超材料是一种人工复合材料或复合结构，由于其具有传统天然材料所不具备的特殊物理性质而受到人们的普遍关注，近年来在很多领域也有着迅猛的发展。一般来说，超材料的结构单元尺度或材料分布的变化周期都远小于波长（亚波长尺度），其在宏观上表现出来的性质往往取决于结构的排列组合、结构的形状、尺寸等。一般的声超材料由普通的一种或多种声学材料加工组合构成，整体上拥有动态变化范围大的等效物理参数，并且利于调节。由于声超材料具有独特的不可取代的控制声波传播的性能，这就为实现一些有奇异材料要求的新型声学器件提供了可能。深入研究了穿孔板的各向异性密度，建立了利用穿孔板单元实现超材料的设计方法。以此为基础进行新型声学器件研究，在空气中分别实现了声学弯管结构（旋转声波传播方向90度）和针对全角度入射声波的声学旋转器结构（旋转声波传播方向180度），利用超材料控制结构的等效折射率，通过对结构折射率分布的设计来实现控制声波传播的效果。设计了一种减小尺寸的声波彩虹捕获效应结构，在减小整体结构尺寸的同时，实现能量集中和不同频率声波的空间分离。　　本研究主要内容包括：⑴建立了利用穿孔板单元实现超材料的设计方法。进一步研究穿孔板的各向异性密度，在垂直于板方向，利用常见的传递矩阵法，结合穿孔板阻抗的经验公式，得到理论上的穿孔板单元径向的参数。在平行于板方向，利用多重散射法，结合合理近似，得到理论上的穿孔板单元切向的参数。将理论计算值与等效参数检索法相结合，建立了材料等效声学参数与穿孔板几何参数之间的关系式，提高了设计结构参数的效率。⑵实现了一种改变声波传播方向90度的二维声学弯管结构。利用成熟的转换声学理论求得所需材料的质量密度与体积模量分布，根据所需超材料的声学参数的分布要求，调节穿孔板结构参数直至满足要求。实验在二维波导中进行，实验结果表示，1000 Hz～2000 Hz频率的声波入射时，由于结构中折射率的改变，垂直入射结构的声波将被旋转90度，之后从结构出射，同时相位保持一致。⑶实现了一种对所有角度入射声波有效的全方向声学反射器模型，对于任意角度入射声波都能实现180度反射的效果。对频率在1700 Hz～3400 Hz入射声波进行仿真，该结构可以使入射声波转向，并朝入射方向回射。⑷提出了一种减小尺寸的彩虹捕获效应结构，在铁板上刻上深度相同的空气凹槽阵列，再在空气凹槽中加入周期性缝板单元，通过调节缝板的间距来改变单元的等效折射率。我们对声波频率为1000 Hz～2000 Hz进行仿真，仿真结果表明不同频率的声波被局域在不同的位置，由于局域处声波群速度很小，局域处声场能量得到很大的提升。相对于传统的深度渐变的空气凹槽结构，该结构尺寸更小，可调性更强，具有能量加强和声波空间分离的效应，且更容易实现对低频声波的捕获效应。