초음파의 이용, 초음파 의학 방면에서 이용이 활발하다.
초음파(超音波, 영어: ultrasound(s), ultrasonic wave)는 인간이 들을 수 있는 가청 최대 한계 범위를 넘어서는 주파수를 갖는 주기적인 '음압'(音壓, sound pressure)을 의미한다. 비록, 이러한 한계값이 사람마다 다르지만, 건강한 젊은 사람의 경우 이 값은 약 20kilohertz (20,000 hertz)이고 따라서 20kHz는 초음파를 설명하는 데 있어 유용한 하한(下限)이 된다.
초음파는 일반적으로 매개체(혹은 매질)를 관통시키거나 '반향파'(反向波, reflection signature)의 측정 또는 집중된 에너지를 공급하는 등 여러분야에서 사용되고 있다. 반향파는 매개체의 내부 구조를 자세히 드러내는 데 사용될 수 있다. 가장 잘 알려진 응용은 자궁내 태아 사진을 만들어내는 소노그라피에 사용되고 있으며, 이 외에도 광범위하게 사용되고 있다.
초음파 청취 능력
인간이 들을 수 있는 최대 주파수 한계(약 20kHz)는 en:low-pass filter처럼 작용하는 중이(中耳)때문이다. 초음파가 두개골로 직접적으로 전달되거나 중이를 거치지 않고 달팽이관(en:cochlea)에 다다를 경우, 더 높은 주파수로 들릴 수 있게 된다. 이 영향은 초음파 청취를 참조하도록 한다. 조심스럽게 설계된 과학적 연구를 통해 무의식 중에 듣더라도 고주파음이 인간 정신에 영향을 줄 수 있다는 초고주파 효과가 확인되었다.
음향 심리학에서, 어린이들은 나이든 성인들이 듣지 못하는 높은 음을 들을 수있는데, 이는 인간이 들을 수 있는 상한치가 나이가 들어감에 따라 낮아지기 때문이다. 한 휴대폰 회사는 이를 이용해서 젊은 사람만이 들을 수 있는 전화벨을 만들었는데, 상대적으로 많은 나이든 사람들이 들을 수 있다고 주장된 것을 보면 나이와 연관된 퇴화의 정도가 상당히 유동적임을 알 수 있다. 개, 고양이, 돌고래, 박쥐, 그리고 llojp[쥐]]와 같은 몇몇 동물들은 사람보다 더 높은 가청범위를 가지고 있으며 따라서 초음파도 들을 수 있다.
인공적 초음파의 발생법
인공적으로 초음파를 발생시키는 방법은, 보통의 음파와 같이 높은 진동수의 발음체를 만들면 된다. 이것에는 물체의 전기적 혹은 자기적 성질을 적절하게 이용하는 방법에 쓰인다. 커다란 주파수(진동수)의 교류 전압을 수정·티탄산 바륨 등 특수한 물체의 양 끝에 걸면, 그 물체는 진동한다. 또 코일에 커다란 주파수의 교류를 보내면 그 주파수로 진동하는 자계(磁界)가 생긴다. 그 자계 속에 자기적 성질이 강한 니켈·페라이트 등의 물체를 넣으면, 그 물체도 진동한다. 이 물체들의 진동을 발음체로 해서 초음파를 발생시킬 수가 있다.
초음파의 이용
음파의 진동수가 커지면 그 파장은 짧아진다. 따라서 회절현상이 일어나기 어렵고 물체의 그늘이 생기기 쉽다. 또, 빛과 같이 한 방향으로도 가지런히 전달할 수 있게 된다. 이것을 응용한 것이 초음파 소나이다.
소나는 항해 목적에 음파를 이용하는 것의 총칭이지만, 현재는 초음파를 발사해서, 그 반사를 수신하고 반사한 물체(어군·고래·잠수함·선박·기계 수뢰 등)의 위치, 거리, 방향 등을 알아내는 목적의 것도 포함해서 소나라 부르고 있다. 이 경우 목적으로 하는 반사물의 종류에 따라서 측심기, 어군 탐지기, 고래 탐지, 대(對)잠수함 소나 등으로 불리며, 각각의 목적에 적합한 장치로 만들어져 있다.
특히 거리를 재기 위해서는 초음파의 펄스파를 사용한다. 발사한 다음에 되돌아오기까지의 시간을 재면 반사물까지의 거리를 구할 수 있다. 소나와 같은 원리로, 고체내의 정보를 포착하는 장치도 있다. 초음파 탐상기(探傷機)는 물체를 부수지 않고 내부의 결함을 탐지하는 장치로, 반사되어 오는 초음파로부터 그 결함의 크기나 위치를 알 수가 있다. 또 초음파 후도계는 구조물의 한편에서 초음파를 보내어 그 두께를 재는 장치이다. 반대편에서 반사된 초음파와 입사한 초음파로 만들어지는 정상파를 이용하여 물체의 두께를 잰다.
초음파의 의학 방면에서의 이용도 활발하다. 체내의 종기나 담석, 이물질의 발견 등에도 이용되고 있다. 또 심장에 초음파를 대고, 반사파의 도플러 효과에 따른 파장 변화를 재서, 심장의 운동을 조사할 수도 있다. 공업 방면에서는 단단하면서 깨지기 쉬운 수정·보석 등을 초음파를 이용하여 특수한 모양으로 절단하는 일에도 사용된다. 또 시계나 카메라의 부품 등 작은 정밀 부품의 세정에도 이용되고 있다. 이 밖에 혼합되지 않는 액체와 액체를 유화시키거나 화학 반응을 촉진시키기도 하고, 초음파로 살균하여 음식물을 보존하는 데에도 도움이 되고 있다.
의료 초음파
의료 초음파는 근육, 힘줄, 그리고 많은 내부 장기들, 이들의 크기, 구조와 병리학적 손상을 실시간으로 단층 영상으로 가시화하여 초음파에 기반한 진단 의료 영상 기술이다. 이는 주기적 또는 응급 상황에서 태아를 가시화하는 데도 사용된다. 초음파를 이용한 진단은 소노그라퍼라고 불리는 의료 전문가에 의해 수행된다. 산과용 초음파는 일반적으로 임신기간 동안에만 사용된다. 초음파는 적어도 50년 동안 인간의 몸속을 영상화하는 데 사용되었다. 이는 현대 의학에서 가장 널리 사용되는 진단 기술 중 하나이며 상대적으로 저렴하고 이동이 용이하다.
