超声学
超声学（ultrasonics），研究超声波的科学。声学的重要分支。频率高于人类听觉上限频率（约2万赫）的声波，称为超声波或超声。超声学主要研究超声的产生和检测技术（包括显示）、超声在各种介质中的传播规律、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。
超声的产生和检测
超声的发展与介质中超声的产生和检测技术的研究密切相关。它是光能、热能、机械能、电能等与声能之间的转换过程。介质中的超声波是由作超声振动的声源产生的。这类声源通常称为换能器。1883年首次制成的超声气哨，就是一种机械型的超声换能器，可在流体中产生超声波。改进后的各种气哨、液哨至今仍广泛应用于流体介质的超声处理技术中。
20世纪初电子技术的发展，利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应来制成了各种机电换能器，不仅可用作声源，也可用于检测超声。1917年，法国物理学家P.朗之万用天然压电石英制成夹心式换能器，用于探测海底的潜艇。随着材料科学的发展，各种机电耦合系数高、性能良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体、有机压电薄膜及高性能磁致伸缩陶瓷材料等的涌现，拓宽了超声换能器产生和检测超声波的频率范围及发射的功率。产生的波型也由单纯的纵波扩大为横波、板波、扭转波、表面波等。超声波的产生和检测也由单个换能器发展为换能器线阵或面阵，并已在超声诊断与治疗等领域得到广泛应用。
压电和磁致伸缩换能器是机电能量转换发生在试样外的超声产生和检测的器件，但换能器必须与试样接触。为了在线检测的需要，各种非接触式超声产生和检测方法得到迅速发展，如激光超声技术、电磁力换能器和静电换能器等。利用凹型纵波谐振腔，可在石英棒内获得几万兆赫的超声。用半导体雪崩、超导结、光子与声子相互作用等方法也可在试样内产生或接收更高频率的超声。
超声的传播
超声波在介质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律与可听声波无质的区别。超声在一般流体介质（气体、液体）中的传播理论已经比较成熟。而声波在高速流动的流体介质中的传播，在液晶等特殊物质中的传播，以及大振幅声波在流体介质中传播的非线性问题的研究，仍在不断发展。
超声能在固体中传播。由于固体介质本身形状和性质的多样性，导致了超声在固体中的传播的复杂性。在无限大、各向同性的均匀介质中，一般只有纵波和横波两种基本波型。无限大各向异性固体介质中，一般沿每一个传播方向上可有三种波：一种是近似于纵波的准纵波，另两种是近似于横波的准横波。介质的应力、应变关系是张量关系，所以同一种波型的波在不同方向上的相速度是不同的，同一传播方向上不同波型的相速度一般也是不同的，而且相速度与能量传播的群速度的大小与方向也不相同。
在有界介质中，当介质的几何尺寸与声波的波束宽度及波长可相比较时，受边界的影响，介质中只允许一些满足边界条件的特定振动模式的声波传播，这就是导波。固体中的导波一般有纵波、切变波、板波和扭转波，且在两介质的界面上还存有界面波。真空与固体界面上的界面波称为瑞利波，又称声表面波。流体–固体界面上，除在固体一侧界面上有称为伪瑞利波的界面波外，流体一侧界面上还有称为斯高特波的界面波。在介质中导波的相位以相速度cp传播，而能量以群速度cg传播，而且cp和cg都是频率的函数。
声子晶体是一种介质弹性性质在空间有周期性分布的人造周期性结构材料。由于结构空间的周期性，使它们对某些频率的声波是“透明”的，而对于某些频率的声波是“不透明”的，在频域上存在禁带。
超声效应
