声波作为一种经典的机械波,可以广泛应用到如建筑声学、电声学及医学超声等关键领域,因此,声波操控的研究具有重要意义。基于相位调控机制操控声传播路径,利用相控超构材料单元设计新型声学功能器件,可以实现多种奇特声学效应,如异常折射与反射、声聚焦、贝赛尔束、自弯曲束等。与传统的声波操控机制相比,基于相控超构材料的声波操控具有高灵活性、宽频带及易集成等优点,具有广泛的应用前景。本文基于相控超构材料设计多种新型声学功能器件,实现了丰富的声波操控。除第一章绪论和第六章总结与展望之外,主要研究内容分为以下四个部分:(1)声超构材料的基本理论与方法;(2)基于相控超构材料的宽频带声聚焦透镜;(3)基于各向异性超构材料的增强定向声传输透镜;(4)基于三维广义Snell定律的声波操控。具体分述如下:第二章中,介绍声超构材料的基本理论与方法。包括广义Snell定律、声子晶体能带理论和声超构材料等效参数反演,为设计相控超构材料单元和实现丰富的声波操控提供理论基础。第三章中,基于相控超构材料单元设计实现两种类型宽频带声聚焦透镜。相控超构材料单元由不同个数的相同腔结构组成,且仅需6个腔结构,相位延迟可以覆盖整个2π范围。基于相位调控机制,将相控超构材料单元排列成双曲相位分布,在理论和实验上设计实现了不同焦距的声聚焦透镜,且工作带宽可达2.1kHz。此外,利用艾里束相位分布可以获得自弯曲的声艾里束,基于两束对称分布的声艾里束设计实现了绕散射体能力强、自愈性高的声聚焦透镜。第四章中,基于各向异性超构材料设计实现增强定向声传输透镜。声超构材料由正方形谐振腔与两个对称直管道构建的单元阵列排布组成。由于单元在正交方向上的等效声阻抗不同,声超构材料中的声波传输在8430-9460 Hz范围具有各向异性。在其中心放置柱面声源,可以实现波阵面不变的增强定向声传输。此外,放置两个柱面声源同样可以实现增强定向声传输。第五章中,理论推导三维广义Snell定律,设计反射声超构表面对三维广义Snell定律进行验证。准三维声超构表面由16种相控单元组成,每种单元包含一个直管道和两个环形亥姆霍兹谐振器,厚度仅为波长1/10。基于三维广义Snell定律设计不同相位分布的准三维声超构表面,可以在三维空间实现异常反射、点聚焦、两个正交方向的线聚焦、无衍射贝塞尔束及自弯曲束等类型的反射声场调控。