امواج صوتی از نوع امواج طولی و مکانیکی است که برای انتشار به محیط مادی نیازمند است.گوش انسان امواجی را که دارای فرکانس بین 20هرتز تا 20000 هرتز هستند را میشنود.امواجی را که فرکانس کمتر از 20 هرتز دارند را امواج مادون صوت یا فرو صوت می نامند و امواجی را که فرکانس آنها از 20000 هرتز بیشتر است امواج ماورا صوت یا فرا صوت می نامند.امواج صوتی در صنایع مختلف کاربرد های متفاوتی دارند که به برخی از آنها اشاره می کنیم:
کاربرد امواج صوتی در پزشکی: امواج صوتی در پزشکی استفاده‌هایی دارد. برای از بین بافتهای ناخواسته و یا اجسام نامطلوب در بدن مانند غده‌ها و یا سنگهای کلیه استفاده میشود. این موجها بر روی ماده ناخواسته متمرکز میشوند. برای مثال تابش متمرکز این موجها بر روی سنگ کلیه باعث میشود که سنگ به پاره‌های کوچک شکسته شده و به تدریج از بدن دفع گردند. بدون اینکه احتیاجی به عمل جراحی باشد. از موجهای صوتی همچنین در تشخیص بیماری نیز استفاده میشود. به این ترتیب که یک تپ فراصوتی به داخل بدن بیمار فرستاده میشود. این تپ از مرزها و فصل مشترکهای بین اعضای داخل بدن بازتاب می‌یابد که با آشکار سازی آن میتوان اطلاع لازم را در مورد بیماری عضو مورد نظر کشف کرد. این روش برای تشخیص محل غده‌ها و سایر عوامل غیر عادی در بدن ، عملکرد قلب و دریچه‌های آن ، وضعیت جنین ، سنگ کلیه بکار می‌رود.
نکاربرد امواج صوتی در شناسایی اجسام زیر آب: برای تعیین محل جسمهایی که در زیر آب قرار دارند از بازتاب موجهای صوتی استفاده میشود. این روش که به نام روش پژواک تپ معروف است کاربردهای پزشکی نیز دارد. اساس این روش آن است که یک موج صوتی را به عمق آب می‌فرستند و با یک آشکار ساز بازتاب یا پژواک آن را اندکی بعد دریافت می‌کنند. سپس زمان رفت و برگشت موج را به دقت اندازه می‌گیرند و از روی آن فاصله جسمی را که موج را بازتابانده است تعیین می‌کنند. با این روش عمق دریاها ، محل صخره‌های زیر آب ، محل کشتیهایی غرق شده ، زیر دریاییها و حتی محل تجمع گروهی از ماهیها را که باهم حرکت می‌کنند میتوان تعیین کرد. با این روش میتوان ساختار داخلی زمین را نیز مشخص می‌کنند.
کاربرد امواج صوتی در یافت مین ها: محققان به فناوری جدیدی برای شناسایی مینهای خطرناک در زیر زمین و از راه دور دست یافته‌اند که در آن از امواج صوتی برای لرزاندن زمین و یافتن مینها استفاده میشود. به گزارش سایت اینترنتی نیوساینتیست، هم‌اکنون سالانه نزدیک به ۲۶ هزار نفر در جهان بر اثر برخورد با مینهای زیرزمینی کشته و یا دچار نقص عضو میشوند که بیشتر آنان غیرنظامی هستند و نیمی از آنان کمتر از ۱۶ سال سن دارند از این رو در بسیاری نقاط جهان نیاز به روشهای کارآمدتری برای شناسایی مینها و مواد منفجره عمل نکرده در زیر زمین به شدت احساس میشود. درحال حاضر استفاده از دستگاههای فیاب اصلی‌ترین روش شناسایی مینها در زیر زمین مسحوب میشود اما این تجهیزات برد کوتاهی داشته و توانایی شناسایی مینهایی که در اعماق بیشتر کار گذاشته شده‌اند را ندارند و از سوی دیگر برخی مینها دارای بدنه‌ای از جنس پلاستیک هستند که از دید این تجهیزات فیاب مخفی می‌مانند. مشکل دیگر تجهیزات فیاب این است که به دلیل کوتاهی برد آنها، یک نفر باید آنها را با خود به داخل میدان مین حمل و از آن استفاده کند که این امر بسیار خطرناک است. اکنون گروهی از محققان آمریکایی به فناوری جدیدی برای شناسایی مینها در زیر زمین و بدون نیاز به ورود افراد مین‌یاب به داخل میدان