超声波在介质中传播时，由于声波与介质之间的相互作用，会在介质中产生一系列的力学、光学、电学、热学的物理效应和降解、合成、催化等化学效应。超声产生这些效应的基本作用主要有三个：①线性交变的振动作用。它由于是介质在一定频率和声强的超声波作用下的受迫振动，使介质的质点位移、速度、加速度以及介质中的应力等分别达到一定数值，产生诸如悬浮粒子的凝聚、声光衍射、超声在压电或压磁材料中产生电场或磁场等效应。这些效应是由于介质质点的振速远小于介质中声速时而产生的，可用线性声学理论说明。②由于大振幅超声振动的非线性而产生的各种直流定向力(如辐射压力、乌森力和平均黏滞力等)及激波，引发了一系列的超声特殊效应。③液体内的空化作用。超声强度超过该液体的空化阈值时，液体中会出现气泡的产生、生长、增大、急剧崩溃的现象，称为空化。由于小气泡在惯性压缩下急剧崩溃时，气泡内产生了高温、高压，气泡外形成激波，从而产生超声清洗、粉碎、乳化、分散、声化学等一系列作用。同时还会伴有强烈的声致发光和空化噪声。液体中进行的超声处理技术，大多都与超声空化作用有关。
超声应用
超声的传播机理和超声对介质的各种效应是所有超声应用的物理基础。超声的应用大致包括三个方面。
①超声检测和控制技术。以小功率的超声为工具，通过测量介质的声学量来检测、测量或控制各种非声学量及其变化的技术。用超声波易在空间获得指向性极好的定向声束，在时域上采用超声窄脉冲，就能达到较高的时空分辨率。加上超声波能在不透光介质中传播，使它能够广泛应用于各种材料的无损探伤、测厚、测距、医学诊断和超声成像。利用介质的非声学特性（如应力、黏度、浓度、温度、硬度、流量等）和介质的声速、声衰减及声阻抗率之间的联系，通过对声学量的测量，还可实现对非声学量的无损检测和控制。材料科学、信息科学、激光技术、微机电技术等的发展，促进了超声检测在理论和技术方面的研究。激光超声、医疗超声、扫描隧道声显微镜等的发展，表明超声检测开始进入一个非接触、实时成像和微区特性检测的新阶段。
②超声处理技术。利用高声强的超声与物质作用，来改变物质的物理、化学、生物某些特性或状态的技术。采用适当的换能器可产生大功率的超声波，通过聚焦等方法可获得高声强的超声波，加上液体中的空化效应，使超声加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、促进化学反应、医疗及种子处理等技术广泛应用于工业、农业、医疗卫生等部门，并开始形成声化学、高强度聚焦超声技术等新的分支学科和新的处理技术。
③基础研究领域的应用。机械运动和其他形式的物质运动以及物质结构之间关系非常密切。超声振动是一种高频机械运动。因此，超声方法也是研究物质结构的一种重要途径。20世纪80年代，研究介质中超声波的声速和声衰减随频率变化的关系时，就发现它们与各种分子弛豫过程（如分子内、外自由度之间能量转换的热弛豫，分子结构状态变化的结构弛豫等过程）及微观谐振过程（如铁磁、顺磁、核磁共振等）间的关系，从而形成了分子声学。
利用压电法、磁致伸缩法、热脉冲法以及超导结法等技术，可获得1011～1012赫的高频超声。利用这些频率趋近于点阵热振动频率的超声量子化声能(声子)来研究物质中原子的相互作用、能量的传递等问题是十分有意义的。通过对甚高频超声声速和声衰减的测量，可获得声波与点阵振动的相互关系及点阵振动各模式之间耦合的信息，可用来研究金属和半导体声子与电子、声子与超导结、声子与光子之间的相互作用等。超声和电磁辐射及粒子轰击一起被列为研究物质微结构和微观过程的三大重要手段。与之有关的分支学科量子声学也开始形成。
超声学是一门理论性、应用性和交叉性很强的科学。它不断从电子学、材料科学、光学、固体物理学、信息科学等学科获得借鉴而丰富自己，同时超声学的发展又为这些科学的进展提供了行之有效的新技术和研究手段。如超声探伤和超声成像技术都是借鉴了雷达原理和技术而发展起来的，而超声的发展又为电子学、光电子学、雷达技术的发展提供了超声延迟线、滤波器、卷积器、声光调制器等重要的体波和表面波器件。
