Фокусировка звука - преобразование плоских или расходящихся сферических или цилиндрических акустических волн в сходящиеся. Так же как для оптических и радиоволн, фокусировка звука осуществляется методами отражения или преломления.

Основными характеристиками качества фокусировки звука являются форма и размеры фокальной области и так называемый коэффициент усиления по звуковому давлению, представляющий собой отношение звукового давления в центре (или на оси) фокальной области к давлению на входе системы. Для простейшего случая осесимметричного круглого пучка, сходящегося под малым углом, основная энергия оказывается сосредоточенной внутри фокального пятна, представляющего собой в данном случае окружность радиусом r₀ = 0,61λF/R, а коэффициент усиления, без учёта потерь, равен К =πR²/λF, где λ – длина волны, F – фокусное расстояние, R – радиус зрачка фокусирующей системы.

Фокусирование ультразвуковых лучей можно производить с помощью линз на основе закона преломления. Но при этом, если линза изготавливается из твердого материала, в котором скорость звука больше, чем в окружающей среде, то собирательной линзой будет линза с вогнутыми поверхностями (рис. 1), а не с выпуклыми, как в оптике.

Зная величину скорости звука в материале собирательной линзы (с₂) и в окружающей среде (с₁), нетрудно найти связь между кривизной поверхностей линзы и ее фокусным расстоянием для параксиальных пучков. В приближении, которое обычно применяется в оптике, получаем:

(1)

где R₁ и R₂ – радиусы кривизны поверхностей линзы, d – ее толщина по главной оси; знак минус соответствует мнимому фокусу выпуклой линзы, для которой радиусы кривизны должны быть приняты отрицательными. Для плоско-вогнутой линзы (R₁ = ∞) с радиусом кривизны вогнутой поверхности R₂ = R формула (1) дает

Для расчета усиления ультразвука в фокусе собирательной линзы необходимо учитывать, кроме волновых сопротивлений, такие факторы, как зависимость коэффициента прохождения волны через линзу от угла падения, от поглощения ультразвука в материале линзы, влияние нелинейных эффектов на фокусирование ультразвука.

Фокусировка звука используется для получения звукового изображения в звуковизорах, в ультразвуковом микроскопе, в системах звуковой голографии и т.п.; для формирования заданной характеристики направленности акустических излучателей и приёмников; в системах сканирования ультразвукового луча в приборах медицинской диагностики и т.п.; для концентрации ультразвуковой энергии с целью её использования в технологических процессах, в ультразвуковой хирургии и т.п.

Естественная фокусировка звука наблюдается, например, в пещерах со сводчатым потолком. Частичная фокусировка звука наблюдается в подводном звуковом канале в морях и океанах. В процессе фокусировка звука происходит концентрация энергии звуковых волн, которая достигает максимальной величины в фокусе, совпадающем обычно с радиусом кривизны сходящегося волнового фронта. Для фокусировки звука пользуются фокусирующими системами, которые подразделяются на активные и пассивные. Первые представляют собой вогнутый излучатель, непосредственно создающий сходящийся волновой фронт (например, концентраторы акустические), тогда как вторые изменяют акустическую длину пути kL (где k – волновое число, L – геометрическая длина пути) таким образом, что преобразуют плоский или расходящийся волновой фронт в сходящийся (например, акустические линзы или зеркала). На рисунке 1 показан способ фокусировки с помощью акустического зеркала.

Теневой метод визуализации ультразвуковых полей сводится к просветлению участков среды с измененным оптическим показателем преломления. Поскольку последний меняется в фазе с плотностью, т. е. с давлением, то теневая фотография, экспонируемая в течение времени, значительно превышающего период ультразвуковых колебаний, регистрирует общее просветление области среды, «занятой» ультразвуковым пучком, позволяя изучить его структуру и геометрию.

На рис.1 приведена теневая фотография ультразвукового пучка, сфокусированного акустической линзой.

Линза акустическая - устройство для изменения сходимости звукового пучка (фокусировки звука). Подобно оптическим линзам, акустические линзы ограничены двумя рабочими поверхностями и выполняются из материала, скорость звука в котором отлична от скорости звука в окружающей среде, с тем, чтобы показатель преломления n отличался от единицы. Для достижения наибольшей прозрачности волновое сопротивление этого материала должно быть близко к волновому сопротивлению среды, а вязкие потери в нём — минимальны. Акустические линзы могут быть твёрдыми, жидкими и газообразными, в последних двух случаях твёрдая оболочка линзы должна обладать наибольшей прозрачностью. Для работы в жидких средах материалом линзы являются пластмассы (n = 0,5—0,8), хлороформ, четырёххлористый углерод (n = 1,3—1,4). Для работы в газах, например в воздухе, наряду с линзами, наполненными водородом или углекислым газом, применяются т. н. неоднородные акустические линзы, объём которых заполнен шариками, сетками и т. п. Неоднородные рассеивающие воздушные линзы применяются для улучшения характеристик направленности громкоговорителей. Твёрдые и жидкие линзы служат для получения звуковых изображений, для целей дефектоскопии, медицинской диагностики, а также для концентрации ультразвука при различных его технологических и биологических применениях.