声学是属于物理学的一个经典分支,其主要目标在于研究声波的产生、传播、接受及其伴生的相关效应,具有极强的交叉性与延伸性。作为人类最早研究的物理现象之一,自古以来,声音就和光、电一样,是人类生活中重要的信息载体之一。近年来,得益于纳米技术和相关新理论的发展,电磁学和光学领域中涌现出的新概念--超构材料,正日益获得学术界的广泛关注。与光学超构材料类似,声学超构材料能实现对声波的传播进行特定的调节和控制,而这些手段或性质是以往的传统材料所无法实现的。带有零折射率,甚至负折射率性质的声学超构材料为声学成像以及亚波长尺度下对声波的控制提供了崭新的可能性。通过结合变换声学理论和高度各向异性的声学超构材料,人们已经可以实现诸如声隐身之类的特殊物理现象。对声波信号而言,媒质的材料性质、边界条件以及内部结构是决定其声能量传播方式的重要因素,本文便从这几个方面入手结合声学超构材料对声束调控进行了一些研究。论文主要分为以下几部分:1.从调节传输媒质属性角度出发,研究了基于温度梯度的声黑洞。本文结合几何声学理论,提出了应用于空气媒质中的基于温度梯度的二维圆柱体结构的声全向吸收方案。此方案的机理在于空气中的温度场连续变化引起声相对折射率的渐变。由于未使用局域共振单元,该方案还具有相对较宽的工作频带。在此基础上,通过优化热源的空间分布位置实现了基于温度梯度分布的声聚焦效应和弯曲声束。2.从调节边界条件角度出发,研究了基于声超构表面的辐射图样调控。通过改变刻蚀的周期二维亥姆霍兹共鸣器的空间位置分布,可在半无限大平面区域内实现近乎任意方向的准偶极子辐射图样,且其对指向性的调控能够保持相对较宽的工作频带。该机理在于亥姆霍兹共鸣器的周期分布改变了相应空间位置上的等效声阻抗率,即改变了等效边界条件,借由这种方式实现了对不同方向的波矢的裁剪,并最终获得了强指向性的声波辐射效果。该方案能有效抑制旁瓣的出现,从而提升了声能的利用率。另外,我们还通过类比表面等离激元的发生原理,在原先仅刻蚀亥姆霍兹共鸣器来调控边界条件的基础上加入了周期分布的声栅,从而成功激发出了集体性声表面波,并在此基础上实现了超长距离的声自准直传输,且该现象同时适用于二维及三维情况。同时我们研究了改变声栅的大小对出射信号的影响情况。3.从改变内部结构角度出发,本文基于亥姆霍兹共鸣器构建平板周期阵列的隔声结构,仅用单层构件即可获得良好的阻挡声波效果;用两种尺寸的共鸣器组成阵列,实现不同频率下的声信号的分离提取;使用渐变的共鸣器阵列在不同空间位置驻留声波,实现声彩虹捕获现象。本论文中涉及的声束操控方案大部分都基于亚波长尺度下的结构单元,对未来设计和研制小尺度集成化声器件有相应的理论指导意义。