超声波

超声波（Ultrasonic wave、^[1]Supersonic wave、Ultrasonic^[2]、Ultrasound^[3]），是频率高于赫兹的声波，^[8][9]是一种机械波，在弹性介质中传播的纵波，具有波动的一般特性。^[9][10]超声波与其他声波只能通过具有弹性与惯性介质（如空气），超声波在空气中传播时，空气分子将在平衡位置振动，空气产生膨胀或压缩的运动且传播其波动，因此，其他声波与超声波均无法在真空中传播。^[11]

在1793年夏天，斯帕拉捷（Lazzaro Spallanzani）研究蝙蝠能在漆黑的夜空之中飞行的原因，最后得出了蝙蝠靠听觉辨别方向的结论，最终发现了超声波的存在。^[7][6]19世纪末到20世纪初，物理学家发现了压电效应与反压电效应。人们找到了利用电子学技术产生超声波的办法，之后，超声波技术开始了它的发展与推广。^[12]

超声波的特征是频率高，波长短。这一特征，使超声波具有很多特殊的物理性质。如衍射现象不显著；功率比通常声波的功率大得多；对物质有空化作用、机械作用、热作用等。^[8][9]

超声应用于许多不同的领域。超声波设备可以用于检查介质内部深处的情况、测量距离，如超声波探伤、医学超声诊断等。^[4]超声成像或超声检查通常用于医学。^[13]在产品和结构的无损检测中，超声波用于检测不可见的缺陷。^[14]在工业上，超声波用于清洁、混合和加速化学过程。^[14]蝙蝠和海豚等动物使用超声波来定位猎物和障碍物。^[15]

超声波即频率高于赫兹的声波（广义上的声波）。^[8][9]在摄氏度的空气中，超声波波长小于厘米。^{[注1][16][17]}

可闻声波（简称为“声波”）频率：赫兹，能引起人的听觉；^[8][9][10]

次声波频率：小于赫兹；^[8][9][10]

超声波频率：大于赫兹；^[8][9][10]

物理观点上看，三种波没有本质区别，因此广义的声波包括次声波和超声波。声波是一种机械波，是在弹性介质中传播的纵波，具有波动的一般特性，如反射、折射、干涉和衍射等现象。^[9][10]

1793年夏天，斯帕拉捷发觉蝙蝠能在漆黑的夜空之中飞行，便开始研究实验，发现蝙蝠堵住耳朵后，飞行四处碰壁。最后得出了蝙蝠靠听觉辨别方向的结论。^[7][6]最终他发现了超声波的存在。后来，人们根据机械振动波的频率将赫兹以上的称为超声波。^[15]

1880年，法国物理学家皮埃尔 ·居里（Pierre Curie）和他的兄弟雅克·居里（Jacques Curie）发现了压电效应。^[18]

1912年泰坦尼克号沉没后，物理学家和气象学家刘易斯 · 弗莱 · 理查森（Lewis Fry Richardson）建议使用超声波在镜子的焦点处放置一个水下汽笛来探测冰山。^[19][20]

第一次世界大战期间，保罗·朗之万（Paul Langevin）在1917年使用基于高频的静电发声器和石英谐振器进行潜艇探测。声纳设备是第一次世界大战期间开发的超声波和压电技术的首次实际应用。^[18]

1928年，前苏联工程师谢尔盖•索科洛夫（Сергей Леонидович Соколов）首次提出超声波用于金属探伤领域的想法。^[15]

1931年， 马尔豪斯（Malhauser）获得使用超声波传感器检测固体缺陷的专利。^[18]

1941年，第一台商用超声波金属探伤仪由美国工程师费斯通发明并申请了专利。^[15]

1949年，有着电子工程硕士背景的美国医学博士约翰•朱利安•野生利用改进后的超声波金属探伤仪进行了病人肠道诊断，结果成功地获得了可供临床治疗参考的图像。^[15]

1951年，约翰•朱利安•野生发明出了第一台超声波医学诊断仪，标志了一个新的医学诊断学科的诞生一一“超声诊断学”。他因此被人们誉为“超声医学之父“。^[15]

