（六）声学和声技术

【超声及超声效应】

频率高于人类听觉上限频率 20000 赫兹的声波，称为超声波。研究超声波的科学称超声学。超声学是声学的一个重要分支。它主要研究超声的产生、接收和在媒质中传播的规律，超声的各种效应，以及超声在基础研究和国民经济各部门的应用等。目前一般认为，人耳听觉频率极限为超声频率的起点，但它的最高极限，至今还没有明确限定。随着科学技术的不断发展，近年来已能在实验室内产生频率高达 1012 赫兹数量级的超声。对频率如此宽广的超声，由于理论上、技术上、应用上的不同特性，目前已有再加以划分的趋势。例如，已有人建议把 500 兆赫或 100 兆赫以上的超声称为微波超声，把 1012 赫以上的超声称为特超声。

人们最早制成机械型超声发生器（又称换能器）来研究超声的产生和接收，由于这种换能器成本低，经不断改进，至今仍广泛用于对流体媒质超声处理技术中。20 世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应，制成各种机电换能器（包括发生器和接收器）。最近几年，为了物质结构等基础研究的需要，超声波的产生和接收需向更高频率（1012 赫兹以上）发展。例如，在媒质端面直接蒸发，或溅射上压电薄膜（ZnO，CdS 等），或磁致伸缩的铁磁性薄膜，就可获得数百兆赫直至几万兆赫超声。此外，用热脉冲、半导体雪崩、超导结、光子与声子的相互作用等方法能产生或接收更高频率的超声。但应用大功率远红外激光 器，通过压电表面激发是产生频率在 1012 赫以上超声的最有效的方法。

超声波可在媒质中反射、折射、衍射、散射等。超声在固体中传播时， 固体媒质本身形状和性质的多样性，导致超声在固体中传播的复杂性。在无限大、各向同性的均匀固体媒质中传播时，一般只有纵波和横波。在无限大、各向异性的固体媒质中传播，一般沿每个方向上可以有 3 种波，即准纵波和另两个准横渡。超声在一般气体、液体中的传播理论已较成熟， 但对在高速流动的流体媒质中的传播，在液晶以及大振幅声波在流体中传播的非线性问题等的研究仍在发展中。当超声波在媒质内传播时，超声能量转换成其他形式的能量，这必促使媒质发生一系列的物理变化和化学变化，这些变化效应称为超声效应。具体指超声机械效应，超声光效应，超声电效应，超声热效应，超声化学效应和超声生物效应等。例如，超声波在媒质中传播时，媒质便产生应力、应变、速度或承受辐射压力等，从而产生超声机械效应。超声加工、粉碎、凝聚等都属于超声机械效应。当超声在媒质中传播时，空化或其他原因而引起发光现象的效应称为超声光效应。所谓空化，是当液体中有强度超过该液体的空化阈的超声传播时，液体内会产生大量气泡，小气泡随着超声振动而逐渐生长和增大，然后又突然破灭和分裂，分裂后的气泡又连续生长和破灭。当超声在媒质中传播时，

空化产生脉冲高压，空泡表面便出现电荷并引起放电，从而产生超声电效应。当超声在媒质中传播时，由于弛豫、内摩擦等原因，声能就被媒质吸收而转变为热能，媒质便发热或由此而引起其他现象的效应，这就是超声热效应。超声治疗作用，超声焊接，超声化学作用等都属于超声热效应。当超声在媒质中传播时，媒质产生强烈的分子碰撞而导致分子电离以及其他化学变化的现象称为超声化学效应。当超声在生物体内传播时，生物有机体的生理现象产生某种变化或促进这类变化的作用（例如，植物种子经超声处理后，可加速种子发芽和提高其发芽率与出苗率，医学上超声治疗作用等）称为超声生物效应。

超声学是一门应用学科和边缘学科，但又是一门年轻的学科，许多超声应用的机理还未彻底了解，实践还在不断地向超声学提出各种新课题。

【声成像】

利用声波可获得物体内部结构特点的可见图象。利用声学、电子学和信息处理等技术以达到声成像的目的。声波可以透过很多不透光的物体， 利用声波可以获得这些物体内部结构的声学特性的信息，而声成像技术则可将其变换成人眼可见的图象，即可以获得不透光物体内部声学特性分布的图象。物体的声学特性分布可能与光学特性分布不尽相同，因而同一物体的声像可能与其相应的光学象有差别。声成像方法可分为常规声成像、扫描声成像和声全息 3 种。