مین دست یافته‌اند. رابرت هاپت محقق موسسه فناوری ماساچوست (ام‌آی‌تی) در پی آزمایشهای خود متوجه شد که امواج صوتی قدرتمند هنگام برخورد با زمین سبب لرزش زمین و سنگها و اجزای زیر سطح زمین میشوند که نوع لرزشهای مینها در این روش کاملا با لرزشهای تکه‌های سنگ متفاوت است. این محقق با کمک همکاران خود وسیله جدیدی ساخته است که امواج صوتی در فرکانسهای بالای فراصوتی (اولتراسون) را به سوی میدان مین شلیک می‌کند. این امواج صوتی در پی برخورد با هوا دچار کاهش فرکانس شده و به امواج قابل شنیدن برای انسان تبدیل میشوند. امواجی صوتی که در محدوده شنوایی انسان قرار دارند بر خلاف امواج فراصوتی می‌توانند در زمین جابه‌جا شوند. هنگامی که این امواج شدید صوتی در زیر زمین با جسم جامدی برخورد کنند، آن شی‌ء را به لرزش در می‌آورند که این لرزشها از زیر زمین به سطح زمین انتقال یافته و درست در بالای مین سبب لرزش سطح زمین میشوند که این لرزشهای سطحی نیز توسط یک حسگر لیزری که سطح میدان مین را پوشش می‌دهد، شناسایی میشوند. به گفته هاپت، دقت سامانه صوتی مین‌یاب جدید بسیار زیاد است به طوری که تمامی مینهای موجود در یک میدان مین مسطح را شناسایی می‌کند و حتی می‌تواند با توجه به لرزش مینها نوع آنها را نیز شناسایی کند. این محقق و همکارانش امیدوارند تا دو سال دیگر امکان تولید نمونه نهایی این سامانه برای پاکسازی میادین مین جهان ایجاد شود.
کاربرد امواج صوتی در نجات افراد در ساختمان های سوخته: محققان فناوری صوتی ابداع کرده‌اند که می‌تواند در عملیات نجات افرادی که در ساختمان‌های انباشته از دود قادر به یافتن راه خروجی نیستند، به کار برود. پروفسور `دبورا ویتینگتن` اهمیت این دستگاه را حیاتی می‌داند. هانی‌ول این دستگاه را بعد از یک دهه تحقیق در دانشگاههای انگلیس عرضه کرد. این دستگاه با یک زنگ خطر حریق روشن میشود که یک دستگاه بلندگو موسوم به `نقطه خروج` یا `اگزیت پوینت `ExitPointرا فعال می‌کند و افراد گرفتار را به نزدیکترین خروجی نجات هدایت می‌نماید. قصد ویتینگتن، استاد علوم اعصاب شنوایی در دانشگاه لیدز، استفاده از `اصوات ضربان دار` در عملیات نجات بود. تحقیقاتی که طی ده سال گذشته در هواپیما، کشتی و ساختمانها و تونل‌ها انجام شده نشان داده است که با استفاده از این نوع صدا، نجات افراد ۷۵ درصد سریعتر انجام میشود. شرکت هانی‌ول به منظور آزمایش این دستگاه با شرکت یکصد خبرنگار، اتاقی به این منظور در یک هتل ساخت. ابتدا دستگاه خاموش بود و فرد می‌بایست راه فرار را در اتاقی پیدا کند که در آن غلظت دود تقریبا بکل مانع دید شده بود. وقتی دستگاه روشن شد نجات بسیار راحتتر شد زیرا یک `صدای ضربان‌دار` افراد را به سوی راه گریز هدایت می‌کرد. بخشی از مغز به اصواتی همانند صداهای ضربان‌دار واکنش نشان می‌دهد. در ساخت این دستگاه از `صداهای باندپهن` که شامل طیف وسیعی از فرکانس‌ها بوده و تعیین محل آنها آسان است، بهره گرفته شده است. صداهای باندپهن در طبیعت یافت میشود مانند صدای خش خش برگها و آب جاری در رودخانه‌ها و آبشارها که در گذشته به بشر در کشف خطر کمک کرده است. بعد از گذشت میلیونها سال، مغز به این صداها واکنش نشان می‌دهد و به محض شنیدن، محل آنها را کشف می‌کند. اگزیت پوینت یک بلندگوی کوچک است که درست بالای راه خروجی نصب میشود. این دستگاه در مدارس و بیمارستانهای آمریکا و اروپا آزمایش شده است. سازمان بین‌المللی دریانوردی استفاده از این دستگاه را در کشتی ها تایید کرده است.
