声学超材料是一种由不同弹性模量和质量密度构成的周期性人工复合材料,它具有自然界材料所不具备的特性。随着理论研究的不断深入,声学超材料逐步走向实际应用。本文分析了在低频段频率范围内薄膜型声学超材料的降噪特性,并设计了一种新型压电换能机构。该新型压电换能机构能够实现将噪声能量转换为电能,使得可再生能源的应用前景大为广阔,在减少环境污染的同时真正实现能源替代。研究了薄膜型声学超材料的材料参数和结构参数对降噪性能的影响规律。基于噪声的隔离和吸收现有理论,利用COMSOL Multiphysics在设置不同参数的情况下仿真得出超材料降噪性能的影响因素,讨论了薄膜型声学超材料参数改变在低频吸声隔声中的优势。结果显示:提高超材料的吸声系数,可局部降低空心质量块质量;预应力的改变对吸声系数影响微弱;减小薄膜与声波接触的中心面积可提高对更低频率处声波的吸收,降低吸声系数的最大值;薄膜厚度增加最大吸声系数值随之降低,与吸声曲线峰值所对应的吸声频率点也随之向高频处移动;增加超材料单元数量或薄膜层数均可提高平均吸声系数和平均隔声量。基于仿真结果和实际实验条件,最终设计了一种由支撑框架、弹性薄膜和空心质量块构成的薄膜型声学超材料结构。加工制作了薄膜型声学超材料测试样品1、2,使用驻波管对其吸声隔声性能做测试实验并同仿真结果对比。结果发现,样品1在频率为420Hz处时隔声量最小。实验测得样品1、2的隔声量及吸声系数曲线与仿真结果趋势近似,理论与实际基本吻合。驻波管实验论证了薄膜型声学超材料在低频降噪方面较普通隔声结构的优越性。设计制造了新型压电换能机构,初步实现了薄膜型声学超材料对噪声能量的收集和转化。薄膜型声学超材料将频率范围在0-1000Hz的白噪声声波能量吸收,尤其是在薄膜与空心质量块达到共振的情况下通过新型压电换能机构把噪声能量转化为电能,实验结果显示有0.1mA的电流被成功转换。实验数据验证了新型压电换能机构的可操作性,基本实现了对可再生能源的有效利用。