常规声成像是从光学透镜成像方法引伸而来。用声源均匀照射物体， 物体的散射声信号或透射声信号，经声透镜聚焦在像平面上形成物体的声像，它实质上是与物体声学特性相应的声强分布。用适当的暂时性或永久性记录介质，将此声强分布转成光学分布，或先转换成电信号分布，再转换成荧光屏上的亮度分布。由此获得人眼能观察到的可见图象。

扫描声成像是通过扫描，用声波从不同位置照射物体，随后接收含有物体信息的声信号。经过相应的处理，获得物体声像，并在荧光屏上显示成可见图象。本世纪 70 年代以来，扫描声成像方法发展迅速。声束扫描经历了手动扫描，机械扫描，电子扫描或电子扫描与机械扫描相结合的几个阶段。声束聚焦也由透镜聚焦发展到电子聚焦、计算机合成。获得图象的方式和图象所含的内容也各不相同。扫描声成像有 7 种类型：①B 型声像。平行于声束传播方向的物体断层的声象。②C 型声像。垂直于声束传播方向的物体断层的声像。③F 型声像。物体内任意断层的声象。④多普勒成像。利用运动物体散射声波的多普勒效应，按散射声信号的多普勒频移的幅度来显示图象，图象与散射体的运动速度分布相对应。⑤计算机超声断层成像。由计算机 X 射线断层成像引伸而来，利用此方法可以获得声速、声衰减系数和声散射系数等声学参量的定量分布图象。正在研究的计算机超声断层成像法有透射型和反射型两种。⑥合成孔径成像。采用换能器陈列，各单元作为点元发射，发射声束照射整个物体，接收来自物体各点的

信号并加以存储，然后根据各成像点的空间位置，对各换能器元接收信号引入适当时延，以得到被成像物体的逐点聚焦声像。⑦三维图象显示。利用三维合成孔径成像法可得到三维信息，或将若干个断面图象综合，也可合成三维图象。根据绘透视图的原理进行计算机处理，可在荧光屏上显示三维图象。

声全息是将全息原理引进声学领域后产生的一种新的成像技术和数据处理手段。早期的声全息完全模仿光全息的方法，但新的声全息方法与光全息方法不同，只有液面声全息基本上保留了光全息的做法。扫描声全息可分为两类：①激光重现声全息。用一声源照射物体，物体的散射信号被换能器陈列接收并转换成电信号，再加上模拟从某个方向入射声波的电参考信号，于是在荧光屏上形成全息图并拍照。然后用激光照射全息图，即可重现物体声像。②计算机重现声全息。用上述方法记录换能器陈列各单元接收信号的幅度和相位，用计算机进行空间傅里叶变换，即可重现物体声像。

声成像的研究开始于 20 世纪 20 年代末。随后，相继出现很多种声成

像方法，至 70 年代已形成一些较为成熟的方法，并有了大量商品化产品。当前，声成像技术已得到广泛应用，主要用于地质勘探、海洋探测、工业材料非破坏探伤和医学诊断等方面。特别是 B 型断层图象诊断仪已成为与X 射线断层扫描仪和同位素扫描仪并列的医学三大成像诊断技术之一。

【声全息技术】

为了检测和显示可见光及 X 射线不透明的媒质中的结构，20 世纪 60 年代中期把全息技术引进到声学领域而出现的新科学技术。声全息技术是利用于涉原理来获得被观察物体声场全部信息（振幅分布和相位分布）的声成像技术。一般包括获得声全息图和由声全息图重建物体可见像。要构成声全息图，除了含有待测物体信息的声波——物波外，还要另一束与物波相干的参考波，两者的干涉形成了既有振幅信息又有相位信息的声全息图。在声全息技术中，参考波一般用声波，有时也可用电信号来模拟。若需要保存声全息图，通常把声全息图记录在照片底片上作为光调制器，需要时可随时用激光重建可见像；若不需要保留声全息图，声成像的两个阶段可以设法使其极快完成，这就是所谓实时重建。