此后，很多大公司都对医用超声仪进行了技术研究和产品开发，包括日本的阿洛卡公司，德国的西门子公司，荷兰的飞利浦公司，美国的通用电气公司等。^[15]

超声医学设备后来发展出很多种类型，包括以波形显示人体组织特征的“A超”，以平面图形显示人体被探查组织的“B超”，观察心脏结构层次的“M超”，以及专门检查血液流动情况的“D超”，“D超”又称“多普勒”超声诊断仪。^[15][12]

截止至2023年，超声波的很多新用途已经被陆续开发，^[15]应用于医学 、工业 、农业 、生物学研究 等方面。^[4][5]

超声波是一种机械波，在弹性介质中传播的纵波。^[9]

波动的概念：波动是一种运动形式，在弹性介质中发生的波，是依靠弹性介质质点的机械振动（物体位置随时间周期性变化^[22]）而产生和传播的。^[23]波源的能量随着波动传播到波所到达的各处。^[24]

存在条件：机械波的存在有两个条件：有波源（振源）、有传播振动的弹性介质。^[23]

纵波：在波动中，如果参与波动的质点的振动方向与波的传播方向平行，这种波称为纵波。^[23]

描述超声波的一些物理量如下：

波速：单位时间内振动传播的距离。

波在弹性介质中的传播速度，取决于弹性介质的弹性和惯性。^[23]

波长：波在传播过程中，沿同一波线上相位差为（一个周期）的两个相邻质点的运动状态必定相同，它们之间的距离称作波长。^[23]

在纵波的情况下，波长等于两相邻密部之间或两相邻疏部中心之间的距离。^[23]

振幅：机械振动的质点离开平衡位置的最大距离。^[22]

波的频率：单位时间内，通过波线上某点的完整波的数目。^[23]

周期：波传播一个波长的距离所需要的时间。^[23]

周期的倒数等于波的频率，即。^[23]

波经过每一个周期，介质的质点完成一次完全的振动，同时振动沿波线方向传播一个波长的距离。波经过单位时间，介质的质点完成次（即次）完全的振动，同时振动沿波线方向传播个（即个）波长的距离，所以单位时间内振动传播的距离。^[23]

因为在一定的弹性介质中，波速是恒定的，所以波长完全由波源的频率决定：频率越高，波长越短；频率越低，波长越长。^[23]

声压：单位面积的声压力。^[10]

平面声波的声压方程为，式中，为声压幅。声压幅，声压幅与位移振幅成正比，与声波频率成正比，与弹性介质的特性阻抗成正比（特性阻抗）。^[10]

声强：声波的能流密度。^[10]

声波是机械波，在传播过程中携带着机械能，声波的传播过程实际上是声振动能量的传播过程。声波在单位时间内沿传播方向通过某一波阵面传递的平均声能叫做声功率，，式中，为平均能量密度。^[10]

声强描述声波在介质中各点的强弱，它的单位是()。更简单的说，声强就是单位面积上输运的声功率。^[10]

超声波的特征是频率高（现代可以产生频率高达Hz的超声波)，所以在同一介质中，超声波波长短。^[9][23]这一特征，使超声波具有很多特殊的物理性质。这些物理性质也让超声波有不同的应用及优点。^[9]

超声波特殊的物理性质（以及对物质的作用）有：衍射现象不显著；^[9]功率比通常声波的功率大得多；^[9]气体对超声波的吸收很强，液体吸收很弱，固体吸收更弱（所以超声波主要应用于液体和固体中）；^[9]空化作用；^[8][9]机械作用；^[8]热作用^[8]等。这些特殊物理性质部分原理及解释如下：

波的衍射，就是指波在传播过程中可以改变传播方向甚至绕过障碍物的现象。^[25]衍射现象可用惠更斯原理进行定性解释。当平曲波到达一个宽度与波长相近的缝时，缝上各点都可作为了波的波源。作出这些了波的包络，就可得出新的波前。此时的波前与原来的略有不同，靠近边缘处，波前弯曲，即波能绕过障碍物，继续传播。^[26]衍射现象的显著与否，和障碍物（如孔、缝等）的宽度与波长之比有关，越接近1越明显，越大越不明显。^[26]

