中文摘要：

局域共振单元作为声集总参数元件，以阵列的方式嵌入（或附着、旁接）于均匀声学媒质（结构）中，形成了具有特殊声学性能的复合介质或结构。本项目（1）借助声阻抗概念，理论上描述此类结构（媒质）的声传播性质；（2）通过声阻抗奇异性（或零、极点）之分析，探索此类结构的异常或反常声传播特性；（3）重点研究诸如声隧道效应、背向全反射和绝对软边界等全新声学现象，揭示其声学机理。拟以两类典型结构为研究对象。其一，旁接局域共振单元的周期声波导，其中布喇格共振和局域共振共存，表现为声阻抗的双重奇异性。初步观察表明，双重奇异性的相互作用可导致声共振隧穿效应，与通常的共振隧穿有所不同。其二，周期镶嵌局域共振单元的界面。此种复合界面的等效声阻抗呈现双重奇异性或者零极点之耦合，在一定条件下可以具有声全背向反射（或负反射）或绝对软边界等异常性能，在声器件设计、建筑和结构声学等领域有重要的应用价值。

结论摘要：

申请者认为，物理学界近年来所发现的一系列重要声学现象，大多与系统的声阻抗的奇异性密切相关。恰恰在声阻抗呈奇异之频段范围，有可能发生诸多迄今未为人熟知的有趣现象。这类媒质（或者声学材料）的特点是存在某种结构的局域共振结构作为声集总参数单元，局域共振单元的周期阵列与基底媒质的耦合便构成了复杂的声学结构或复合声学媒质。基于此，本项目重点诸如此类媒质中以下若干问题 一、声共振隧穿效应隧穿是微观粒子波动性之体现，故而包括声波在内的经典波当然也存在类似的效应，可谓量子隧道效应之翻版。我们通过对具有局域共振单元的波导的研究发现，当布喇格禁带与局域共振禁带发生相互作用时（禁带重叠），也会发生声共振隧穿。与“双势垒”共振隧穿不同的是，此处不存在双层（或多层）“势垒”和共振腔体实体，故这种共振隧穿有其特殊性。其实，声阻抗的双重奇异性在此又发挥了关键的作用。 二、绝对软边界绝对软边界具有声偶极子效应，声波在其上的反射具有良好的指向性。但是，如果入射侧的媒质是诸如空气等气体媒质，则迄今没有找到一种自然材料，其边界可视为绝对软边界。但是，我们发现，如果刚板的界面上镶嵌局域共振单元，则可以在一定频带内实现绝对软边界的性能，关键是界面的等效声阻抗具有某种双重奇异性。这方面的工作已经取得了阶段性的进展，但尚待深入研究，估计在1-2年内可取得成果。 三、背向反射我们的研究发现，在特殊结构的周期性刚性界面上，斜入射声波可以完全逆入射方向反射——背向反射。因其反射角相对于通常定义的方向是负的，故又称之为负反射。与背向散射完全不同，在背向反射方向集中了相当大的反射声能。我们建立了负反射理论，并应用此理论很好地解释了闻名遐迩的江苏句容茅山新四军纪念碑的奇异军号回声现象。经实地测量，包括河南三门峡的蛤蟆塔、山西永济的莺莺塔的回声现象可以用我们的理论得以解释。循着这一思路，我们发现其它此前未曾发现奇异声现象的诸多古塔和阶梯状结构也存在类似的声现象。 四、全向共振和全向宽带隔声材料的研制提出了与入射角几乎无关的全向共振的概念，研制了一种厚度小于半波长的具有局域共振结构的特殊超结构板状材料，具有一个倍频程以上的宽带隔声性能，期望最终可以设计出新型的隔声材料，应用于工民建工程领域。