声全息的成像方法很多，最常用的是液面声全息和扫描声全息两种。液面声全息是利用液面的变形来形成声全息图，其装置如图 1 所示。频率为兆赫级的信号源同时激励两个声源，透过物体后的物波与参考波在波面上相互干涉，就可在液面上形成声全息图。当激光照射该液面时，声全息图表面就把相位变化加到反射光束上，使光束产生衍肘，利用光阑，强度同液面上干涉图样振幅变化成正比的衍射光能通过，经摄像头接收后就可以在荧屏上直接观察到物体的实时重建像了。图 2 是用液面声全息拍摄的重建像。液面声全息的优点是能实时重建物像，可以观察动目标。液面处

的最低声强为 10-3～10-5W/cm2 时，才可获得可分辨的图象，因此其灵敏度低，不宜用于较大距离的检测。

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图 1 液面声全息装置示意图

图 2 成人拇指的液面声全息重建像

扫描声全息所需要的声强只要 10-11/cm2，它是一种灵敏的成像方法。采用一个尺寸小于 1/2 声波波长点接收器，在物波与参考波重叠声场的全息记录平面上扫描，获得每一点上的相位和振幅信息。如果用这个信号调制一同步扫描的点光源，底片便感光，即能得到一幅声全息图。在扫描声全息中，也可以不用参考声源，点接收器提供的物波信号可以直接与超声波发生器提供的参考电信号互相迭加，然后输入显示器，以显示声全息图， 如图 3 所示。这种方法不仅比较简单，而且还有减少声干扰信号的明显优越性。这种单探头的扫描声全息，设备简单，成像时间较长，只能观察静目标。

声全息图重建物像中，除光学法重建外，近年来随着数字计算机的发展，利用电子计算机进行成像处理技术得到发展。这种数字声全息技术， 通常用换能器，对声全息图或被物体散射的波阵面的相位和振幅进行扫 描，获得数字化超声数据，然后对数字化数据进行滤波或其他数字信号处理，在计算机内重建数字物像，最后再显示声全息物像。由于超声数据的数字化，可以消除图象中的噪声，提高成象质量，而且还能对图象进行平移、图象变换及图象彩色编码等处理工作，减小象液面声全息中菲涅耳环

的干扰和在扫描声全息中声波的多次反射、折射所造成的像的畸变。而且， 数字相位检测技术允许使用宽带的发射脉冲，显著提高了空间分辨率。

【超声显微镜】

利用超声显示物体微细结构的一种声学成像装置，又称声学显微镜或简称声镜。本世纪 70 年代，声成像技术发展迅速，利用声成像方法来产生高反差、高放大倍数的物体图象一般有：吸收式超声显微镜、激光扫描法超声显微镜、聚焦声束扫描法超声显微镜、布喇格衍射成像法超声显微镜、光导压开关法和辐射压力法超声显微镜。其中以扫描法发展较快。目前， 受到广泛重视的是激光扫描超声显微镜和聚焦声束机械扫描超声显微镜。

入射到物体上的声波发生反射、折射、衍射和吸收等，该声波因与物体发生相互作用而含有物体信息，利用声波的某些物理效应把含有新信息的声波显示出来实现声成像。特别是超声波的传播速度较慢，波长极短， 超声显微镜的分辨率便相当高。另外，物质中的声速约比光速小 5 个数量级，当声波频率为 3×109 赫兹时，在水中的波长就达到 0.5μm，这时它的分辨本领已和光镜相近，经放大肉眼便可直观。

超声波利用的是材料声学性能，因而传输超声波的媒质种类要比传输

光的媒质多得多。被测物体不需要透光；生物组织切片或样品不需要染色， 可以直接观察；大规模集成电路不需要损坏样品表面就可以进行内层观

察。这些都比普通光学显微镜或电子显微镜优越。

超声显微镜的主要用途有三个方面：①生物学和医学上，可以进行活体观察；②微电子学上，利用反射式声镜，可对大规模集成电路不同层次

（包括层间细节）进行非破坏性观察；③材料科学上，样品表面不必抛光腐蚀，声像能显示出明显的晶粒间界、合金内不同组分的区域。最近，超声显微镜在计量方面得到了新的应用，如测量极薄层状结构的层厚，观察鸡胚胎纤细胞。超声显微镜的主要缺点是，高频超声波的衰减一般都比较大，灵敏度较低。为了提高超声显微镜的分辨率，美国科学家将声镜放在0.2K 液氦环境下，获得 5×10-2μm 的分辨率。英国采用高压气体作声耦合媒质，在 30 大气压的氦气中，若频率为 45 兆赫，则能获得 7μm 的分辨率。另外，日本发展了无透镜技术，直接采用微型球面聚焦换能器。