所以，由于超声波波长短，经过同一孔隙，超声波更不容易发生衍射现象，更容易保持原传播路径，方向性好。^[9]所以超声波常被用于检查介质内部深处的情况，进行探伤、定位、显像等。^[4]

在波的传播过程中单位时间内所传递的能量（也就是波的功率）与波的频率的平方成正比，由于超声波的频率高．所以超声波的功率比通常声波的功率大得多。^[9]

当一列波在弹性介质中传播时，波传播到介质中的某个质点，这个质点将在其平衡位置附近振动，因而具有一定的动能；同时，由于该处的介质发生弹性形变，所以这个质点也具有势能。波源的能量随波动传播到波所到达的各处。^[24]

以平面简谐纵波为例，某一体元的总能量的存在关系：。

所以波的功率与波的频率的平方()成正比。^[24]

所以利用这种特性，超声波可以直接对介质进行某种处理。如强超声波杀菌等。^[5]

由于超声波频率高，振动周期时间短，^[23]且波的功率与波的频率的平方成正比，^[24]而传播过程中，介质中给定质点的总能量随时间做周期性变化，^[24]即意味着短时间内，质点动能^[24]发生巨大变化，即拥有巨大的加速度。超声波为纵波，传播过程使介质产生密部和疏部，介质在密部受压，在疏部受拉。^[23]

由于液体无法受拉（一般轻微受拉即会产生气泡），所以当超声波在液体中传播时，这种疏密变化，使液体迅速地时而受压，时而受拉。在受压时，这些空穴发生崩溃。崩溃时，空穴内部压强可达几万大气压，同时还会产生极高的局部温度以及放电现象等。超声波在液体中的这种作用叫做空化作用。^[4]

超声不仅能使物质作强烈的机械振动，而且产生冲击作用，能使物质的力学结构破坏。在液体中发生超声振动时，质点的加速度可达重力加速度的几十万倍甚至百万倍，这种巨大的作用能够破坏媒质中粒子的结构。如果液体中存在有异类粒子〈如胶粒、微生物，高分子化合物）它们的振动速度与液体质点的速度不会完全相同，两者之间就要发生巨大的摩擦力，可以把这些异类粒子击碎。^[9][4]

超声波清洗、除尘、超声加工、超声乳化等利用了超声波的机械作用。^[9][14]

超声波作用于媒质时，其能量被媒质所吸收而转化为热能，因此，它使媒质的温度升高。^[9][4]一方面频率越高，热效应越显著。另一方面，不同媒质界面的分界上，^[9]特别是流体与固体分界面上，或液体与其他悬浮粒子分界面上，超声波能量将大量地转变成热能，往往造成分界面上的局部高温，甚至产生电离效应。^[4]

超声焊接就利用了超声波的热作用。^[14]

超声波产生的方法一般有机械法、热学方法、电动方法、压电法、磁滞伸缩等，其中探伤应用最多的是压电法。^[27]

机械型发生器，多为流体动力式（即喷注式)，它利用高压流体作为动力，来产生超声波。有的以每秒几万次的频率，断续地喷出流体脉冲，在媒质中产生超声波（如旋笛或号笛等)；有的使高压流体连续地从喷口喷出，冲击置于喷口前的空腔或簧片，引起共振，在媒质中产生超声波（空腔哨和簧片哨等)。这类发生器的优点是构造简单，使用方便。缺点是频率不高，声强一般也不大。^[4]

压电法产生超声波在探伤中应用最多，^[27]目前医学上常用的超声波，就是用压电效法来获得的。^[8]压电法利用的是晶体的压电效应，利用逆压电效应发射超声波，正压电效应接收超声波。^[27][28]压电法产生的超声波频率能达到到量级，甚至。^[4]

压电法产生超声波的方法核心是利用压电晶体来实现的。试验发现，某些晶体材料(如石英晶体）做成的晶体薄片，如右图所示，当其受到拉伸或压缩时，表面就会产生电荷;此现象称为正压电效应;反之，当对此晶片施加交变电场时，晶体内部的质点就会产生机械振动（在受电荷或电场作用下面发生变形），此现象称为逆压电效应。具有压电效应的晶体材料就称为压电材料。^[27][28]

