对声波的操控一直是声学领域的研究热点,具有亚波长厚度的声学超表面通过引入相位梯度可以实现对声波的波前调控,并且因为其轻薄的结构形式和灵活的调控能力而受到人们的广泛关注。传统的声学超表面往往只能利用预设的几何结构在固定频率下实现单一的声学功能,并且大多数研究都只局限在二维情况下,这些在很大程度上限制了超表面的使用。本文设计的两种单元旋转可重构超表面,通过单胞简单的旋转操作可实现超表面的几何重构,进而可以实现不同工作频率和不同声学功能之间的切换,从而提高了超表面的灵活性。同时本文将超表面的研究和应用拓展到三维领域,推导出了三维空间中的广义斯涅耳定律,利用有限元软件Comsol Multiphysics研究了两种超表面对声波的二维和三维调控,实现了不同工作频率下的异常折射、点聚焦、贝塞尔波束、自弯曲波束等多种声学功能之间的相互转换,并对部分功能进行了实验验证。主要内容包括:1.推导了调节透射声波的广义斯涅耳定律,并以此为理论基础推导了在二维和三维声场中,利用超表面实现不同声学功能时所需要的相位分布函数。2.设计了可旋转的共振筒单胞,通过旋转内筒改变单胞的开口角度进而改变透射声波相位和透射系数。以此单胞为基础设计了具有单向梯度和双向梯度的共振型超表面,分别在二维和三维的情况下实现了不同频率下声波的异常折射、点聚焦、自弯曲波束等声学功能。同时本文对共振单胞的声学性能以及单向梯度超表面的部分功能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超表面的有效性。3.基于“螺丝-螺母”工作原理设计了双叶片螺旋单胞,通过改变螺旋体的旋拧深度来调节声波的传播路径,进而改变透射声波的相位。以螺旋单胞为基础设计了可重构的双向梯度空间折叠型超表面。在宽频范围内实现了三维空间中的点聚焦、点源转平面波、贝塞尔波束、异常折射和自弯曲波束功能,并针对聚焦功能进行了相应的声学实验,其结果与有限元计算结果比较吻合。本文所设计的单元旋转可重构透射型声学超表面,可以通过调节共振筒单胞的开口角度或者螺旋单胞的旋拧深度来实现对透射声波相位的连续调控,在不重新加工超表面试件的前提下,实现了不同工作频率和不同声学功能之间的灵活转换。本文的研究对于可调声学超表面设计及三维情况下的声波操控有着重要的意义,为可调透射型声学元件及器件的设计提供了理论基础。