Lydbølger er trykbølger, der bevæger sig gennem jordskorpen, vandområder og atmosfæren. Naturlige lydfrekvenser angiver de frekvensegenskaber for lydbølger, der effektivt vil fremkalde vibrationer i et legeme (f.eks. øres trommehinde), eller som naturligt opstår som følge af dette legemes vibrationer.
Lydbølger skabes af en forstyrrelse, der derefter forplanter sig gennem et medium (f.eks. jordskorpen, vand, luft). Individuelle partikler overføres ikke med bølgen, men bølgens udbredelse får partikler (f.eks. individuelle luftmolekyler) til at svinge omkring en ligevægtsposition.
Alle genstande har en unik naturlig vibrationsfrekvens. Vibrationer kan fremkaldes ved direkte tvangsmæssig forstyrrelse af en genstand eller ved tvangsmæssig forstyrrelse af det medium, der er i kontakt med en genstand (f.eks. den omgivende luft eller det omgivende vand). Når de først er ophidset, bliver alle sådanne vibratorer (dvs. vibrerende legemer) til generatorer af lydbølger. Når f.eks. en sten falder ned, undergår den omgivende luft og den ramte skorpe sinusformede svingninger og genererer en lydbølge.
Vibrerende legemer kan også absorbere lydbølger. Vibrerende legemer kan dog kun vibrere effektivt ved bestemte frekvenser, de såkaldte naturlige svingningsfrekvenser. I tilfældet med en stemmegaffel, hvis en rejsende sinusformet lydbølge har samme frekvens som den lydbølge, der naturligt produceres af svingningerne i stemmegaflen, kan den rejsende trykbølge fremkalde vibrationer i stemmegaflen ved den pågældende frekvens.
Mekanisk resonans opstår ved påføring af en periodisk kraft ved samme frekvens som den naturlige vibrationsfrekvens. Når trykfluktuationerne i en resonant vandrende lydbølge rammer gaflens tænder, oplever tænderne således på hinanden følgende kræfter med passende intervaller for at frembringe lydgenerering ved den naturlige vibrations- eller naturlige lydfrekvens. Hvis den resonante vandrende bølge fortsætter med at udøve kraft, vil svingningsamplituden for stemmegaflen øges, og den lydbølge, der udgår fra stemmegaflen, vil blive stærkere. Hvis frekvenserne ligger inden for det menneskelige høreområde, vil lyden synes at blive højere. Sangere er i stand til at knuse glas ved at synge højt en tone på glassets naturlige vibrationsfrekvens. De vibrationer, der induceres i glasset, kan blive så kraftige, at glasset overskrider sin elastiske grænse og går i stykker. Lignende fænomener forekommer i klippeformationer.
Alle genstande har en naturlig frekvens eller et sæt af frekvenser, som de vibrerer ved.
Lydbølger kan potensere eller ophæve hinanden i overensstemmelse med princippet om superposition, og uanset om de er i fase eller ude af fase med hinanden. Bølger af alle former kan undergå konstruktiv eller destruktiv interferens. Lydbølger udviser også Dopplerforskydninger – en tilsyneladende ændring i frekvensen som følge af relativ bevægelse mellem lydkilden og det modtagende punkt. Når lydbølger bevæger sig mod en observatør, forskyder Doppler-effekten de observerede frekvenser højere. Når lydbølger bevæger sig væk fra en observatør, forskyder Doppler-effekten de observerede frekvenser lavere. Dopplereffekten er almindeligvis og let at observere ved passage af fly, tog og biler.
Den hastighed, hvormed en lydbølge spreder sig, afhænger af densiteten af transmissionsmediet. Vejrforhold (f.eks. temperatur , tryk, fugtighed osv.) og visse geofysiske og topografiske forhold (f.eks. bjerge eller bakker) kan hindre lydtransmission. Ændringen af lydbølger som følge af de almindeligt forekommende meteorologiske forhold er generelt ubetydelig, undtagen når lydbølgerne breder sig over store afstande eller udgår fra en højfrekvent kilde. I ekstreme tilfælde kan atmosfæriske forhold bøje eller ændre lydbølgetransmissionen.
Lydhastigheden gennem en væske – i denne definition af “væske” er atmosfæriske gasser inkluderet – afhænger af væskens temperatur og densitet. Lydbølger bevæger sig hurtigere ved højere temperatur og højere tæthed af mediet. Som følge heraf falder lydhastigheden (afspejlet i Mach-tallet) i en standardatmosfære med stigende højde.
Meteorologiske forhold, der skaber luftlag med dramatisk forskellige temperaturer, kan brække lydbølgerne.
Lydhastigheden i vand er ca. fire gange hurtigere end lydhastigheden i luft. SONAR-sondering af havets terræn er et almindeligt redskab for oceanografer. Egenskaber som tryk, temperatur og saltholdighed påvirker også lydhastigheden i vand.
Da lyd bevæger sig så godt under vand, hævder mange havbiologer, at indførelsen af menneskeskabt støj (f.eks. motorstøj, propelkavitation osv.) i havene inden for de sidste to århundreder har forstyrret tidligere evolutionært veltilpassede metoder til lydkommunikation mellem havdyr. Det er f.eks. blevet påvist, at menneskeskabt støj forstyrrer hvalers kommunikation over store afstande. Selv om man ikke fuldt ud forstår de langsigtede konsekvenser af denne forstyrrelse, frygter mange havbiologer, at denne forstyrrelse kan påvirke hvalernes parring og føre til yderligere reduktion eller udryddelse af populationerne.
Se også: Aerodynamik; Atmosfærisk sammensætning og struktur; Atmosfæriske inversionslag; Elektromagnetisk spektrum; Energitransformationer; Seismograf; Seismologi