کاربرد امواج صوتی در اکتشاف نفت: اصلی ترین روش اکتشاف نفت روش لرزه نگاری انعکاسی می باشد . روش کار به این صورت است که امواج صوتی به داخل زمین فرستاده می شوند و این امواج پس از برخورد به لایه های مختلف زمین به سطح زمین منعکس می شوند و توسط دستگاههای دریافت کننده ( ژئوفون ) و ثبت کننده ، ثبت می شوند و به صورت یک نمودار بر روی کاغذ رسم می شوند که با تحلیل و بررسی اینReflection Seismogram ، افقها و لایه های زمین آنالیز می شوند و افقهای تولیدی نفت شناسایی می شوند .
روشهای تولید امواج صوتی :
. ویبراتور : این دستگاه که معمولاً بر روی کامیونهای مخصوص سوار می شود با ایجاد لرزش قوی امواج صوتی را به داخل زمین می فرستد. 2. دینامیت : با انفجار دینامیت امواج صوتی به زمین منتقل می شوند . تعیین سرعت امواج در لایه های مختلف : VSPعملیاتی است که برای سنجیدن سرعت امواج صوتی در اعماق مختلف چاههای نفت انجام می شود . در این عملیات یک منبع ایجاد انرژی در سطح زمین و یک ژئوفون در داخل چاه قرار دارند که ژئوفون بوسیلهء یک کابل به دستگاه ثبت کننده در سطح زمین متصل می باشد . در موقع عملیات برداشت ، منبع انرژی در سطح زمین به طور متوالی امواج صوتی تولید می کند و همزمان ژئوفون با سرعت ثابت از ته چاه به سمت بالا حرکت داده می شود و با فاصلهء زمانی مشخص ( زمانهای ایجاد امواج صوتی یا انفجار ) در مقابل افقهای مختلف درون چاه زمان را ثبت می کنند . با داشتن زمان ایجاد موج در سطح زمین و زمانی که ژئوفون ثبت می کند و همچنین عمق افق مورد نظر ، سرعت را می توان محاسبه کرده به این ترتیب تمام افقهای حفاری شده سرعت سنجی می شوند. عملیات دیگری که برای اندازه گیری سرعت در چاه نفت انجام می شود ،Check Shot نام دارد . در این روش مراحل کار شبیهVSP است . با این تفاوت که در روش اخیر ژئوفون در اعماق معینی و از قبل تعیین شده ، کار ثبت زمان را انجام می دهد .
كاربرد امواج فراصوت
1. كاربرد تشخیصی (سونوگرافی) سونوگرافی عكس‌برداری با امواج فراصوت(اولتراسوند) است. موجهای فراصوت دسته‌ای از موجهای مكانیكی هستند كه بسامد آنها بیش از 20 هزار هرتز است. حال آن كه بسامد موج‌هایی صوتی بین 20 تا 20 هزار هرتز است. با وجود این، ماهیت امواج صوتی و فراصوتی و چگونگی تولید، پخش و بازتابش آنها یكسان است و فقط موج‌هایی فراصوت بر گوش انسان اثر شنوایی ندارد. برخی از جانوران می‌توانند بخشی از موجهای فراصوت را بشنوند. برای مثال، سگ بسامدهای تا 40 هزار هرتز را میشنود و برخی از ه‌ها می‌توانند بسامدهای تا 175 هزار هرتز را بشنوند و تولید كنند و از این راه با هم ارتباط برقرار كنند. موجهای فراصوتی نیز مانند موجهای صوتی در برخورد با چیزهای سخت بازتابش پیدا می‌كنند و در سونوگرافی همین ویژگی به كار می‌آید. دستگاه مولد موج را در نقطه‌ی خاصی از بدن كه می‌خواهند از آن‌جا عكس‌برداری كنند، می‌گذارند. این دستگاه در زمانهای بسیار كوتاه(یك تا پنج میلیونیم ثانیه) نزدیك 200 ضربه‌ی موجی می‌فرستند. این موجها در بدن نفوذ می‌كنند و در مسیر خود به محیط‌هایی برخورد می‌كنند كه چگالی آنها متفاوت است. در نتیجه بخشی از این موجها متناسب با چگالی نسبی دو محیط بازتابش می شوند. امواج