在20世纪末,兴起了一种新型人工微结构,它被称为声学超材料,其拥有独特的物理性质是自然界材料所不具备的,因此利用声学超材料独特的物理性质可以很轻松地实现对声波的调控。声学超材料的出现,激发了众多学者的研究兴趣,学者们对其投入了极大的研究热情,希望能够利用超材料研制出新型的声学功能器件,使得研制出的设备优于传统的声学器件。但是随着人们对超材料的研究不断深入,它的一些缺点也暴露出来,其具有体积大、成本高、损耗大、带宽窄等缺点,由于体积较大,所以比较难以集成。从而使声学超材料变薄、变轻的设计目标成为了越来越多科研工作者迫切的需求。经过十多年的研究,一种超薄的表面应运而生,它被人们称为“超表面”。它是一种在平面上排列而成的准二维周期性结构,其尺寸小于波长,利用其独特的性质使声波在界面上产生相位突变,从而现实了对声波的几乎任意调控,超表面打破了利用传统方法对声波的调控,传统方法有反射、折射等。人们通过利用超表面已经实现了关于声波调控的许多现象,比如,异常折射或反射、非对称传输、声波聚焦、声波吸收等。人们对于声学超表面的研究不但有重要的科学意义,而且对于实际应用有很大的潜在价值。根据之前报道有关超表面的研究背景,本文的研究内容分为两个方面,具体如下:(1)在利用梯度超表面实现声波异常折射方面,设计出了与空气阻抗相匹配的梯度超表面,可以实现高透射异常折射现象。在文中根据有限元法模拟了声波以不同入射角入射到超表面时折射波的声压场分布,当入射方向确定时,可以实现在中心频率较大的范围内对折射声波的调控。最后根据广义斯涅尔定律计算出理论折射角,结果表明理论分析与模拟结果有很好的吻合。(2)在利用单层梯度声超表面实现声波的非对称传输方面,设计并模拟验证了一种实现声波非对称传输的方法,在很宽的角度范围内获得了高对比度的声波非对称传输。经过恰当的超表面结构设计后,负折射现象实现了声波的正向导通;高阶衍射的抑制导致了反向入射的声波传输被禁止。基于广义斯涅耳定律分析了非对称传输的原理,有限元法数值模拟结果很好地验证了理论分析研究结果,其研究在噪声控制、超声整流或治疗等方面具有潜在的应用价值。