超聲波是一種聲波。聲波是物體機械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運動(dòng)。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過(guò)空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。超聲波是指振動(dòng)頻率大于20KHz以上的，人在自然環(huán)境下無(wú)法聽(tīng)到和感受到的聲波。頻率高于人的聽(tīng)覺(jué)上限（約為20000赫）的聲波，稱(chēng)為超聲波，或稱(chēng)為超聲。超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規律，與可聽(tīng)聲波的規律并沒(méi)有本質(zhì)上的區別。但是超聲波的波長(cháng)很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。與可聽(tīng)聲波比較，超聲波具有許多奇異性：

      1、傳播特性──超聲波的波長(cháng)很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長(cháng)大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線(xiàn)傳播，超聲波的波長(cháng)越短，這一特性就越顯著(zhù)。

      2、功率特性──當聲音在空氣中傳播時(shí)，推動(dòng)空氣中的微粒往復振動(dòng)而對微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的。

      3、空化作用──當超聲波在液體中傳播時(shí)，由于液體微粒的劇烈振動(dòng)，會(huì )在液體內部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，會(huì )使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產(chǎn)生幾千到上萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用，會(huì )使液體的溫度驟然升高，起到了很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發(fā)生乳化，并且加速溶質(zhì)的溶解，加速化學(xué)反應。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱(chēng)為超聲波的空化作用。頻率高于2×104赫的聲波。研究超聲波的產(chǎn)生、傳播、接收，以及各種超聲效應和應用的聲學(xué)分支叫超聲學(xué)。產(chǎn)生超聲波的裝置有機械型超聲發(fā)生器（例如氣哨、汽笛和液哨等）、利用電磁感應和電磁作用原理制成的電動(dòng)超聲發(fā)生器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應制成的電聲換能器等。

      4、超聲效應 當超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱的、電磁的和化學(xué)的超聲效應，包括以下4種效應：

      A、機械效應。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質(zhì)中形成駐波時(shí)，懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時(shí)，由于超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化。

      B、空化作用。超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡。一個(gè)原因是液體內局部出現拉應力而形成負壓，壓強的降低使原來(lái)溶于液體的氣體過(guò)飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開(kāi)”成一空洞，稱(chēng)為空化?？斩磧葹橐后w蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會(huì )隨周?chē)橘|(zhì)的振動(dòng)而不斷運動(dòng)、長(cháng)大或突然破滅。破滅時(shí)周?chē)后w突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓，同時(shí)產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內摩擦可形成電荷，并在氣泡內因放電而產(chǎn)生發(fā)光現象。在液體中進(jìn)行超聲處理的技術(shù)大多與空化作用有關(guān)。

      C、熱效應。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時(shí)能產(chǎn)生顯著(zhù)的熱效應。

      D、化學(xué)效應。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過(guò)氧化氫；溶有氮氣的水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會(huì )變色或退色。這些現象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學(xué)物質(zhì)的水解、分解和聚合過(guò)程。超聲波對光化學(xué)和電化學(xué)過(guò)程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結構發(fā)生了改變。

      5、超聲應用 超聲效應已廣泛用于實(shí)際，主要有如下幾方面：

      ①超聲檢驗。超聲波的波長(cháng)比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過(guò)不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術(shù)。超聲成像是利用超聲波呈現不透明物內部形象的技術(shù)。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力），經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱(chēng)為超聲顯微鏡。超聲成像技術(shù)已在醫療檢查方面獲得普遍應用，在微電子器件制造業(yè)中用來(lái)對大規模集成電路進(jìn)行檢查，在材料科學(xué)中用來(lái)顯示合金中不同組分的區域和晶粒間界等。聲全息術(shù)是利用超聲波的干涉原理記錄和重現不透明物的立體圖像的聲成像技術(shù)，其原理與光波的全息術(shù)基本相同，只是記錄手段不同而已。用同一超聲信號源激勵兩個(gè)放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過(guò)被研究的物體后成為物波，另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，激光束照射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時(shí)產(chǎn)生的衍射效應而獲得物的重現像，通常用攝像機和電視機作實(shí)時(shí)觀(guān)察。

      ②超聲處理。利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應和化學(xué)效應，可進(jìn)行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進(jìn)化學(xué)反應和進(jìn)行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農業(yè)、醫療等各個(gè)部門(mén)獲得了廣泛應用。

      ③基礎研究。超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過(guò)程，聲弛豫過(guò)程伴隨著(zhù)能量在分子各自電度間的輸運過(guò)程，并在宏觀(guān)上表現出對聲波的吸收。通過(guò)物質(zhì)對超聲的吸收規律可探索物質(zhì)的特性和結構，這方面的研究構成了分子聲學(xué)這一聲學(xué)分支。普通聲波的波長(cháng)遠大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當作連續介質(zhì)。但對頻率在1012赫以上的特超聲波，波長(cháng)可與固體中的原子間距相比擬，此時(shí)必須把固體當作是具有空間周期性的點(diǎn)陣結構。點(diǎn)陣振動(dòng)的能量是量子化的，稱(chēng)為聲子。特超聲對固體的作用可歸結為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種準粒子的相互作用。對固體中特超聲的產(chǎn)生、檢測和傳播規律的研究，以及量子液體——液態(tài)氦中聲現象的研究構成了近代聲學(xué)的新領(lǐng)域——量子聲學(xué)。