Ultrageluid

Ultrasoon geluid of ultrageluid is net als ander geluid een trillingsgolf, maar met een frequentie die te hoog is om door het menselijk gehoor te worden waargenomen. Het menselijk gehoor neemt namelijk alleen geluiden waar met een frequentie van 16 tot 20 kHz. Daaronder wordt gesproken van infrageluid en boven de 20 kHz spreekt men van ultrageluid. Hoewel dat ultrageluid voor ons gehoor niet waarneembaar is, is het bestaan ervan al sinds de negentiende eeuw bekend dankzij de geleerde Francis Galton. In de Eerste Wereldoorlog werd ultrageluid gebruikt om vijandelijke onderzeeërs te detecteren met behulp van sonarapparatuur.

Ultrageluid en dieren

Mensen kunnen ultrageluid niet horen, maar veel dieren wel. Dat geldt bijvoorbeeld voor honden en dolfijnen. Sommige dieren brengen geluiden met dezelfde hoge frequenties voort om te communiceren en zich te oriënteren. Vleermuizen, walvissen en muizen gebruiken bijvoorbeeld dagelijks ultrageluid.
Er zijn ook ultrasone apparaten om schadelijk geachte diersoorten af te schrikken. Zo zijn er apparaten die ultrageluid produceren om insecten (mieren, kakkerlakken, muggen), katten of knaagdieren op afstand te houden. Zulke apparaten worden zowel binnen gebruikt als in de tuin (om mollen, muizen of konijnen te verjagen), om het motorcompartiment van auto's te beschermen of om bepaalde gebouwen te beschermen tegen vervuiling door vogels, en dan vooral duiven.

Productie van ultrageluid

Ter aanwending van ultrageluid worden verschillende zenders gebruikt die geluid van hoge frequentie voortbrengen. Al die apparaten berusten op hetzelfde principe, namelijk omvorming van elektrische energie in mechanische energie.

• Piëzo-elektrische generatoren: Tussen twee metalen schijven die op een wisselstroombron zijn aangesloten, zijn kwartslamellen gelijmd. De stroom vervormt de lamellen en wekt trillingen op met een frequentie die gelijk is aan de toegepaste spanning.
• Magnetostrictieve generatoren: De afmetingen van een ferromagnetisch voorwerp veranderen in een magnetisch veld. Dit wordt magnetostrictie genoemd. De inkrimping die daar het gevolg van is veroorzaakt een hoogfrequente trilling van maximaal 50 kHz.
• Elektrostrictieve generatoren: Deze maken gebruik van elektrostrictie, dat wil zeggen het verschijnsel dat de afmetingen van sommige keramische materialen veranderen onder invloed van een variabel elektrisch veld. Die variaties veroorzaken hoogfrequente trillingen en dus ultrageluid.

Ultrageluid kan gedetecteerd en gemeten worden met dezelfde apparaten, die dan veranderen in ultrasoonontvangers. Ze meten de elektrische spanning die door de mechanische ultrasone trillingen is veroorzaakt.

Eigenschappen van ultrageluid

Het feit dat ultrageluid vele toepassingsgebieden heeft, is te danken aan de veelzijdige eigenschappen: ultrasone geluidsgolven planten zich zowel door de lucht als in gassen en vloeistoffen voort. Afhankelijk van het voortplantingsmedium veroorzaken variaties in frequentie en druk verschillende effecten, zoals verandering van de brekingsindex, luminescentie, ultrasone cavitatie, desintegratie van materialen, stilvallen van gistingsprocessen, depolymerisatie en fragmentatie van moleculen. Deze termen zijn veelal voer voor ingewijden, maar geven wel aan dat het gebruik van ultrageluid wijdverbreid is in een groot aantal sectoren, zoals de industrie, de gezondheidszorg, de chemie en de geneeskunde. Ontdek al onze producten

Toepassingen van ultrageluid

Ultrageluid is een veelgebruikt middel op onder meer technisch, medisch, industrieel, militair en meteorologisch gebied.

