噪声的危害有目共睹,中低频噪声由于穿透性强难以被有效吸收,有力控制噪声污染,既是提高人民生活品质的保障,也是保证特殊设备安全运转的技术需求和难题,复杂的应用环境也需要高承载性能,故研制高承载的吸声结构实乃众望所归。本文基于承载性能较好的球壳堆垛结构,借助串并行设计思想,对其进行声学设计和研究,以期赋予其中低频宽带吸声能力。首先,对球壳堆垛基本结构的非实体空间进行声学设计,提出了等容串并联型结构和差容串并联型结构两种设计方案,建立了其四种基本空腔单元的有限元与理论模型,并基于方形阻抗管测试结果验证了其正确性。其次,分析并阐明了各个空腔基本单元的吸声机理,发现空腔结构的声能耗散主要由入射孔提供,而多空腔结构的声能损耗根据结构型式和共振状态不同其各个入射孔的损耗贡献不尽相同。最后,探究了两种结构吸声性能的影响因素,对主要结构参数进行算法优化以拓宽频带。为实现中低频宽带吸声,对等容串并联型球壳堆垛结构所含基本单元开展研究,得出大空腔基本单元的吸声峰主要受入射孔径和球壳外径影响,串联小空腔基本单元的两个吸声峰主要受上下入射孔径和球壳内径影响,采用fmincon算法优化组合等容串并联型结构的72个入射孔径和球壳内外径尺寸,在500 Hz-1200 Hz效果较好,但在高频存在较大性能冗余。针对以上问题,提出了差容串并联型球壳堆垛结构及新的基本单元形式,引入插管结构提升小空腔的低频声波吸收能力,其吸声峰主要受入射孔径、上球壳内径和插管长度的影响,而串并联空腔基本单元的两个吸声峰主要受大小空腔入射孔径以及球壳内外径的影响,通过算法对组合差容串并联型球壳堆垛结构的88个入射孔径、球壳内外径以及插管长度尺寸进行优化,经实验验证优化后的组合差容串并联型球壳堆垛结构有效改善了原组合等容串并联型球壳堆垛结构的高频性能冗余,进一步拓宽了吸声频带,在50 mm的较小厚度下实现了450 Hz-1450 Hz范围91%以上的宽频高声波吸收,充分发挥了球壳堆垛结构非实体空间的声学潜力。