بازتابش شده به یك دستگاه گیرنده‌ی موج می‌رسند. این دستگاه متناسب با انرژی امواج فراصوتی بازتابیده، جریان الكتریكی پدید می‌آورد و این جریان در یك اسیلوسكوپ، نقطه‌ها‌ی نورانی ایجاد می‌كند. روشنایی نقطه‌ها روی صفحه‌ی اسیلوسكوپ، كه مانند صفحه‌ی تلویزیون است، تصویری را بازآفرینی می‌كند كه با توجه به آن میتوان از وجود غده یا شكستگی استخوان و حتی جنسیت جنین در بدن مادر آگاه شد. 2. بیماریهای ن و زایمان (Gynocology) مانند بررسی قلب جنین ، اندازه گیری قطر سر (سن جنین) ، بررسی جایگاه اتصال جفت و محل ناف ، تومورهای . 3. بیماریهای مغز و اعصاب (Neurology) مانند بررسی تومور مغزی ، خونریزی مغزی به صورت اكوگرام مغزی یا اكوانسفالوگرافی. 4. بیماریهای چشم (ophthalmalogy) مانند تشخیص اجسام خارجی در درون چشم ، تومور عصبی ، خونریزی شبكیه ، اندازه گیری قطر چشم ، فاصله عدسی از شبكیه. 5. بیماریهای كبدی (Hepatic) مانند بررسی كیست و آبسه كبدی. 6. بیماریهای قلبی (cardology) مانند بررسی اكوكار دیوگرافی. 7. دندانپزشكی مانند اندازه‌گیری ضخامت بافت نرم در حفره‌های دهانی. 8. این امواج به علت اینكه مانند تشعشعات یونیزان عمل نمی‌كنند. بنابراین برای ن و كودكان بی‌خطر می‌باشند. 9. كاربرد درمانی (سونوتراپی) 10. كاربرد گرمایی با جذب امواج فراصوت بوسیله بدن بخشی از انرژی آن به گرما تبدیل میشود. گرمای موضعی حاصل از جذب امواج فراصوت بهبودی را تسریع می‌كند. قابلیت كشسانی كلاژن (پروتئینی ارتجاعی) را افزایش می‌دهد. كشش درscars (اسكار=جوشگاههای زخم) افزایش می‌دهد و باعث بهبود آنها میشود. اگر اسكار به بافتهای زیرین خود چسبیده باشد، باعث آزاد شدن آنها میشود. گرمای حاصل از امواج فراصوت با گرمای حاصل از گرمایش متفاوت است.
میدان فراصوتی و گونه های ترانسر
ترانسر فراصوتی، بگونه یک چشمه فراصوت کارکرده و امواج فراصوتی را گسیل می کند .این امواج در آغاز بگونه ای موازی راهی را می پیماید و سپس واگرا شده و از یکدیگر دور میشوند. بنابراین دو ناحیه بوجود می آید: یکی میدان نزدیک و دیگری میدان دور . در میدان نزدیک امواج فراصوتی پرتوهایی یکنواخت و موازی هستند و پهنه برش پرتو یا نیم رخ بانداره رویه ترانسر است . ناحیه گذری مرز میان میدان نزدیک و میدان دور است. باید گوشزد کرد که در میدان نزدیک بیشترین تعداد انترفرانس - بنابراین نا یکنواختی شدت فراصوت - دیده می شود در حالیکه در ناحیه میدان دور سطوح جبهه های موج موازی هستند . در این ناحیه انترفرانس کمتر و یکنواختی شدت انرژی فراصوتی بیشتر است . بعلت اینکه میدان نزدیک باریکترین مرزهای موازی را برای پرتو فراصوتی دارد در این ناحیه بهترین جداسازی کناری یا عمود بر محور بدست می آید. پس قطر پرتوها روی جداسازی(رزولوشن) کناری اثر می گذارد: یعنی هر چه قطر ترانسر کوچکتر باشد توان جداسازی کناری بیشتر است، در ضمن ژرفایی که از آن نگاره می گیریم کوچکتر می شود. این برابری اگر کاهش یابد بسامد افزایش یافته و شدت پرتوی که باید به یک ژرفای خاصی برسد کاهش می یابد. برای رسیدن به هدف افزایش ،می توانیم بدون تغییر بسامد و یا قطر ترانسر قطر پرتوها را کاهش دهیم.در این کار از کانونی کردن کمک گرفته می شود.