晶片就是将压电材料切成能够在一定频率下共振的片子。通过其厚度可以调整超声波的频率。一般呈反比关系。常见的产生超声波的压电晶体有：锆钛酸铅(，灵敏度高、成本低、工艺简单)、石英()、水晶、钛酸钡( )、硫酸锂。^[27]

将超声波传到晶片上，晶片就会振动，在晶片的两电极间就会产生频率与超声波相等，强度与超声波成正比的高频电压。反之亦然。^[27]

(1)发射：在压电晶片制成的探头中，对压电晶片施以超声频率的交变电压，由于逆压电效应，晶片中就会产生超声频率的机械振动——超声波;若此机械振动与被检测的工件较好地耦合，超声波就会传入工件——超声波的发射。^[27]

(2）接收：若发射出去的超声波遇到界面被反射回来，又会对探头的压电晶片产生机械振动，由于正压电效应，在晶片的上下电极之间就会产生交变的电信号。将此电信号采集、检波、放大并显示出来，就完成了对超声波信号的接收。^[27]

超声波诊断探头发射超声波时将电能变成机械能，接收时把机械能变成电能，所以超声探头又称换能器。^[8]

超声波频率的调整是通过改变交变电场的频率或晶片尺寸（晶片厚度）来实现的。^[27]

磁致伸缩换能器是用某些铁磁体（例如纯镍niè，镍钴合金，铝铁合金以及铁氧体等)材料制成的。用铁磁体作为线圈的铁芯，当交变电流通过线圈时，随着铁芯中磁场强度周期性的变化，铁芯的长度就作周期性的伸缩，称为磁致伸缩效应。正是这种铁芯的振动，激发起超声波。磁致伸缩换能器的频率，一般不太高，约为几万赫兹，声强也可达的数量级，非常坚固耐用，且能经受高温，适宜于工业应用。^[4]

磁致伸缩换能器接收超声波时发生振动，输出电讯号，经放大后便可进行检测。^[4]

现代的航空、航海、工业、医学等许多领域都离不开运用超声波。^[7]

利用超声波的定向传播特性以及它的穿透本领，可以检查介质内部深处的情况，^[14]如超声波探伤、定位、显像等应用于现代工业、航海业、渔业、医学等领域。^[4]

超声波探伤

我们以超声探测金属试件内部的缺陷为例，如右图，脉冲超声波发射探头，接收探头，两者都紧贴在待测试件的一定部位上，并利用示波器来观察超声脉冲波形。脉冲波反映发射波，脉冲波反映从试件底部反射回来的反射波。^[14]

如果检查的部位内部没有缺陷，那么示波器显出如图()右上方的波。如果在检查的部位内部存在缺陷Q，那么由于部分超声波中途从缺陷上反射回来，在荧光屏上就显出图()右下方的波形。中间出现的脉冲波反映从缺陷上反射回来的波。^[14]

根据这种波形图，能够检查出试件内部是否存在缺陷，且能够从离和的间隔还可以求出缺陷在试件内部的位置，进一步研究脉冲波，还可以深入分析缺陷大小和形状等细节。^[14]

超声波在介质中的一些传播特性（如波速、衰减、吸收等），都与介质的各种宏观非声学物理量有紧密联系。如声速就与介质的弹性模量、密度、温度、气体的成分等有关。声强的衰减则与材料的孔隙率、粘滞性等有关。^[4]

超声波测量方法简单，所以当介质中的某个物理量与超声波波速、衰减、吸收有确定的关系时，那么就可以通过这项关系，对此物理量加以间接的测定。^[14][4]

用超声可以测定一些气体和液体的温度，固体的弹性模量，混凝土的强度等。^[14]

以超声测定橡胶乳液的比重为例，在合成橡胶的生产过程中，对橡胶乳液的比重有严格的要求，为了保证产品质量，必须在聚合反应过程中随时抽样测定。^[14]

超声测定比重的原理是：对于某一定晶种的橡胶乳液，当温度不变时，在乳液中传播的超声波波速随着乳液比重的变化而变化。^[14]

右图可知摄氏度时二者成正比关系。因此只要测得乳液中的声速，由曲线即可得出乳液的比重。^[14]

