近年来,利用人工结构来操控声波成为凝聚态物理研究的热点,以人工结构理论为设计基础的新型声学器件不断涌现,在声学发展中扮演着重要角色,展现其独特的应用潜力。本文首先介绍了最近的科研进展以及前沿理论。利用五模材料设计的声学超表面,将轨道角动量引入水声通信。设计了一种具有零折射率材料填充的声学波导,展示了声波的“隧穿效应”。探究在弹性波领域实现声学轨道角动量的复用通信。结合梯度控制的思想,设计了一类局域共振型声子晶体,并且展示了其用于水下低频隔声的优越性。第二章中,基于广义斯奈尔定律利用五模材料设计了一种声学超表面,对超表面的设计理论和参数分布进行探索,并且其在水下产生声学轨道角动量的基本原理和技术手段进行探究。并将声学轨道角动量引入水下声学通讯,利用其实现了水下信号多路复用,仿真结果证实了利用声学轨道角动量实现水下信号多路复用的可行性。第三章中,设计一种具有零折射率效应的声子晶体,在高对称性的保护下,通过诱导简并的方法在其最简布里渊区中心生成类狄拉克点。研究发现该声子晶体在其类狄拉克频率附近有效密度和压缩模量为零。利用该声子晶体设计了一种声学波导,展示了声波在波导内的“隧穿效应”能够让声涡旋波弯曲传输过程中保持稳定,该波导的设计对三维空间中操控声涡旋场具有指导意义。第四章中,探究采用主动式相控阵方法在固体中利用声涡旋传输信息的可行性,采用16个换能器组成阵列来产生声学涡旋。推导在固体中实现声学涡旋复用和解复用的方法,设计在固体中实现声学涡旋传输的仿真实验,并采用BPSK方法编码及基于正交基解码等技术手段。通过仿真展示了固体中实现多路复用的声学通讯是可行的。第五章中,基于局域共振的原理,提出了一种三元三组份局域共振声子晶体,采用梯度的思维设计隔声方法,通过对在水下实现200-250Hz频段达到了隔声量为10d B的效果。结果表明梯度型局域共振声子晶体在水下隔声应用中具有一定的优越性。