低频噪声穿透力强、难衰减,传统材料受限于质量作用定律,难以进行有效隔声,因此拓宽结构的低频带宽尤为重要。隔声的控制方法一般有被动控制和主动控制两大类,而人工修饰过的声学超材料实现了结构与隔声系统的一体化设计。薄膜声学超材料通过人为修饰弹性薄膜,不仅可以满足轻质要求,还可以实现对波传播的有效控制,从而广泛应用于声波控制及低频降噪领域。因此,薄膜声学超材料的研究对于轻质材料实现低频降噪结构的设计提供了新的思路。薄膜声学超材料的研究主要包括薄膜结构的振型模态、单胞的带隙以及声学性能,分析结构的能量变化和传输损失。其单胞的结构形式、结构参数、材料参数、载荷边界、单元分布与组合形式等对于材料隔声性能的提升十分关键。基于局域共振机制的带隙原理,研究有阻尼和无阻尼情况下,这些参数对整体结构隔声性能的影响关系,进而实现轻质低频宽带宽降噪结构的设计。本文应用薄膜声学超材料研究低频降噪结构的设计方法,在薄膜型声学超材料中引入质量块与阻尼,通过周期性阵列排布,增加了低频隔声程度和隔声带宽。首先,对构造超材料单胞的薄膜结构进行了模态分析、隔声曲线与应变能分布仿真,探索薄膜结构的声学性能。据此建立局域共振声学超材料单胞的结构模型,运用有限元法计算了单胞的带隙,并通过多种计算方法进行了验证,结果基本一致。然后,探讨了单胞的结构与材料参数对带隙的影响规律,并通过不同参数的调节,优选出多种连续低频宽带宽的单胞组。最后,对多种有限周期性结构的低频(0~600Hz)噪声隔声特性进行了仿真计算,并探讨了多单胞组合对低频隔声效果的影响。研究结果表明:附有质量块的薄膜结构可以降低低阶固有频率,隔声性能有所提升;质量块与基体质量差值越大,带隙数量与单个带宽均增大;薄膜厚度增大,带隙数量会增多但较窄且零散;同一参数的单胞组成的均匀有限周期性结构,通过调节单胞参数能够获得的低频带宽比较有限;不同参数的单胞组成的多种非均匀有限周期性结构,通过调节不同组分的参数、组成形式以及添加阻尼,可以将单胞组带隙整合以扩大整个结构的带隙,最终获得95~550Hz的6倍频宽。