A hanghullámok olyan nyomáshullámok, amelyek a földkéregben, a víztestekben és a légkörben terjednek. A természetes hangfrekvenciák a hanghullámok azon frekvenciajellemzőit határozzák meg, amelyek hatékonyan váltanak ki rezgést egy testben (pl. a fül dobhártyájában), vagy amelyek természetes módon az adott test rezgéséből erednek.
A hanghullámokat egy zavarás hozza létre, amelyek aztán terjednek egy közegben (pl. kéreg, víz, levegő). Az egyes részecskék nem terjednek a hullámmal, de a hullám terjedése a részecskéket (pl. az egyes levegőmolekulákat) egy egyensúlyi helyzet körül rezgésre készteti.
Minden tárgynak van egy egyedi rezgési sajátfrekvenciája. A rezgés előidézhető egy tárgy közvetlen erőszakos megzavarásával vagy a tárggyal érintkező közeg (pl. a környező levegő vagy víz) erőszakos megzavarásával. A gerjesztés után minden ilyen vibrátor (azaz rezgőtest) hanghullámok generátorává válik. Például, amikor egy kő lezuhan, a környező levegő és a becsapódó kéreg szinuszos rezgéseken megy keresztül, és hanghullámot generál.
A rezgőtestek hanghullámokat is elnyelhetnek. A rezgő testek azonban csak bizonyos frekvenciákon, az úgynevezett saját rezgési frekvenciákon képesek hatékonyan rezegni. Egy hangvilla esetében, ha egy vándorló szinuszos hanghullámnak ugyanaz a frekvenciája, mint a hangvilla rezgései által természetes módon létrehozott hanghullámnak, akkor a vándorló nyomáshullám képes a hangvilla rezgését az adott frekvencián előidézni.
Mechanikai rezonancia a természetes rezgési frekvenciával azonos frekvenciájú periodikus erő alkalmazásával jön létre. Ennek megfelelően, ahogy a rezonáns vándorló hanghullám nyomásingadozásai a hangvilla tüskéire hatnak, a tüskék megfelelő időközönként egymást követő erőket tapasztalnak, hogy a természetes rezgési vagy természetes hangfrekvencián hangot hozzanak létre. Ha a rezonáns terjedő hullám továbbra is erőt fejt ki, a hangvilla rezgésének amplitúdója megnő, és a hangvillából kiinduló hanghullám erősödik. Ha a frekvenciák az emberi hallás tartományán belül vannak, a hang látszólag egyre hangosabb lesz. Az énekesek képesek üveget törni, ha hangosan elénekelnek egy hangot az üveg természetes rezgési frekvenciáján. Az üvegben indukált rezgések olyan erőssé válhatnak, hogy az üveg túllépi a rugalmassági határát, és eltörik. Hasonló jelenségek fordulnak elő kőzetképződményekben.
Minden tárgynak van egy saját frekvenciája vagy frekvenciakészlete, amelyen rezeg.
A hanghullámok a szuperpozíció elvének megfelelően erősödhetnek vagy kiolvadhatnak, és attól függően, hogy fázisban vagy fázison kívül vannak-e egymással. A hullámok minden formája konstruktív vagy destruktív interferencián mehet keresztül. A hanghullámok Doppler-eltolódást is mutatnak – a frekvencia látszólagos változását a hangkibocsátás forrása és a befogadó pont közötti relatív mozgás miatt. Amikor a hanghullámok a megfigyelő felé mozognak, a Doppler-effektus a megfigyelt frekvenciákat magasabbra tolja. Amikor a hanghullámok távolodnak a megfigyelőtől, a Doppler-effektus a megfigyelt frekvenciákat lejjebb tolja. A Doppler-effektus gyakran és könnyen megfigyelhető repülőgépek, vonatok és autók áthaladásakor.
A hanghullám terjedési sebessége az átviteli közeg sűrűségétől függ. Az időjárási viszonyok (pl. hőmérséklet , nyomás, páratartalom stb.) és bizonyos geofizikai és topográfiai jellemzők (pl. hegyek vagy dombok) akadályozhatják a hangátvitelt. A hanghullámoknak az általánosan előforduló meteorológiai körülmények által okozott változása általában elhanyagolható, kivéve, ha a hanghullámok nagy távolságokra terjednek, vagy nagyfrekvenciás forrásból származnak. Szélsőséges esetekben a légköri körülmények elhajlíthatják vagy megváltoztathatják a hanghullámok terjedését.
A hang sebessége egy folyadékon keresztül – a “folyadék” ezen meghatározásába a légköri gázok is beletartoznak – a folyadék hőmérsékletétől és sűrűségétől függ. A hanghullámok magasabb hőmérsékleten és sűrűségű közegben gyorsabban terjednek. Ennek eredményeként egy normál légkörben a hangsebesség (ami a Mach-számban tükröződik) a magasság növekedésével csökken.
Az olyan meteorológiai körülmények, amelyek drámaian eltérő hőmérsékletű légrétegeket hoznak létre, megtörhetik a hanghullámokat.
A hangsebesség a vízben körülbelül négyszer gyorsabb, mint a hangsebesség a levegőben. Az óceáni terep SONAR-hangmérése az oceanográfusok gyakori eszköze. Az olyan tulajdonságok, mint a nyomás, a hőmérséklet és a sótartalom szintén befolyásolják a hang sebességét a vízben.
Mivel a hang olyan jól terjed a víz alatt, sok tengerbiológus azt állítja, hogy az ember által az óceánokba az elmúlt két évszázadban bevezetett mesterséges zaj (pl. motorzaj, hajócsavarok kavitációja stb.) zavarja a tengeri állatok közötti hangkommunikáció korábban evolúciósan jól adaptált módszereit. Az ember által keltett zaj például bizonyítottan zavarja a bálnák nagy hatótávolságú kommunikációját. Bár ennek a zavarásnak a hosszú távú következményei még nem teljesen tisztázottak, sok tengerbiológus attól tart, hogy ez a zavarás hatással lehet a bálnák párzására, és további populációcsökkenéshez vagy kihaláshoz vezethet.
Lásd még: Aerodinamika; Légkör összetétele és szerkezete; Légköri inverziós rétegek; Elektromágneses spektrum; Energiaátalakulások; Szeizmográf; Szeizmológia
.