Gli ultrasuoni sono vibrazioni sonore che hanno frequenze superiori a quelle mediamente percepite dall’orecchio umano (la soglia è quella dei 20 kHz), ma che alcuni animali, quali insetti, pipistrelli, cani, delfini e balene hanno la capacità di udire ed anche di utilizzare per comunicare fra loro.

Gli ultrasuoni si propagano per fasci rettilinei in modo simile ai fasci luminosi e sono soggetti come ogni altro tipo di fenomeno ondulatorio a riflessione (cioè cambiano direzione quando incontrano un altro materiale riflettente, provocando un’eco), rifrazione (cioè possono subire una deviazione quando passano a un mezzo in cui la loro velocità di propagazione cambia) e diffrazione (deviano la loro traiettoria di propagazione quando incontrano un ostacolo).

Se già Pitagora, nel VI secolo a.C., aveva intuito la diversità di suono emesso da differenti lunghezze di corde di strumenti musicali, sarà Joule, nel diciannovesimo secolo, a sviluppare lo studio sugli ultrasuoni e la loro generazione.
Altre indagini sul metodo di generazione degli ultrasuoni sono dovute ai fratelli Pierre e Jacques Curie, nel 1880, con lo studio sul quarzo e sui sali di Rochelle (tartrato di sodio e potassio).

Con il cosiddetto effetto piezoelettrico scoperto dai fratelli Curie è possibile convertire l’energia elettrica in energia meccanica.
Qui, cristalli quali quarzo o tormalina, avendo la capacità di subire variazioni di dimensione se sottoposti a un campo elettrico, possono produrre una differenza di potenziale in seguito a una compressione. Il campo di corrente, comprimendosi e dilatandosi, emette infatti delle vibrazioni, ovvero gli ultrasuoni.

Le diverse frequenze degli ultrasuoni dipendono dal materiale, così come dai macchinari utilizzati. Ogni materiale, infatti, presenta diversi indici di assorbimento. Nei mezzi solidi e liquidi si ha un’ottima propagazione, mentre nei gas, soprattutto a frequenze elevate, si ha una cattiva propagazione.
Raccogliendo dati da questo fenomeno, è possibile effettuare diversi tipi di analisi, utilizzate in vari ambiti, come ad esempio quello medico e quello tecnologico.
Tipico il loro utilizzo per i sonar, in campo navale, grazie alla loro proprietà di riflessione, ed anche per quanto riguarda saldature di materiali plastici e metalli.

Molti strumenti scientifici sfruttano il principio per cui un’onda ultrasonica, colpendo un oggetto, crea un effetto di diffusione. Una parte di essa viene assorbita, mentre una parte viene riflessa.
In campo medico, la loro maggiore utilizzazione è quella nel campo della diagnostica per immagini basata sugli echi prodotti da un fascio di ultrasuoni che attraversa un organo o un tessuto, ovvero l’ecografia.
Utilizzata in vari ambiti, da quello radiologico, internistico, chirurgico ed ostetrico, l’ecografia consiste in un metodo di indagine clinica non invasiva, estremamente sicura ed affidabile, utilissima sia in fase diagnostica che per monitorare patologie accertate.

Qui gli ultrasuoni possono essere utilizzati anche per ottenere immagini di sezioni corporee assieme alla TAC, ovvero la tomografia assiale computerizzata (Tc-ecotomografia), oppure per studiare immagini del flusso sanguigno e del cuore.
In questo caso parliamo di ecografie doppler e di ecocolordoppler, che integrano le immagini prodotte dall’ecodoppler colorando i flussi sanguigni consentendone un’analisi ancora più precisa.