声学超表面是一种具有超薄厚度的人工声学功能材料,能够对声波阵面进行控制,使得声波朝着异常的但是却可控的方向传播。根据亚波长孔径格栅和反射壁构成的孔径系统的反射特性,本文提出了一种遵循广义Snell定律的新型声学超表面,在空气环境中融合理论计算、模拟仿真和实验测试等方法验证了其具有优秀的异常反射特性。本文首先基于经典的模式展开理论,推导得到了考虑格栅材料阻抗情况时一维亚波长孔径系统反射系数的解析表达式。从该式出发,详细研究了孔径系统的反射特性,明确了其工作机理并着重分析了影响其反射相移的各个因素,验证了当材料阻抗满足一定关系时,其对反射声场的影响可以忽略,为构建新型声学超表面提供了必要的理论支撑。基于理想阻抗界面的Green函数以及基尔霍夫-亥姆霍兹积分公式,得到了声学超表面反射声场的理论解析解。该解表达式中包含一个带Cauchy奇异核的第二类Fredholm积分方程。针对此类奇异积分方程,本文研究了一种数值求解方法,获得了反射声压场的理论分布图。结果显示声学超表面的确能够通过改变沿其界面的相位分布来达到控制反射声场传播方向的目的。总结了基于亚波长孔径声学超表面的设计原则,以二维亚波长圆孔系统为例设计了具有异常反射特性的声学超表面。通过COMSOL Multiphysics模拟仿真,发现Helmholtz共振是亚波长孔径系统产生相位不连续以及声场异常反射形成的物理机制,同时验证了本文的声学超表面具有宽入射角、宽频带的异常反射特性。对该类声学超表面进行应用拓展,实现了具有宽频带工作范围的声聚焦现象,在焦点处获得了10倍于入射声强的能量汇聚。设计并制作了一个基于二维亚波长圆孔系统的声学超表面样件,在自建实验测量平台上对其声场进行了测量,测量数据经MATLAB编程进行数据处理后得到了与仿真结果相一致的反射声场频域声压场分布图,进一步验证本文理论和设计思路的正确性和有效性。本文提出的基于亚波长孔径系统的声学超表面总厚度不到入射波长的十分之一,结构简单,便于加工,可以方便地运用于声学器件的小型化以及集成化设计中。通过调整沿声学超表面基本单元阵列方向的相位分布,可以控制其反射声场的传播方向。该声学超表面不仅可为隔声降噪提供新的思路,具有较高的应用价值,而且对其进行系统而深入的研究将有助于加深对新型声学功能材料的认识和理解。