【光声显微镜】

利用聚焦的激光束对固体样品表面扫描，测量不同位置处产生的光声信号的振幅和相位，从而确定样品的光学性质、热学性质、弹性情况或几何结构，于是便发展成为光声显微镜。利用光声显微镜，可对各种金属、陶瓷、塑料或生物样品等的表面或亚表面的微细结构进行声成像显示，特别可对集成电路等固体器件的亚表面结构进行成像研究，为此，光声显微镜已成为各种固体材料或器件非破坏性检测的有效工具。

光声显微镜装置的方块图见下页：

1880 年 A.G.贝尔首先发现当物质受到周期性强度调制的光照射时会产生声信号，这种现象称为光声效应。这是由于光照射时，物质因吸收光能而受激发，然后通过非辐射消除激发过程，吸收的光能（全部或部分） 就转变为热。如果照射的光束经过周期性的强度调制，则在物质内产生周期性的温度变化，这部分物质及其邻近媒质便热胀冷缩产生应力（或压力） 周期性变化，于是产生声信号，这种信号称为光声信号。光声信号的频率与光调制频率相同，其强度和相位则决定于物质的光学、热学、弹性和几何的特性。光声信号可以用传声器或压电换能器进行接收，进而发展光声成像技术。

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利用光声显微镜检测物质的组分和特性时，检测的是被物质所吸收的光能与物质相互作用之后产生的声能，因此检测非常灵敏。另外，高功率激光源的出现，可利用光声效应作为声信号的激励源，在气体、液体和固体中激发声波，用以研究媒质的声学特性及声与声或声与其他物质的相互作用。因为光声信号的激励源不必与媒质直接接触，所以特别适用于极端条件（如高温、低温、高压或侵蚀性的环境）下的研究工作。同时，由于激励源产生的光声信号源可在媒质中高速运动而不致引起涡流，避免了涡

流产生的附加噪声干扰。

【电声换能器】

把声能转换成电能或电能转换成声能的器件。它是 19 世纪中期随电话的问世而出现的。广义的电声换能器应用的频率范围很宽，它包括次声、可听声、超声和水声换能器。但通常电声学中的电声换能器，仅属于可听声频率范围内的电声换能器，如传声器、送话器、扬声器、受话器和耳机等。按照换能方式，到目前为止，比较成熟的可分为电动式、静电式、压电式、电磁式、碳粒式、离子式和调制气流式等。其中后 3 种是不可逆的， 碳粒式只能把声能变成电能，离子式和调制气流式只能产生声能。而其他类型换能器则是可逆的，即可用作声接收器，也可用作声发射器。具体分类见下表：

各种电声换能器，尽管其类型、功用或工作状态不同，但它们都包含两个基本组成部分，即电系统和机械振动系统。在换能器内部，电系统和机械振动系统之间通过某些物理效应相联系，以完成能量的转换。例如， 电动式接收和发射换能器设计的基本原理是：当导线在声波作用下发生振动，并在磁场中切割磁力线时，在导线中产生电动势；反之，当电流通过磁场中导线时，导线受到垂直于导线和磁场方向的力。又如压电式，它是1880 年 P.居里兄弟首先发现的，在某些晶体（如石英、电气石）的特定方向上受压时，就会在其表面产生电荷，撤去压力，电荷也随之消失。这称为正压电效应，它是由于晶体在机械力的作用下发生应变，引起正、负电荷的重心发生不对称的相对位移，从而晶体的总电矩发生改变，晶体表面出现电荷现象。逆压电效应是晶体在电场作用下，内部电畴转动，点阵变形产生应变，这种压电应变与所加电场强度成正比，当外加交变电场时， 晶体就产生相同频率的振动。在其外部，换能器的电系统与信号发生器的输出回路，或前级放大器的输入回路要相匹配；换能器的机械振动系统， 其振动表面与声场要相匹配。应用于不同媒质中的换能器，为了能使换能器的声阻抗匹配，其结构往往有很大差别。如所用的振动方式不同，对气体常用弯曲振动，对固体常用纵向振动，对液体常用弯曲振动、纵向振动或它们的复合振动。要使阻抗匹配得更好，换能器常带有阻抗转换器，如变幅杆、λ /4 匹配层等等。换能器中的电、声阻抗匹配是很重要的。因此， 设计电声换能器要同时考虑到力——电——声三个体系。这三个体系是互相牵制的，处理不好往往会顾此失彼。例如，一个有效的磁系统可能非常笨重，变成一种令人不能接受的声障碍物，或者声输入阻抗（或电输出阻抗）的数值，可能根本不能与周围媒质或附属设备阻抗相匹配。这就要求

