声学超材料是超材料科学的重要分支,其通过形式各异的人工结构(如卷曲型结构、薄膜结构等)获得寻常材料所不具备的等效特性参数(如等效负密度、负弹性模量、负/零折射率等),可实现负折射、异常透射/反射、超分辨率成像等特殊功能。本论文研究了新型声学超材料/超表面,详细分析了其具有的声波调控特性,对其中部分功能进行实验验证,本文还讨论了声/电磁超表面在多物理场调控中的应用。主要研究内容和创新点概况如下1)分析了分形结构的维数理论和声学超材料等效参数的提取方法,利用分形自相似和空间折叠特性设计了Hilbert分形声学超材料,实现了宽带聚焦、波前转换、负折射及低频吸声等,揭示了分形超材料的宽带、阻抗易匹配等优点。2)设计了基于各向异性零折射率超材料的全向声辐射器,通过仿真与实验,验证了全向声辐射理论和全向声辐射器。并讨论了多个声源的全向声辐射,表明全向声辐射与内部声源数量无关。3)设计了一种双曲各向异性超材料,当其等效密度分量符号相反时,具有双曲分布的色散关系,利用其实现了负折射和亚波长成像等功能。4)设计了基于变换声学理论的浸没式声学放大透镜,通过实验验证了该放大透镜可在5650~6350 Hz频率范围内对间隔0.375λ两声源实现超分辨率成像,并具备良好的阻抗匹配性。5)分析了基于超表面的声波后向回射工作机理,设计了一种由透射超表面与反射超表面级联构成的平面型声波回射器,并进行了实验验证,设计的声回射器可在±70°范围内工作,且反射效率大于40%。6)设计了一种超薄编码声学超表面,实现了多波束后向声散射。并采用3比特编码单元设计了声学随机表面,通过与硬壁的数值仿真对照,证明了所设计的声学随机表面具有声波低散射特性。7)提出了一种腔体式的复合超表面,该超表面的上层为镀有ITO薄膜方环阵列的PET膜,下层则由作为金属地的ITO薄膜与PET膜复合构成,该复合超表面可实现宽带隔声、宽带吸波和高透光等多物理场调控功能。