超声测定比重装置容器内装有橡胶乳液。脉冲超声波发射探头和接收探头面对面固定装置在容器器壁上，相互间距离为。测定超声波从发射到接收的时间间隔为，就可以求出超声波在橡胶乳液中传播的速度。在现：场实际使用时，对超声波仪器预先作适当的校正，就可以在指示器上直接读出乳液比重的数值。^[14]

超声波频率高，虽然振幅不一定大，但是振动的速度和加速度可以很大，因此在局部范围内可以产生很高的声压或集中很多的振动能量。利用这种特性，可以直接对介质进行某种处理。如超声清洗、超声焊接、超声加工、超声乳化、强超声波杀菌等^[14]

此外，超声波还有处理种子，改进种子品质，分离菌种、驱除老鼠害虫等作用。^[5][30]

(1)超声清洗：精密的金属零件放在有强烈超声作用的清洗液里，可以使它的内外表面清洗得非常洁净。被油脂沾污的羊毛，用超声波脱脂，不但作用迅速而且不会使纤维受到损伤。^[14]

(2)超声焊接：把两块比较薄的金属片夹在一起，施以超声波作用以后，就可以把它们焊接起来。焊接的强度高，金属变形小，是一种新型的焊接技术。一些具有热熔性的塑料和合成纤维也可采用超声焊接。^[14]

(3)超声加工：采用特殊形式的钻头，在钻头和被钻材料间加些研磨剂，施加超声波使钻头迅速振动冲击研磨剂，就可以在坚硬材料。上打出所需形状的小孔。^[14]

(4)超声乳化：在两种不会互相混合的液体中，例如油和水，经过超声处理，能把一种液体击成极细的微粒悬浮在另一种液体中而成为乳液。用超声波制成的乳液，颗粒细小，能保存很长时间。根据同样的原理也可把染料击成极小的微粒，使染色更加均匀牢固。^[14]

(5)强功率超声波杀菌：威廉和盖恩的报告中指出，大肠杆菌能被超声波杀死。^[5]

(6)超声波处理种子：鲁班和多耳波哥洛夫研究超声对豆科、禾本科及油料种子作物种子的影响，实验证明超声波处理过的种子，在适宜的剂量下，发芽率、植株高度、根长及株重均有所增长。许多研究者证明，超声还对物体有远期效应，不经处理的后代亦比对照生长发育更佳。^[5][4]

(7)利用超声波还可以分离菌种，提取菌内活性物质以及制造免疫抗原等。据最近的研究报导，超声波能使细菌发生变异，成为无毒而保存抗原的菌种，因此可以制造疫苗。此外，在生物化学上还可以作为探讨蛋白质分子的排列以及研究酶在细胞内分布结构。血液生化上研究血小板在血凝固中的机能，以及改变动物血清之免疫性，作为输血或血浆代用品的研究。^[5]

(8)超声波驱除老鼠害虫：鼠类对超声波的敏感程度比人高20倍，驱鼠器中的超声波需要选取对老鼠有强烈损伤而对人无作用的频率范围。^[30]

由于超声波的频率与一般无线电波的频率相近，且声信号又很容易转换成电信号，因此可以利用超声元件代替电子元件制作在赫兹范围内的延迟线、振荡器、谐振器、带通滤波器等仪器，可广泛用于电视、通讯、雷达等方面。用声波代替电磁波的优越之处在于声波在介质中的传播速度比电磁波的传播速度大约要小五个数量级。例如用超声波延迟时间就比用电磁波延迟时间方便得多。^[32]

诊断学：现有的医学超声技术可分为两大类：基于回波扫描技术和基于多普勒原理的超声诊断技术。^[13]

(1)基于回波扫描技术的超声诊断技术的基本原理是利用超声波在组织界面处产生的反射回波形成的图象或信号来鉴别和诊断疾病。^[13][33]这种技术主要用于解剖学范畴的检测和诊断，目的是了解器官的形态学和组织学方面的状况与变化。比如，检测体内异物和肿瘤，检查器官的形状及大小的变化等等。回波扫描技术已大量用于对肝、脾、胃、肾胆甲状腺、乳腺、眼球、子宫、卵巢、胸腔、肺、半月板、脑、心包等多种脏器的诊查之中。^[13]