电声换能器设计时在许多相互矛盾的因素中采取折衷的办法。

【噪声】

噪声有两种含义，一种是物理学上指不规则的、间歇的或随机的声振动；另一种指任何难听的、不谐和的声或干扰。有时也指在有用频带内的任何不需要的干扰，这种干扰不仅是由声音的物理性质决定，还与人们的心理状态有关。因此，从声波对人的干扰来说，噪声是不需要的声音，它可以是无规则的，也可以是谐和的。这样人们在不同的环境中根据主观评价和引起的生理损伤来判断噪声。由此可见，噪声的类别可分为有规噪声和无规噪声。各种机械和气流产生的噪声，属有规噪声，这种噪声完全由机械运动和流体特性所确定。交通噪声、多个声源产生的背景噪声或扰动产生的噪声，振幅瞬时值不能由预先给定的函数确定，只遵循某种统计分布规律，这种噪声称为无规噪声。

噪声源可分为机械声源和气流声源。机械声源又可分为稳态振动源和撞击性声源。由机器运转时机件转动或往复运动的力就激发起稳态振动。这种噪声产生的原因有机器运转时平衡调节不好；轴承或相互摩擦部分润滑不足；齿轮啮合或转动系统不良等等。撞击性机械源的发声机理和发声规律，目前掌握得不多。喷气噪声源是由喷口外喷流和大气的混合区中的大量湍流产生的。

噪声是环境的三大公害之一（污水、污气和噪声）。噪声对人产生生理损伤，引起心理影响和干扰语言中枢等。噪声的生理损伤是指长期处在噪声过强的环境中工作，引起听力损失或噪声性耳聋，甚至导致某些疾病。下页表中列出各个 A 声级下不同暴露年限（限于 8 小时工作制）时出现的噪声性耳聋的百分率。射击、爆炸等脉冲性噪声还往往会使人耳鼓膜破裂、中耳链失效（这称为噪声外伤）。对一般强度的脉冲性噪声，开始只引起暂时性听力损失，但长期反复暴露将会造成永久性耳聋（即噪声性耳聋）。噪声不仅危害听力，还可导致心血管等疾病。噪声能引起烦恼、降低工效、分散注意力和影响睡眠等。噪声对语言的干扰，主要表现为降低语言的清晰度。它不仅直接影响到噪声下的语言通信，也是一般人烦恼和抱怨的原因。人耳无法听到次声，但目前研究认为，次声噪声会产生头昏、中耳压感和堵塞感、胸部发闷或胃部不适、呕吐感等。对乘车，乘船或空中飞行时出现的晕车、晕船现象，次声噪声影响很大。

发生噪声性耳聋的百分率

噪声是工业化的副产品，随着工农业和国防建设的现代化以及机械化程度的提高，噪声增加了。因此，控制噪声对目前我国能否顺利实现四个现代化也是重要课题之一。如果在工业化过程中不注意噪声控制，其结果必将增加噪声的污染，加重对人类的危害。相反，采取措施控制噪声，它将促进工业化的发展。例如，控制机械系统的噪声，必须改进精度、提高运转的稳定性，这必然会提高产品的质量和性能。对噪声的控制可以从以下 3 个环节入手，即噪声源、噪声的传输路径和噪声的污染区。其中以控制噪声源为最理想。控制噪声源的噪声，不同的噪声源有不同的方法，例如要降低喷气声源的噪声，目前主要采取①降低喷注流速；②改变喷口形状，假如把喷气口作成梅花瓣形状（实验证明噪声可降低 6～8dB）；③在保持喷口总面积不变，代之以大量小孔喷注，据此设计的小孔喷注消声器， 其噪声可降低 30dB。控制传输路径上的噪声，可采用隔声、吸声及消声等原理进行控制。例如，入射到材料表面上的声能可以转为热而耗散掉，从而可以吸声，减少噪声。目前有几种新型的吸声材料，即微孔板吸声结构， 多孔水泥复合吸声砖，无规分布共振吸声板。如果噪声已传入到人耳附近， 就要用护耳器加以保护，护耳器分耳塞和耳罩两大类。

