本文研究了声音通过有限尺寸的周期性声学超材料光栅的传输。单层光栅是通过在平板上周期性地排列亚波长单位细胞来构建的，作为两个声学域之间的大挡板的一部分。超材料单元电池由一个带有线圈谐振器的开放管道组成，该管道旨在利用其声阻带抑制声音传输。空间卷绕结构允许超材料在低频率下以紧凑的尺寸工作。建立了预测组合式折流板传声损失的分析方法，研究了组合式折流板在正入射和斜入射下的声衰减。结果表明，单元格的几何形状、光栅元件的周期性和入射角对STL有显著影响。声光栅的STL特性主要受声阻带、边缘衍射和声光栅背后的破坏性辐射干扰三种物理效应的影响。通过数值算例对这些效应的机理进行了详细的探讨。实验验证了所提出的数值方法。
本文提出了一个预测和研究由超材料单元格组成的声光栅性能的理论框架，并可进一步扩展到研究相位裁剪声学超表面。
本文研究了由亚波长单元格组成的声光栅系统的声传输。单元格是基于一个装饰有线圈谐振器的声学管道而构建的。许多单元格周期性地排列在平板上，形成声光栅，旨在在设计频率范围内提供隔音，而不会完全阻挡空气运输。利用简化的一维模型（第3节）分析了单晶胞的超材料特性，显示出高色散关系、负有效材料特性和亚波长特性。采用标准反演方法，得到的有效体积模量呈负区域，在单元格处产生较强的声反射。有了更多的谐振器层，声音反射可以增强，并扩大到更宽的频率。所选的由三个线圈谐振器组成的单元胞的尺寸为0.12 0.12 m。它的大小大约是其阻带频率波长的四分之一。本文提出了一种预测折流条件下声光栅STL的解析方法（第2节）。机理研究（第4节）发现了影响STL响应的三种主要物理效应，包括声阻带、边缘衍射和破坏性辐射干扰。它们的作用可以概括为：
1)STL尖峰强烈禁止声传输，这是由于单元格的阻带特性。与一维管道条件相比，挡板条件不会改变该阻带。为了获得在期望频率范围内具有高隔声性能的平板结构，可以对单元格的几何形状进行调谐和优化。
2)当单元格的孔径小于声波波长时，边缘衍射可以使单元格具有声透明。在衍射频率下，单晶胞的行为就像挡板上的一个谐振开口管道。由于超材料单元胞内的高色散或“慢声”效应，管道的特征厚度增大。
周期单元胞之间的破坏性辐射干扰产生额外的衰减峰。干涉关系是频率相关的，高度依赖于光栅的周期性和入射角。推导了基于一组散热器的简化模型来解析表征这种效应。实验验证了所提出的数值方法的有效性，在实验中成功捕获了接近40 dB的高降噪。该研究表明，通过适当调整声光栅单元的几何形状和周期性，声光栅中的声传输可以灵活调节或按需控制。为此，本研究中详细介绍的物理方面可以提供理论指导，而提出的数值方法可以作为有效的设计工具。从这项研究中可以预见到有前途的应用，包括通风窗或隔音屏障，以减轻噪音。值得注意的是，构成平板结构的单元胞可以被赋予相位裁剪功能，以形成声学超表面。所提出的建模框架可以很容易地扩展到超表面研究。
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