• Ultrageluid en obstakeldetectie

Door geluidsgolven met hoge frequentie uit te zenden en de tijd te meten tussen de uitzending van dat ultrageluid en de ontvangst van de echo na weerkaatsing door een obstakel, kunnen voorwerpen in de omgeving worden gedetecteerd. Deze techniek wordt veel gebruikt onder water, bijvoorbeeld om vijandige onderzeeërs of ijsbergen te lokaliseren. De apparatuur die daarvoor wordt gebruikt heet sonarapparatuur.

• Industriële toepassingen van ultrageluid

Hoogfrequent geluid worden in de werktuigbouw gebruikt voor machinale bewerkingen en het boren en lassen van bepaalde onderdelen. Ultrageluid is tevens zeer geschikt om materiaaloppervlakken te onderzoeken, onzichtbare (inwendige) materiaalbewerkingsfouten op te sporen en de dikte van materialen te meten of verifiëren. Hoogfrequente geluidsgolven worden ook gebruikt om onderdelen in de luchtvaart of werktuigbouw te behandelen en precisie-instrumenten in de juwelenindustrie of uurwerkindustrie te reinigen. Ook in de voedingsindustrie wordt ultrageluid soms gebruikt om materieel te reinigen.

• Medische toepassingen van ultrageluid

Ultrageluid vormt de basis van echografie. Via een sonde die op de huid wordt geplaatst, kan op niet-invasieve wijze onderzoek worden verricht aan de organen. Echografie is een veelgebruikt diagnosemiddel, dat voor verschillende delen van het lichaam wordt gebruikt (urinewegen, vrouwelijke organen, gewrichten enz.). Er kunnen stoornissen en letsels als cysten, nierstenen of fibromen mee worden ontdekt. Echografie is een beeldtechnologie die artsen en onderzoekers zeer goede diensten bewijst bij het stellen van diagnoses, maar ook bij het maken van referentiebeelden.
Een andere medische techniek waarbij ultrageluid wordt gebruikt is doppleronderzoek, met behulp waarvan de bloedsomloop kan worden geobserveerd.
Medische toepassingen van ultrageluid beperken zich echter niet tot diagnose van de gezondheidstoestand. Ultrasoontechnologie wordt ook gebruikt voor de behandeling van verschillende aandoeningen. Ultrageluid kan bijvoorbeeld ongewenst weefsel (zoals adenofibromen of tumoren) vernietigen of op niet-invasieve wijze nierstenen vergruizen zodat ze gemakkelijker kunnen worden verwijderd.
Ook in de kinesitherapie worden hoogfrequente geluidsgolven gebruikt ter behandeling van plaatselijke spier-, gewrichts- of peesontstekingen. Er wordt dan een ultrasoongenerator gebruikt om de bloedsomloop te verbeteren en de pijn te verlichten door middel van de geproduceerde warmte.
Ten slotte dient ultrageluid om bepaalde medische instrumenten te reinigen in een ultrasoonbad, waarbij de kleine belletjes die in de reinigingsoplossing ontstaan het aangekoekte vuil losweken. Het blijft dan echter wel nodig het materiaal te steriliseren.

Ultrageluid en windmeting

Hoogfrequente geluidsgolven worden ook in de meteorologie gebruikt, vooral om de windrichting en windkracht te meten. Windmeters, meetapparaten die naast thermometers, regenmeters en andere windwijzers worden gebruikt in weerstations, zijn voorzien van ultrasoontransducers. Over de windrichtingsassen noord-zuid en west-oost wordt een ultrasoonsignaal verstuurd, waarbij de richting van het ontvangen signaal bepalend is voor de windrichting en windkracht.

Andere toepassingen van ultrageluid

Naast de genoemde toepassingen worden ultrasone geluidsgolven in veel andere gebieden toegepast. Zo worden ze gebruikt bij bodemonderzoek om mineraallagen op te sporen, in de biologie om een stabiele emulsie te verkrijgen of in de fotografie om hologrammen te maken. Door middel van obstakeldetectie wordt ultrageluid zelfs gebruikt in producten die bedoeld zijn om de mobiliteit van blinden en slechtzienden te verbeteren.