【声纳技术】

声波是目前已知的唯一能在海水中远程传播的波，声纳就是利用声波对水下物体进行探测和定位识别的方法及所用设备的总称。它基本上可以分为被动声纳（无源声纳）和主动声纳（有源声纳）两大类。主动声纳由发射机、声阵、接收机（包括信号处理器）、显示控制台几个部分组成（见主动声纳结构方框图）。它是向水中发射声波，通过接收水下物体反射回波发现目标，并测量其参量。通过发射脉冲和回波到达的时间差来估计目标距离。通过测量接收声阵中两子阵间的相位差得到测定目标方位。被动声纳由接收声阵、接收机（信号处理）和显示控制台三部分组成。它是通过接收目标的辐射噪声探测目标并测定其参量。一般被动声纳只能测定目标方位，其原理和主动声纳相同。被动测距声纳利用三子阵测量波阵面曲

率来测定目标距离。

声阵由换能器件元组成。声纳声阵可分为发射声阵和接收声阵两大 类。发射声阵把来自发射机的电能转换为声能向水中发射。声纳发射机产生发射信号波形，经功率放大后驱动发射声阵发射声波，其功率可小到数瓦、大到数兆瓦。现代声纳发射机都采用晶体三极管 D 类放大器构成功率放大单元模块。多个功放模块组成发射机，前置级可根据控制台指令给各功放模块送去不同相位的激励电压，经过功率放大后驱动不同换能器件元来控制发射波束旋转。接收声阵把声信号转换为电信号送到接收机。用多个换能器件元组成声阵的目的是产生一定的方向性，对发射声阵可以集中声能，对接收声阵则可以控制干扰。由于声纳往往工作在很强的干扰中， 声纳接收机的任务要把来自声阵的信号进行放大和处理，从干扰中检测信号并测定其参量。现代数字式声纳接收机由预处理器、数字信号处理器和后置数据处理器三部分组成。声纳显示控制器主要有两方面的功能，一是显示探测结果，二是人-机对话。主要显示方式有“距离/方位”、“距离/ 多普勒”等。最常用的显示格式是 B 型和 PPI 型。

声纳技术目前主要广泛应用于海军各兵种。它可以探测到潜没在水中的潜艇，可以使没在水中的潜艇了解它周围的环境，因此，一艘现代化的潜艇装有声纳 10 多部。此外，声纳技术还被用于探雷、导航、航道测量、制导、引信等各个方面。在民用方面，声纳技术被用于捕鱼、海底地质勘探、水下定位、导航、石油开发等各个方面。

【超声应用】

超声的传播机制和超声对媒质的各种效应是超声应用的物理基础。目前超声有着广泛的应用。现主要介绍超声在医学、工业和科研领域中的应用。

超声在医学上的应用。①超声诊断。从体外向人体内部器官发射一束超声波，然后根据体内器官反射回来的超声波的特征来判断或检查该部分器官的生理或病理状况。超声诊断具有所用声强较小，对人体没有损害， 操作简便，结果迅速，受检查者无不适感等特点，所以超声诊断发展迅速和推广较快。目前超声诊断已用于颅脑、眼、颈部、乳腺、胃、肝、胆、脾、肾、心脏、腹部及盆腔肿块、胸腹积液等疾病的诊断与鉴别诊断以及产科等方面。②超声治疗。把较强的超声波发射到人体某一部位，借助超声波对有机体的生物效应或其他物理、化学效应而治愈某些疾病。它所用的工作频率约 1 兆赫左右。有时发射探头做成聚焦型结构，发射的超声波能就集中在所需治疗的较小区域。早期被用于治疗神经痛、神经炎等疾病，

