声学超构材料是一种以亚波长尺寸结构为基本单元的人工复合材料,其属性可以用声学等效媒质理论来解释。声学超构材料具有传统自然材料所不具备的特殊性质,如密度各向异性、负的等效质量密度、负的等效弹性模量等,极大地拓展了声学学科的研究领域和应用领域。特别在波形操控领域,利用声学超构材料可以实现声学超构透镜,能够对入射声波阵面进行自由调控,并进而可以获得所需要的目标声场,从而实现多种新颖的声学成像,呈现出广阔而诱人的应用前景,是目前声学领域中最具重要性和挑战性的前沿研究课题。本论文主要基于卷曲空间声超构材料的特殊性质,设计并实现了一系列新颖的声功能器件。本论文的构成如下:在第一章中,回顾了声学超构材料及声学超构透镜的相关理论及研究背景,介绍了该领域当前的研究进展,并概述了本论文研究工作的主要内容。在第二章中,基于具有高折射率的超构材料腔体,提出一种共振隧穿声学超透镜。利用其共振隧穿的特性,该超透镜具有很强的声波压缩和倏逝波放大的性能。相较于传统的声学Fabry-Pérot（FP）共振透镜,该共振隧穿声学超透镜的厚度显著变小。此外,仿真和实验均证实,该基于卷曲空间结构的声学超透镜可以对成像物体实现具有亚波长分辨率的近场成像。在第三章中,基于可调的卷曲空间结构,提出并制备了一种扁平超薄的折射率梯度渐变的超表面声透镜。利用声线追踪方法以及数值模拟和实验测量均证实了该超表面声透镜可以高效地实现柱面波到平面波的转变及对平面波的聚焦。而通过串接两个功能各异的超表面声透镜,还能够实现焦距可调的声学负折射成像。高效的声波辐射模式转变和紧凑的结构,使得该基于卷曲空间的梯度渐变超表面声透镜,在声学成像和其他声学器件耦合或者集成等方面具有潜在的应用价值。在第四章中,基于空间卷曲的声学超构材料,提出一种二维声学龙伯透镜。该透镜通过3D打印加工而成。数值模拟和实验测量均证明了该龙伯透镜的特殊的声学聚焦性能。该透镜的频率带宽范围可以达到1 kHz到3 kHz,呈现了宽带特性。此外,数值模拟结果表明该声学龙伯透镜也可以实现大角度的声学回射器。在第五章中,提出一种二维声学麦克斯韦鱼眼透镜。该透镜具有将从一个位于透镜表面的点声源发出的声波聚焦到透镜另一侧相对位置表面上的能力。研究表明,该基于卷曲空间的声学麦克斯韦鱼眼透镜具有宽带和低损耗等特性,有望在定向声学耦合或超声成像等方面得到潜在的应用。在第六章中,提出一种超慢声速的基于卷曲空间的人工单元结构。在低频段,声波发生强烈的Mie共振时,该人工单元结构具有负的等效弹性模量和负的等效质量密度,呈现天然材料所罕见的高折射率。由该单元组建的声学超构表面,具有亚波长尺度和高反射率的特性,可以构建出性能优异的声学器件。在第七章中,总结了本论文的主要工作,并对未来工作进行了展望。