用力敲锣，我们就会感到锣面在迅速地振动。锣面弯向左面时（图1，a），A处的空气就受到挤压，形成一个密部。这时空气还继续往前挤去。随后，锣面向右弯去，在左面留出了一个很大的空隙，A处的空气疏散开来，形成了疏部（图1，b）。这时B处的空气正挤压着，形成了密部。当锣面又振到左方时，A处的空气受到挤压重新变成密部（图1，c），B处的空气在挤压C处空气的过程中，自己变成了疏部，而把C处的空气挤压成密部了。就这样，随着锣面的不断振动，空气中交替的密部和疏部就很快地传播开去，形成了声波。声波传到我们耳朵里，我们就听到了声音。
锣面每秒钟振动的次数，叫做频率，以赫为单位。相邻两密部间的长度，如图1，c中A到C的距离，叫做波长。锣面左右振动一次，密部（或疏部）就向前传播一个波长的距离。所以声波每秒钟传播的距离，即声波的传播速度，等于波长和频率的乘积：
声波传播速度=波长×频率。
声音的音调高低，决定于振动频率。频率越高，音调就越尖。例如，大鼓和低音号的声音，相应于较低的频率（100～300赫）。笛子和哨子的声音，相应于较高的频率（3000～6000赫）。人的嗓音最低的是64赫，最高的是1300赫。
频率低于20赫或高于20000赫的振动，人耳是听不见的。频率低于20赫的声音叫做次声，高于20000赫的声音叫做超声。听不见并不是说没有声波了，这就好象人眼只能看到光线，而看不到频率更高或更低的紫外线和红外线的情况一样。事实上，现在已经获得的最高的超声频率，达几百亿赫。
不管频率高低，声波在某一固定介质中的传播速度是一定的。例如，在空气中约为每秒331米；在水中约为每秒1500米，在钢里约为5800米。由于传播速度一样，所以按照前面的公式来看，频率越高，波长就越短。例如，5万赫的超声波，在空气中的波长只有6.9毫米，5兆赫的超声波在空气中的波长只有0.069毫米。由于超声波的波长很短，所以它能象光线那样集成一束作定向传播，而不象听得见的声音那样向四面八方传播。在超声波作定向传播碰到两个不同介质的交界面时，它也象光线一样产生反射和折射。利用超声的这一特性，可以用来检查或测量物质的某些性质或状态。
人耳能够感觉到的声音强度是很小的。例如，高声谈话的声波，每平方厘米面积中的声功率约为十亿分之一瓦。而人造超声源所获得的超声波，每平方厘米面积中的功率可以达到数十瓦和数百瓦。这样大的功率射入物质内部时，物质分子将产生很大的机械振动，由于频率高，振动极快，加速度很大，就可以在物质内部产生很大的力量。
另外，当很强的超声波在液体中传播时，会产生一种所谓“空化”效应。我们知道，超声波是由相间的疏部和密部组成的。在疏部，液体受到的是很大的伸张力。这样，液体就被大量撕裂而形成许多气泡。在空化气泡破碎的时候会产生巨大的压力，可达几千个大气压。“空化”过程除了有力学效应以外，还伴随着电效应。观察表明，气泡壁和气泡中的小水粒充有异性电荷。当气泡受到压缩的时候，两电荷间的距离减小，电压急剧升高。结果在气泡壁和其中的水粒之间，产生了放电。在黑暗中可以看到这种放电的微弱发光，这种现象叫做声致发光。此外，这种电荷还能引起各种各样的化学作用。
利用超声波在物质中产生的巨大力量和“空化”现象的各种效应，可以对各种物质进行处理和加工。
超声的发射和接收
用人工得到超声波的方法有很多种。有一种常用的超声波发射器是用石英做的。按照一定方法切割下来的石英片，在它上面加以交流电压，石英片就按照交流电的频率迅速地伸缩变形振动。石英片的振动有一个固有的谐振频率，例如是30000赫，这时如果我们做一个频率为30000赫的电子管振荡器，把输出加到石英片上，石英片就强烈地振动，发出频率为30000赫的超声波。
相反地，当石英片受到压力时，它的两面会产生不同符号的电荷。在拉长时，产生电荷的符号也相反。这就是说，当有超声波作用在石英片上时，它的两面间将产生和超声波频率相同的交变电压。这个电压经放大器放大后，再转换成光信号或声音信号，我们就可以知道有超声波存在，或者说，我们接收到了超声波。
