近年来,基于声人工结构的声波调控越来越成为一个重要的研究热点。利用声人工结构独特的声学特性,大量的功能性器件被设计出来,并被认为有着广阔而诱人的应用前景,例如,声波的负折射,声波的单向传输和声学隐身衣等。声人工结构是指一类由人工结构构成的复合型材料,主要可分为声子晶体和声超常材料。声子晶体是类比于光子晶体,由两种或两种以上的弹性材料按周期排列所组成的人工复合结构,其主要特征是结构单元的尺寸往往和声波波长可比拟,表现出来的性质是产生丰富的带隙。声超常材料是另一类人工结构,其结构单元的尺寸通常远小于声波波长,因此可以用等效介质理论来推算这类材料的等效声学参数。通过精心设计其结构单元,可以实现传统材料所不具备的声学特性,例如负的弹性模量和负的密度。综上所述,声人工结构能够产生奇特的声学性质,基于声人工结构的功能性器件有着广阔的应用前景,因此,这方面的研究有着基础性的学术价值,同时对实际应用也有着重要的指导意义。本文对基于声人工结构的功能性器件进行了系统而深入的研究。主要包括以下内容：第一章为绪论,回顾了声人工结构的研究背景,介绍了该领域当前的研究内容和最新进展。并针对本文的研究内容,介绍了声人工结构一些相关的理论和计算方法。第二章首先回顾了全向吸声体的研究进展,指出之前的设计思路中存在的两个重要难题：设计的声学参数复杂,以及不能随意裁剪以适用不同场合。为解决上述的难点,我们提出了一种新型的全向吸声体结构。基于一种各向异性的声学参数分布,我们设计了扇形散射体周期性排列的结构,可以有效地将入射声波引导至结构中心的吸收核处,从而实现了扩大较小吸声体吸收截面的功能。相对于之前的设计方案,该种设计有着更加简单的声学参数分布,可以通过较简单的加工手段实现,同时,可以对结构的外表面进行裁剪,甚至可以通过多层的级联,以满足不同场合的需求。第三章首先介绍了漫反射的物理概念,以及漫反射现象在不同的领域都有着重要的意义。其次,简单介绍了漫反射现象在光学中的具体表现,并由此引出了声学中较难实现漫反射现象的原因。基于前人在光学领域中创新的工作,我们提出了一种利用超薄型平板超材料来实现声学漫反射的设计。通过该设计,可以有效地将入射声波近似均匀地往空间各个方向散射,能够抑制声波的反射主瓣,从而实现空间声波能量的再分布。同时,我们提出了一种类迷宫的结构单元来实现该设计。该结构单元有着亚波长的结构尺寸,并且可以实现0到2π的相位响应。通过数值计算,我们从声场分布和指向性分析两方面对上述结构进行了分析。第四章首先回顾了声波单向传播研究领域的发展过程,介绍了该领域的一些代表性工作。通过允许声波在一个路径上传播并抑制在相反路径上的传播,声波单向技术可以在无损检测及医疗超声领域有着重要的潜在应用。由实现材料区分,声波单向传播可分为非线性方法和线性方法。在截止方向,两种方法都可以做到很低的透射率,然而在导通方向,两种方法都有着一定的局限性,不能很好地重现入射声波。针对上述的情况,我们提出引入非线性元器件来打破互易,同时引入增益和衰减媒质,在一个方向实现截止的同时另一个方向能够很好地恢复入射声波的频率信息和幅值信息。此外,我们还做了声波单向反射的相关工作。利用各向异性零折射率材料的独特性质,对于一个平面,可以实现某个特定入射角入射的声波能够几乎完全透射,如同在自由空间；而在其反射角方向入射的声波,则会被几乎完全反射,如同碰到刚性边界。通过改变材料的几何尺寸,我们还可以人为地设计导通方向和截止方向的夹角。最后在第五章,我们给出了本文的主要结论和对今后工作的展望。