声学超材料是一种具有天然媒质所不具备的超常声波传播特性的人工复合结构或复合媒质,对低频声波有较好的调控效果。本文在大量调研已有声学超材料的基础上,以低频和宽带吸声为目标,设计了一种由膜腔共振器(由薄膜、格栅及背腔组成)与外部环绕的多孔材料组成的新式声学超材料,并通过对膜腔共振器单元的调控与组合优化其声学性能。模型建立部分基于有限元方法建立了声学超材料在压力声学、热粘性声学及固体力学域之间的多物理的耦合模型,并引入声学参数(吸声系数、反射系数、透射系数)的概念用于衡量声学系统的性能。通过薄膜振动形态及声速分布将能量耗散可视化,对入射声波在声学超材料中各组件中的耗散进行研究,得到声学超材料中能量的传递转化规律。基于等效介质原理提取声学超材料的等效质量密度及等效体积模量,计算声学超材料在入射平面的声阻抗,并在复频率平面图中绘制出反射系数的零点与极点,证实声学超材料在低频波段的完美吸收效果。在已建立的有限元模型及能量分析方法的基础上,对声学超材料单元各组件进行参数化研究。分别研究了薄膜膜厚、格栅尺寸及背腔结构(分层式、平行隔板式、螺旋式)对声学超材料声学性能的影响。以低频吸声为目标,对比分析了较优的声学超材料结构。在声学超材料单元参数化研究的基础上,将多个经过选择的单元并联来拓宽吸声带宽。在不改变膜腔共振器外部多孔材料形状的前提下,分别将两个和三个经过选择的圆形膜腔共振器并联,实现了对低频吸声带宽的拓宽。以此为基础,进一步改变并联膜腔共振器的截面形状。将两个经过选择的半圆形截面的膜腔共振器重新并联拼接成圆形,并内嵌于同尺寸的多孔材料中,实现了与圆形并联超材料模型类似的宽带吸声效果。