另一种常用的超声波发射器和接收器，是用磁致伸缩材料制成的。这种材料（例如镍）在超声频交变磁场的作用下，会一伸一缩而产生超声振动。相反地，当它受到超声的作用时，在它周围又会产生频率相同的交变磁场，因此可以用来发射和接收超声。
锐敏的侦察者
用来探测飞机或船只的雷达，不能探测水下的潜艇，因为无线电波不能很好地在水中传播。超声波可以在水中传播，所以可以利用超声波探测潜艇。
在船底装一个超声波发射器，向水下断续地发出一股股的超声波。当超声波碰到潜艇时，就被反射回来，船底装的超声波接收器可以收到这个回波并显示出来（图2）。因为超声波传播的速度是知道的，所以测得从发射到接收的时间，就可以算出超声波一去一回的行程。把这个距离用2除，就得到了船离潜艇的距离。又因为超声波是定向传播的，所以探测到潜艇时超声波发射器所指的方向，就是潜艇所在的方向。
根据同样的道理可以探测海的深度。利用超声波测深器曾经找到了海中最深的地方是在太平洋中，其深度为10,860米。此外，利用超声波探测器可以寻找沉没的轮船。充满空气的鱼鳔能很好地反射超声波，因而可以利用超声波探测器探测鱼群，这样就大大地增加了捕鱼量。
金属零件的内伤，例如裂缝、空泡，是一个很大的隐患，必须预先检测出来。这里又用得上超声波了。图3是一个超声波探伤的示意图。从零件的一边向零件射入超声波。当零件内没有伤痕的时候，超声波总是从对面边缘处反射回来，在示波器荧光屏上某一确定位置（3处）现出回波信号。如果零件内有空泡，超声波将被空泡反射回来，在2处产生一个回波信号。根据回波的位置，就可以知道伤痕所处的地方。这种探测很灵敏，它可以查出金属内几米深处大小只有几毫米的砂眼。
利用超声波反射的性质还可以做成测厚计。这种测厚计能测出金属镀层的厚度。医学上用的超声波探测器，可以精确测定人体内肿瘤的位置和大小。
强有力的助手
强大的超声波具有巨大的能量，再加上产生的“空化”效应，因而可以对各种各样的物质进行处理加工。
超声波能捣碎物体的微小粒子。当水和水银装在一个容器中时，无论怎样搅拌摇晃，都不能混合在一起。但是，如果向容器内射入强大的超声波，水银粒就被捣碎成很小的粒子，和水均匀地混合在一起。这样的溶液称为乳浊液。用超声波制成的各种各样的乳浊液，在技术、医学和日常生活中有极其广泛的应用。
利用强烈超声波的捣碎作用，可以对坚硬的金属或陶瓷进行钻孔、切割或其他加工。在超声波钻子中，在装有金属锥体的磁致伸缩振动器的一端，装着用特种合金做成的钻头。在钻头和待加工物之间滴上含有坚硬磨料颗粒的悬浮体（图4）。当磁致伸缩棒作超声振动时，磨料颗粒猛烈冲击待加工的材料，就能够钻出和钻头形状一样的孔来。如果用薄刀刃来代替钻头，就可以切割玻璃、陶瓷或其他坚硬的材料。
用锡来焊接铝制工件是很困难的。因为铝会很快地氧化，形成一薄层氧化层，阻碍锡和铝面接触。如果使用超声波烙铁，用强烈的超声波作用在焊接处，就能把氧化层从铝的表面上剥离下来，于是锡便能和铝牢固地接合在一起，从而实现铝件的焊接。
用超声波洗涤织物和小零件，已经得到成功的应用。超声波可以使外界附在织物或零件上的污垢粒子脱落，从而把织物或零件洗涤干净。
用超声波处理种子也获得了良好的效果。曾经实验过，用超声波照射豌豆，能使豌豆加速发芽；照射甜菜种子，可以使甜菜长得快，收获量增加。当然，照射的剂量和时间需要很好地研究和掌握，否则就会使种子死亡。
小功率的超声波还能用来治病。例如它对坐骨神经痛、支气管炎等都有治疗作用。超声波射入人体组织时，将转变为热能使组织加热，而且超声波振动在组织中起了按摩作用，这样就可以使神经系疾病好转。
前面简单地介绍了超声波的基本特性和应用的几个例子。在我国，目前已有很多超声波设备应用于工农业生产及其他国民经济部门。我们相信，在毛泽东思想的光辉照耀下，我们一定能够进一步在超声技术上获得更大成就，以为我国的社会主义革命和建设事业服务。（黎明）
