声学超表面是一种人工设计的具有亚波长厚度的二维结构,通过亚波长结构的巧妙设计可以实现对于声波的波前调控,从而实现声聚焦、异常折反射、声吸收和源错觉等功能。人们对声学超表面感兴趣的主要原因之一是可以通过薄而轻的结构形式对声波进行灵活调控,推动了器件的小型化发展,从而使新的应用成为可能。由于声学超表面的研究历史较短,还存在许多待解决的问题和技术难点。其中突出的一点是,现有的具有固定微观结构的声学超表面只能在一个固定的或极窄的频率范围内工作。另外,过于简单的超表面形状和单一的声学功能都限制了声超表面的实际应用。本文基于“螺丝-螺母”的工作原理,采用螺旋单胞分别设计了弧形和圆形的曲面声学超表面,通过调节螺旋体的旋拧深度,可以在宽频范围内实现相位的连续可调控。以广义斯涅耳定律为基础,根据设定的工作频率和所要实现的具体功能计算出需要的相位分布,就可以完成超表面的设计。若工作频率或实现的声学功能发生改变,仅需通过调整螺旋单胞的旋拧深度即可。本文利用有限元软件Comsol Multiphysics进行模拟计算,并通过声学实验对模拟结果进行验证,主要内容和结果包括:1.透射螺旋单胞的设计。通过有限元计算设计合理的透射螺旋单胞,并计算出相位改变、透射系数随频率和旋拧深度的分布云图,为后续超表面的设计与实现奠定基础。2.根据广义斯涅耳定理设计了可调的弧形透射型声学超表面。利用该结构在不同频率下实现了声波的定向传播、波束分离和声束聚焦等功能。同时进行了相应的声学实验,有限元计算和实验结果共同验证了设计的超表面的有效性。3.基于弧形超表面的设计,进一步发展出了圆环形的声学超表面结构。在不同频率下实现了三向分波功能以及波源的螺旋化和源位置的虚拟移动等源错觉功能,并进行了相应的声学实验,实验结果与有限元计算结果相吻合。本文设计的弧形和圆形的曲面透射型声学超表面,在不改变结构形状的情况下,通过调节螺旋型单胞的旋拧深度实现了宽频范围内透射波相位的连续可调,实现了声波的定向传播、波束分离、声束聚焦以及源错觉等功能。本文的研究为声波操控提供了重要的理论指导;同时,曲形超表面的研究有助于推进不规则非平面共形声学器件的发展。