage>&#x2013;<lpage>582</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphoton.2013.185</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kliewer</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Darabi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Leamy</surname>
<given-names>M. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Additive manufacturing of channeled acoustic topological insulators</article-title>. <source>J. Acoust. Soc. Am.</source> <volume>150</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>2461</fpage>&#x2013;<lpage>2468</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1121/10.0006452</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qiu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ke</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Valley vortex states in sonic crystals</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>116</volume>, <fpage>093901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.116.093901</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joannopoulos</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Solja&#x10d;i&#x107;</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Topological photonics</article-title>. <source>Nat. Phot.</source> <volume>8</volume>, <fpage>821</fpage>&#x2013;<lpage>829</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphoton.2014.248</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>C. T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Topological phases in acoustic and mechanical systems</article-title>. <source>Nat. Rev. Phys.</source> <volume>1</volume>, <fpage>281</fpage>&#x2013;<lpage>294</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s42254-019-0030-x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wen</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sheng</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Dark acoustic metamaterials as super absorbers for low-frequency sound</article-title>. <source>Nat. Comm.</source> <volume>3</volume>, <fpage>756</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncomms1758</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Miniaci</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pal</surname>
<given-names>R. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Morvan</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruzzene</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Experimental observation of topologically protected helical edge modes in patterned elastic plates</article-title>. <source>Phys. Rev. X</source> <volume>8</volume>, <fpage>031074</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevx.8.031074</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Morse</surname>
<given-names>P. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1948</year>). <source>Vibration and sound</source>. <edition>second edition</edition>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>McGraw-Hill Book Company, Inc.</publisher-name>, <fpage>200</fpage>&#x2013;<lpage>203</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mousavi</surname>
<given-names>S. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khanikaev</surname>
<given-names>A. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Topologically protected elastic waves in phononic metamaterials</article-title>. <source>Nat. Comm.</source> <volume>6</volume>, <fpage>8682</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncomms9682</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pal</surname>
<given-names>R. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruzzene</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Edge waves in plates with resonators: an elastic analogue of the quantum valley Hall effect</article-title>. <source>New J. Phys.</source> <volume>19</volume>, <fpage>025001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/aa56a2</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qin</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Experimental demonstration of anomalous Floquet topological insulator for sound</article-title>. <source>Nat. Comm.</source> <volume>7</volume>, <fpage>13368</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncomms13368</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Qi</surname>
<given-names>X.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S.-C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Topological insulators and superconductors</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>83</volume>, <fpage>1057</fpage>&#x2013;<lpage>1110</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/revmodphys.83.1057</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rechtsman</surname>
<given-names>M. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zeuner</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Plotnik</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lumer</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Podolsky</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dreisow</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Photonic floquet topological insulators</article-title>. <source>Nature</source> <volume>496</volume>, <fpage>196</fpage>&#x2013;<lpage>200</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature12066</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Segev</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bandres</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Topological photonics: where do we go from here?</article-title> <source>Nanophot</source> <volume>10</volume>, <fpage>425</fpage>&#x2013;<lpage>434</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/nanoph-2020-0441</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Su</surname>
<given-names>W. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schrieffer</surname>
<given-names>J. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heeger</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1979</year>). <article-title>Solitons in polyacetylene</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>42</volume>, <fpage>1698</fpage>&#x2013;<lpage>1701</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.42.1698</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Su</surname>
<given-names>W. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schrieffer</surname>
<given-names>J. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heeger</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1980</year>). <article-title>Soliton excitations in polyacetylene</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>22</volume>, <fpage>2099</fpage>&#x2013;<lpage>2111</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevb.22.2099</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vila</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pal</surname>
