В 1850-х американцы додумались с помощью звука исследовать поверхность дна Атлантического океана, чтобы сориентироваться, как прокладывать через океан кабель телеграфа. Звук исходил снова-таки от подводного колокола, а команда на корабле принимала сигнал через спущенные с палубы трубы. Увы, идея себя не оправдала: звон колокола оказался слишком тихим, и морской шум попросту заглушил его. Тогда ученые поняли, что обычные звуковые частоты для передачи сигналов под водой не подходят — нужно генерировать акустические волны с большей частотой, направляя их организованными пучками.
Тридцать лет спустя французским физикам Пьеру и Жаку Кюри удалось обнаружить так называемое пьезоэлектричество («электричество от нажатия»). Возникало оно в кристаллах, когда их сдавливали, и чем сильнее, тем большей была величина заряда. Поставив обратный эксперимент, Кюри пропустили через кристалл ток с переменным напряжением, и «подопытный» завибрировал. Данный эффект ученые использовали для создания небольших ультразвуковых генераторов, а также приемников волн.
Через три года английскому исследователю Фрэнсису Гальтону (1822–1911) пришла в голову мысль, что если подуть на лезвие ножа, то получится высокочастотный свист. По этому принципу Гальтон сконструировал генератор, представляющий собой трубку, надетую на скрученный валиком лист металла с острой кромкой. Свист возникал тогда, когда воздух вдувался в трубку и попадал на острие. Используя вместо воздуха водород, можно было извлечь очень высокий звук, частотой около170 кГц (для сравнения: наше ухо разливает частоту 16–20 кГц).
Важность этих открытий была оценена на заре ХХ в., когда в войнах стали задействоваться субмарины. В начале Первой мировой за усовершенствование ультразвуковых генераторов взялись россиянин Константин Шиловский и француз Поль Ланжевен. Основываясь все на том же эффекте пьезоэлектричества, ученые изобрели прибор, предназначенный для «сканирования» водной толщи на предмет вражеских объектов. Устройство, состоящее из излучателя и приемника УЗ- колебаний, предназначалось для сугубо боевых целей, но чуть позже еще один российский физик — Сергей Соколов придумал, как использовать отражение ультразвуковых волн для обнаружения внутренних повреждений деталей на производстве.
В медицину ультразвук пришел в конце 1930-х, когда венский психиатр Карл Дуссик, вдохновившись статьей Соколова, попросил брата-физика сконструировать прибор, подобный УЗ-дефектоскопу, а затем попробовал лечить ультразвуком ревматизм и диагностировать заболевания мозга. Процедура диагностики была не очень приятной: чтобы просканировать голову больного, требовалось полностью опустить ее в воду, — к тому же результаты оказались ненадежными. Зато многочисленные опыты Дуссика показали, что новообразования в организме отражают УЗ-волны сильнее, чем здоровые ткани, и с середины ХХ в. доработанный аппарат УЗИ наконец-то вошел в медицинскую практику.