继而扩大应用于骨、关节、肌肉及其他软组织的创伤、劳损与炎症，呼吸系统疾病，消化系统疾病以及疤痕等病理情况。近年还试用治疗眼和脑的疾病。另外，超声外科、超声喷雾、口腔科的超声处理都属于超声治疗。

③超声医学。由于超声波在医学上应用很广，超声学与医学相结合，或超声技术应用于医学各部门而形成了一门分支科学叫超声医学。它包括超声在基础医学、临床医学、卫生学及其他医学领域中的研究与应用。例如基础医学中包括超声在生物学、生理学、生物化学、生物物理学、微生物学等有关内容中的研究；在临床医学中包括超声诊断、超声治疗、超声外科、超声洁齿、超声钻牙等；在卫生学及其他方面有超声除尘、超声清洗、超声灭菌、超声乳化以及实验生理学、实验外科学、生物制品中的一些超声技术应用等。由于超声医学与保障人类健康紧密相关而特别受到重视并发展迅速，例如，超声成像技术的成就很快被应用到超声医学中。

超声在工业中的应用。①超声检测。利用超声波束检查材料、物件的缺陷、伤痕，或利用超声波来测量材料、物件的某些物理、化学性质。它的物理基础是各种材料的声学性质不同或材料中有缺陷、伤痕，影响了超声波的传播特性。例如，影响它的传播速度或衰减的数值，以及使其产生反射、折射、衍射等现象。超声检测的应用很广，在工业上常作为无损探伤手段来检查金属、非金属物体中的缺陷、伤痕，或用来测量液位、流速、流量、厚度、粘度、硬度、温度等；在电子工业中可做成各种延迟线和信息处理器件；在国防上用来探测海洋、潜艇等水下目标。超声检测中，可以利用连续超声波，而目前较多的是利用脉冲超声波。根据不同应用目的， 可制成专用仪器，例如超声探伤仪、超声诊断仪、超声厚度计、超声声速仪、超声衰减仪等。②超声加工。利用超声振动的能量来对硬脆性材料（例如石英、宝石、玻璃、陶瓷、硅、锗、铁氧体等）进行切割、钻孔、研磨等。超声加工时，由超声换能器产生的超声振动先经过变幅杆把振幅加以放大，使连接在变幅杆顶端的工具头能以较强的振幅振动，在工具头与被加工工具之间送入磨烛液，并使工具头以一定的静压力压在工件上，磨蚀液中的磨料颗粒由于受工具振动的作用而冲向工件，对工件引起微小的击破，从而使该部分工件材料逐渐被除去，加工所得的孔的形状与工具头端面的形状完全一样。超声加工的工作频率一般为数十千赫，功率一般为数瓦到数千瓦。③超声处理。利用超声波的能量使物质的一些物理、化学、生物特性或状态发生改变，或使这类改变的速度加快。它属于强声超声应用范围。当超声波消失后，这种已有的改变一般被保持下来不再复原。它的形式很多，例如超声清洗、超声焊接、超声乳化、超声搪锡、超声雾化、超声凝聚、超声金属成型、超声处理种子以及超声促进化学反应等。超声处理过程的物理基础一般与超声空化有关。但每一种处理方式大都又各有其作用机制，不少作用机理目前仍在探索之中。

超声在科研领域中的应用。机械运动是最简单、也是最普遍的物质运

动，它和其他形式的物质运动以及物质结构之间的关系非常密切。超声振动本身就是一种机械运动，因此，超声方法是研究物质结构的一个重要途径。从 20 世纪 40 年代起，人们在研究媒质中超声波的声速和声衰减随频率变化的关系时，陆续发现它们与各个分子弛豫过程及微观谐振动之间的关系，从而形成了分子声学的分支学科。目前，超声波的频率已接近点阵热振动频率，利用高频超声的量子化声能——声子，来研究原子间的相互作用、能量传递等问题是十分有意义的。它可以用来研究金属和半导体中声子与电子、声子与超导结、声子与光子的相互作用。当前，超声和电磁辐射、粒子轰击一起被列为研究物质微观结构和微观过程的三大重要手 段，与其有关的一门新分支学科——量子声学正在形成。