声能作为一种清洁可再生能源,可被用来为低功耗微型化设备提供能量,但是由于声音本身具有功率密度低、频率范围广等特点,将其转化为可利用的能源还存在一些难题。因此本文针对声能采集技术中声能密度低、采集频率窄等问题开展研究,通过设计多频可调的能量聚集放大结构和机电转换装置,将声能转化为电能。主要研究内容包括:建立了圆柱-方形腔有限元仿真模型,利用Helmholtz谐振腔声压放大理论验证了仿真模型的准确性,通过在最大声压放大效果的腔体尾端配置机电转化装置构造谐振腔声能采集器。针对谐振腔声能采集器建立了多物理场有限元仿真模型,对比分析了不同腔体背板上质量块对电压和频率的影响规律,搭建了基于Helmholtz谐振腔的声能采集装置,实验分析了不同腔体尺寸下的电压输出效果。对比分析了局域共振型声学超材料与布拉格型超材料声能放大的特点,确定了利用局域型声学超材料小尺寸控制大波长特点进行低频能量收集的研究方案,在能带结构理论的基础上建立了单胞能带曲线求解模型,获得了局域共振型超材料的带隙频率和本征模态,带隙曲线分析表明:圆柱体振子与板的相互耦合作用是打开带隙的关键,理论分析了不同参数下单胞带隙的变化规律。通过在超材料板中引入缺陷态实现能量在缺陷处汇聚,构造了基于声学超材料板的声能采集器,利用超原胞法计算了缺陷态能带结构图,对比分析了不同缺陷态频率下的位移模态和声压分布,优化获得了能量聚集放大效果最好的超材料板结构。结合缺陷态声学超材料板与Helmholtz腔建立了多频声能采集器,仿真分析了耦合结构声能采集特性,仿真计算结果表明:该耦合声能采集器不仅能够采集腔体谐振频率413Hz情况下的声源还可以采集缺陷态1003Hz频率下的声能。设计了一种频率可调超材料声能采集器,对比分析不同外部作用力情况下带隙变化以及不同缺陷振子对缺陷态频率和局域增益的影响,获得了可调缺陷态频率和电压输出关系,结果表明缺陷态频率靠近带隙下边缘有更大的局域增益和电压输出,当外接电阻值为10MΩ时有最大输出电压1.14V,并通过实验验证有声学超材料时的声能采集器有更大的电压输出。