空气和水之间有“壁”，这事你知道么？想想你在岸上听见过鱼的叫声么？（别怀疑，鱼真的会叫）还有，你知道花样游泳比赛时，水上水下都要有音响设备么？这样的经验似乎在告诉我们，空气中和水下是难以共享一个声音世界的，声音彷佛在空气和水的交界处碰到了“铜墙铁壁”，这是为什么呢？这个“壁”要怎么打破呢？这就要从声音在不同介质中的传播特点说起了。声波的传播依赖于机械振动在介质中的传递。
在不同的介质中，声振动的传递能力会有所不同，这种传递能力的差异可以由介质的声阻抗来反映。介质的声阻抗由介质的密度和声速的乘积来表征，不同介质之间的声阻抗差异称为阻抗不匹配。两种介质的声阻抗差异越大，则表明声波在两种介质中的传播能力差别越大。对于水和空气而言，常温下，空气的声阻抗为415 kg/m²·s, 而水的声阻抗为1480000 kg/m²·s , 两者之间的声阻抗相差约3600倍。
因此，当声波入射到水和空气的交界面时，仅有0.1%的声能量能透过水-气交界面。也就是说，声音在透过水-气交界面前后，声能量强度减弱了1000倍。声音在水和空气之间的极低透射，使得潜入水中的花样游泳运动员难以听到岸上播放的音乐，这也就是花样游泳比赛中需要在水上和水下同时布置音响设备的原因。怎么才能实现声音在水和空气之间的跨介质传输呢？
既然声音在水和空气交界面的低透射来源于水和空气巨大的阻抗差，那我们只要在水和空气之间搭建一座声阻抗的“桥梁”来补足这个阻抗差异就行了呀！有了这座“桥梁”，声音就能如图中黄色信号所示沿着渐变的阻抗梯度，实现在水和空气之间的“流通”。
近日，某研究团队创新性地提出了水下空心构型声学超材料，将空气组分和单元的几何形状引入作为新的调节自由度, 极大地拓展了水下声学超材料可实现的声学参数范围，并进一步结合空气中周期排列的方柱构成的声学超材料，成功填补了从水到空气的声阻抗间隙，并设计出了水-气梯度声阻抗匹配层，从而实现了从水到空气的宽频声能量透射。
如果能够实现水-气透声，不仅能使得潜入水中的花样游泳运动员能听见空气中播放的音乐，还能在海洋探测等更广阔的应用场景中发挥作用。现有的海洋探测主要依赖于声纳在海洋中进行扫描探测，并将收集到的信息传回母船，探测手段和传递路径繁复，信息探测周期较长。若能实现水-气透声，我们便能直接使用机载声音传感器系统对水下世界进行探测，能极大地缩短探测周期，精简探测和信息传递流程，提升海洋探测的效率。