(2)基于多普勒原理的超声诊断技术的基本原理是利用运动物体反射声波时造成的频率偏移现象来获取人体的运动信息。这种技术主要用于了解体内器官的功能状况及血液动力学方面的生理病理状况，如用于测定血液流速、心脏运动状况及血管是否存在栓塞等。目前，超声多普勒技术主要用于心血管疾病的诊断中^[13][34]

在诊断学方面，基于探查深度和分辨率两个方面的综合考虑，一般采用的频率为。低频主要用于深部组织和器官的诊查，而高频则用于眼科等表浅部位的诊查。同时，为了避免产生生物效应，诊断用的超声波的功率一般在。^[13]

超声治疗学：施加超声波于人体病患部位而达到治疗效果的方法。^[13]

应用超声波治疗疾病主要基于如下三种超声波与生物组织相互作用的效应：

(1)机械效应：在超声波的作用下生物组织将受到压力的作用，并产生速度和加速度方面的变化。^[13]超声能量以振荡形式传播于人体组织中，压缩波的压缩相与稀疏相交替引起压力的变化，产生了机械振动效应，对组织细胞有轻微的按摩作用。机械效应增强细胞膜的通透性，增强细胞的代谢功能和活力，改血液、淋巴液的循环。所以对某些损伤性疾忠、局部循环障碍、营养不良性溃疡，具有良好的疗效。机械效应还能使失去弹性的结缔组织松驰而变得灵活，能使坚硬的结缔组织变软、延长。利用这种效应，临床上用于治疗痕、皮硬化缩、风性关节炎等。^[36]

(2) 温热效应：超声在生物组织中传播的过程中，部分声能将被生物组织吸收，因而会产生局部温度升高的效应。^[13]由超声吸收引起温升而致的生理效应，普遍认为四种因素有治疗意义：温升能增加胶原组织的延伸性，从而用以治疗关节收缩肌；温升可降低关节的强直度，可施治于类风湿性关节炎；外周神经或自由神经末悄被加热后，提高了痛域 ，而不干扰其他感觉，故能减痛；温升的结果刺激了身体防卫机构，增加了血流和脉管质 的激发反应，从而引起一系列效应。^[36]

(3)理化效应：由于上述两种效应，常常会引发某些生物组织内部的物理化学变化，如物质交换的速率变化、空化分子分解与合成的改变等等。^[13]

超声在治疗方面的应用按照治疗仪所用的功率分为一般剂量和大剂量治疗法。一般量是指用超声波功率在以下，而大剂量则是指所用功率高于的治疗方法。一般剂量的超声治疗包括连续式或脉冲式超声疗法、超声—电疗法、超声药物透人疗法、超声雾化吸入疗法等。而大剂量超声治疗则包括超声波体外碎石法、超声加热治癌法以及超声在外科方面的应用，如超声手术刀等。^[13][36]

2020年，美国加州理工学院和美国贝克曼研究所的科学家发现了一种低强度（）脉冲超声方法，该方法利用肿瘤细胞的独特机械特性来实现固有的癌症选择性。这种低强度脉冲超声方法固有的选择性为非选择性高强度超声消融提供了一种可能更安全、因此更广泛适用的替代方案。^[37]

2022年，“基于超声辐射力的深部脑刺激与神经调控仪器”研制项目顺利结题，该仪器已进入产业化阶段。目前已经有超过40家国内外科研机构使用了超声刺激仪器，主要应用在有癫痫、帕金森病、抑郁症、成瘾等疾病的小动物和非人灵长类大动物实验中，其有效性和安全性得到了验证。^[38]

2023年，清华大学药学院蒯kuǎi锐课题组开发了一种具有超声波响应性的阿霉素脂质体，6月30日，在Nature Communications发表题为“Ultrasound-responsive low-dose doxorubicin liposomes trigger mitochondrial DNA release and activate cGAS-STING mediated antitumour immunity”的文章中阐明了超声波提高脂质体向肿瘤细胞的细胞核递送阿霉素的原理，揭示了被氧化的肿瘤细胞线粒体DNA在激活宿主STING通路和抗肿瘤免疫应答过程中发挥的重要作用。^[39][40]