<given-names>R. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruzzene</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Observation of topological valley modes in an elastic hexagonal lattice</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>96</volume>, <fpage>134307</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevb.96.134307</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>von Klitzing</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1986</year>). <article-title>The quantized Hall effect</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>58</volume>, <fpage>519</fpage>&#x2013;<lpage>531</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/revmodphys.58.519</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>von Klitzing</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dorda</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pepper</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1980</year>). <article-title>New method for high-accuracy determination of the fine-structure constant based on quantized Hall resistance</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>45</volume>, <fpage>494</fpage>&#x2013;<lpage>497</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.45.494</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bertoldi</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Topological phononic crystals with one-way elastic edge waves</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>115</volume>, <fpage>104302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.115.104302</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>C. T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Measurement of the Zak phase of photonic bands through the interface states of a metasurface/photonic crystal</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>93</volume>, <fpage>041415</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevb.93.041415</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chong</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joannopoulos</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Solja&#x10d;i&#x107;</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Observation of unidirectional backscattering immune topological electromagnetic states</article-title>. <source>Nature</source> <volume>461</volume>, <fpage>772</fpage>&#x2013;<lpage>775</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature08293</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chong</surname>
<given-names>Y. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Solja&#x10d;i&#x107;</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Solja&#x10d;i&#x107;</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Reflection-free one-way edge modes in a gyromagnetic photonic crystal</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>100</volume>, <fpage>013905</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.100.013905</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wielian</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Toftul</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kivshar</surname>
<given-names>Y. S.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Transfer matrix approach for topological edge states</article-title>, <comment>arXiv:2406</comment>.<fpage>01005</fpage> (<year>2024</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>C. T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015a</year>). <article-title>Synthetic gauge flux and Weyl points in acoustic systems</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>11</volume>, <fpage>920</fpage>&#x2013;<lpage>924</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys3458</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sheng</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z. Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>C. T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015b</year>). <article-title>Geometric phase and band inversion in periodic acoustic systems</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>11</volume>, <fpage>240</fpage>&#x2013;<lpage>244</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys3228</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z. Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>C. T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Surface impedance and bulk band geometric phases in one-dimensional systems</article-title>. <source>Phys. Rev. X</source> <volume>4</volume>, <fpage>021017</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevx.4.021017</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Topological acoustics</article-title>. <source>Nat. Rev. Mat.</source> <volume>7</volume>, <fpage>974</fpage>&#x2013;<lpage>990</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41578-022-00465-6</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dai</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sheng</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Acoustic metamaterial panels for sound attenuation in the 50&#x2013;1000Hz regime</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett.</source> <volume>96</volume>, <fpage>041906</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3299007</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chong</surname>
<given-names>Y. D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Topological acoustics</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>114</volume>, <fpage>114301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.114.114301</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yin</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruzzene</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wen</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cai</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yue</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Band transition and topological interface modes in 1D elastic phononic crystals</article-title>. <source>Sci. Rep.</source> <volume>8</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>6806</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-018-24952-5</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yves</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fleury</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lemoult</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fink</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lerosey</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Topological acoustic polaritons: robust sound manipulation at the subwavelength scale</article-title>. <source>New J. Phys.</source> <volume>19</volume>, <fpage>075003</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/aa66f8</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zak</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1989</year>). <article-title>B&#x2019;errys phase for energy bands in solids</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>62</volume>, <fpage>2747</fpage>&#x2013;<lpage>2750</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.62.2747</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>M.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Christensen</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Topological sound</article-title>. <source>Comm. Phys.</source> <volume>1</volume>, <fpage>97</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s42005-018-0094-4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Topological creation of acoustic pseudospin multipoles in a flow-free symmetry-broken metamaterial lattice</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>118</volume>, <fpage>084303</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.118.084303</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhong</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xi</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Observation of tunable topological polaritons in a cavity waveguide</article-title>. <source>arXiv:2401</source>, <fpage>10450</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B53">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ling</surname>
<given-names>C. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>C. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fung</surname>
<given-names>K. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Topological interface modes in local resonant acoustic systems</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>98</volume>, <fpage>014110</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevb.98.014110</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>