在过去十年中,超材料已经引起了广泛的关注。超材料具备自然材料所不具有的一些性质,可以利用这些特殊的性质灵活地操纵声波的传播。利用超材料,可以获得许多特殊的现象,例如负多普勒效应,负折射等。这里,我们应用两种方式来操纵声波的传播:一种是利用含有介质缺陷的超构介质来调控声波在波导中的声传播。另一种是通过声学边界来操纵声波的传播。第一章,我们回顾了超构材料的研究背景,其发展历程以及本文的内容安排。在第二章中,主要讨论了在波导中利用含有介质缺陷的超构介质来调控声波在波导中的声透射问题。我们提出了完美的波导分流模型(Perfect waveguide divider)和波导压缩模型(Waveguide squeezer)。该结构可以用于耦合具有不同横截面的波导和实现出射角度的任意性。同时该结构的特性与超构材料区域的形状无关。通过调节几何参数和物理参数,有可能在隐形,分流和压缩设备中发挥重要作用。在第三章中,众所周知,不同类型的近零折射率超构材料(zero-index metamaterial,ZIM)已经被用于实现声波的全透射和全反射中。但几乎所有以前的研究仅仅探讨了在缺陷内部激发单极子模式的情况。然而,缺陷内激发模式的内在物理机制被错误地忽略。在我们的研究工作中,揭示了在二维波导系统中缺陷内不仅有单极子模式的激发,而且还有可能激发缺陷内高次模式。实际上,在嵌入有缺陷的ZIM波导中可以使声透射和缺陷内的高次模式同时发生。我们将揭示激发缺陷内较高模式的物理机制,这将完善在嵌入缺陷的超构材料声透射的理论。第四章,我们提出了偶极子阵列的概念,用于改善声波的方向性和辐射增益。同时证明了偶极子阵列可以由镶嵌有HR结构的板和狭缝进行级联构成。边界阻抗的大小可以用于改善偶极子阵列的辐射效率。与单极子线阵列相比,偶极子阵列在更宽的频率范围具有更好的方向性同时具有更小的旁瓣。我们所提出的方法可以方便地设计合适的结构以满足实际的需要,并且对扬声器和超声波医疗仪器的设计有潜在的应用。第五章,我们对全文进行了回顾,并对后续工作做了适当的展望。