人们观察蝙蝠发现超声波的存在，由海豚发出高频超声波提高探测近距离目标的分辨率的现象，在声纳研究中进行了借鉴。除了蝙蝠和海豚发出超声波外，自然界还有很多超声波的存在。^[15][41]

风的噪声、拍岸的海浪的噪声、瀑布的噪声以及火车的噪声中都有超声。昆虫能辐射出声波，如蜜蜂在分群时，辐射出超声波。海豚和鲸鱼能辐射和接收频率到赫兹的超声波。^[41]

生物界中的超声噪声的强度不大。它的数量级大约与人的讲话或动物所发出的可以听到的声音的强度相盖不多。^[41]

一般认为人类听不到超声波，人耳的可听频率范围在16赫兹和24kHz之间。然而，频率范围低于120kHz的超声通过骨传导传递时可产生听觉感觉。一些严重耳聋患者可以感知并分辨出语言调制的骨传导超声波。既往研究表明，中耳阻抗可能会阻止超声通过空气传导传播。^[43]

人类感知声波的频率上限的降低是从幼儿时期开始的，在25岁到39岁之间降低是轻微的，但在40岁以上时，降低速度加快。^[44]

很多昆虫还能感觉超声波。^[41]很多鼠类能感觉到频率在赫兹以下的超声波。^[41]狗能感觉到频率约赫兹以下的超声波，利用这一点可以向狗发出周围人听不到的指挥信号。^[41][45]猫的听觉频率上限约赫兹，海豚的听觉频率上限约赫兹，鲸鱼的听觉频率上限约赫兹。^[45]

人耳能够成觉到的普通的声音的强度是很小的。譬如，高声谈话的声约等于。人的耳朵的两个听道的总面积约只等于1，瓦的功率听起来便已经是足够响的声音了。超声的情况期完全不同。由人造的超声源所获得的超声的功率可以高达数十瓦、数百瓦甚至数千瓦，声强可达每平方厘米数十瓦和数百瓦。^[46]气体对超声波的吸收很强，^[9]但高声强的超声波会对人体造成危害。^[41][47]高于分贝（）的超声对听力会产生影响，高于分贝的声压级会在人体中产生快速破坏性的温度升高，超过分贝（）的超声波可能会对人类致命。^[48]

机器的超声噪声有时可以达到很高的强度。^[41]喷气式飞机的噪声中超声有很高的强度，以致对于驾驶员和乘客的听觉和机体已经产生了有害的作用，而不得不采取特殊的隔声措施。^[41]

超声加工处理零件或材料时，接触这些零件或材料，人手容易进入超声作用强度最大的声场区，超声波就会对人产生局部影响，也可能影响全身。^[47]

此种情况超生波的主要危害有：(1)与手的慢性神经血管综合症有关的头痛、疲劳、耳内压感、步态迟缓、头晕目眩、睡眠不安(白天嗜睡)，手指刺痛、麻木或发冷，脚步麻木、手指发绀gàn、体温不对称等感觉，以及类似于带着手套或软保护套的感受性损伤。^[47](2）中枢和外周神经系统、心血管系统、听觉以及前庭分析器的功能紊乱，以及内分泌和体液的失调变化。有时可观察到前庭紊乱。体内和皮肤温度增高、血糖水平下降及嗜伊红细胞增多，以及显著的听力损伤和明显的前庭损伤。^[47](3)植物性多神经炎等明显的不适症状。^[47]

超声波、次声波、声波都是是机械波，是在弹性介质中传播的纵波。^[9]它们有共性也有差异。它们的共性是都会产生反射、折射、干涉和衍射等现象。三者中，超声波与次声波的频率差别最大，它们的各种物理特性差别有：（1）在空气中传播时的吸收情况不同。气体对超声波的吸收很强，^[9]而次声波在大气中传播几百万米后，吸收还不到万分之几分贝。^[32]（2）超声波的衍射现象不明显，方向性好，^[9]而次声波衍射现象明显，能绕过许多障碍物，传播距离远。^[49]