Geluidsgolven zijn drukgolven die zich verplaatsen door de aardkorst, watermassa’s en de atmosfeer. Natuurlijke geluidsfrequenties zijn de frequentiekenmerken van geluidsgolven die op efficiënte wijze trillingen in een lichaam teweegbrengen (b.v. het trommelvlies van het oor) of die het natuurlijke gevolg zijn van de trillingen van dat lichaam.
Geluidsgolven worden gecreëerd door een verstoring die zich vervolgens voortplant door een medium (b.v. korst, water, lucht). Individuele deeltjes worden niet met de golf meegezonden, maar de voortplanting van de golf veroorzaakt dat deeltjes (b.v. individuele luchtmoleculen) rond een evenwichtspositie gaan oscilleren.
Elk voorwerp heeft een unieke natuurlijke trillingsfrequentie. Trillingen kunnen worden opgewekt door de directe forceerbare verstoring van een voorwerp of door de forceerbare verstoring van het medium dat in contact staat met een voorwerp (b.v. de omringende lucht of het omringende water). Eenmaal opgewonden, worden al dergelijke trillers (d.w.z. trillende lichamen) generatoren van geluidsgolven. Wanneer bijvoorbeeld een rotsblok valt, ondergaan de omringende lucht en de inslaande korst sinusoïdale trillingen en genereren een geluidsgolf.
Trillende lichamen kunnen ook geluidsgolven absorberen. Trillende lichamen kunnen echter alleen efficiënt trillen bij bepaalde frequenties, die de natuurlijke frequenties van trilling worden genoemd. In het geval van een stemvork, indien een rondreizende sinusvormige geluidsgolf dezelfde frequentie heeft als de geluidsgolf die op natuurlijke wijze door de oscillaties van de stemvork wordt voortgebracht, kan de rondreizende drukgolf trilling van de stemvork bij die bepaalde frequentie induceren.
Mechanische resonantie treedt op bij de toepassing van een periodieke kracht met dezelfde frequentie als de natuurlijke trillingsfrequentie. Bijgevolg, als de drukschommelingen in een resonerende reizende geluidsgolf de tanden van de vork raken, ondervinden de tanden opeenvolgende krachten met geschikte tussenpozen om het genereren van geluid op de natuurlijke trillings- of natuurlijke geluidsfrequentie te produceren. Indien de resonerende lopende golf kracht blijft uitoefenen, zal de trillingsamplitude van de stemvork toenemen en zal de geluidsgolf die uit de stemvork komt, sterker worden. Als de frequenties binnen het bereik van het menselijk gehoor liggen, zal het geluid luider lijken te worden. Zangers zijn in staat glas te breken door luidkeels een noot te zingen op de natuurlijke trillingsfrequentie van het glas. De in het glas veroorzaakte trillingen kunnen zo sterk worden dat het glas zijn elastische grens overschrijdt en breekt. Soortgelijke verschijnselen doen zich voor in rotsformaties.
Alle voorwerpen hebben een natuurlijke frequentie of een reeks frequenties waarop zij vibreren.
Geluidsgolven kunnen versterken of opheffen volgens het principe van superpositie en of zij in fase of uit fase zijn met elkaar. Golven van allerlei vorm kunnen constructieve of destructieve interferentie ondergaan. Geluidsgolven vertonen ook Doppler-verschuivingen – een schijnbare verandering in frequentie als gevolg van de relatieve beweging tussen de geluidsbron en het ontvangende punt. Wanneer geluidsgolven zich in de richting van een waarnemer bewegen, verschuift het Doppler-effect de waargenomen frequenties naar boven. Wanneer geluidsgolven zich van een waarnemer verwijderen, verschuift het Dopplereffect de waargenomen frequenties naar beneden. Het Doppler-effect wordt vaak en gemakkelijk waargenomen bij de passage van vliegtuigen, treinen en auto’s.
De voortplantingssnelheid van een geluidsgolf is afhankelijk van de dichtheid van het medium van transmissie. Weersomstandigheden (b.v. temperatuur, druk, vochtigheid, enz.) en bepaalde geofysische en topografische kenmerken (b.v. bergen of heuvels) kunnen de geluidsoverdracht belemmeren. De verandering van geluidsgolven door algemeen voorkomende meteorologische omstandigheden is over het algemeen te verwaarlozen, behalve wanneer de geluidsgolven zich over lange afstanden voortplanten of afkomstig zijn van een bron met een hoge frequentie. In extreme gevallen kunnen atmosferische omstandigheden de overdracht van geluidsgolven verbuigen of veranderen.
De snelheid van het geluid door een vloeistof – in deze definitie van “vloeistof” zijn atmosferische gassen inbegrepen – is afhankelijk van de temperatuur en de dichtheid van de vloeistof. Geluidsgolven reizen sneller bij een hogere temperatuur en dichtheid van het medium. Dientengevolge neemt in een standaardatmosfeer de geluidssnelheid (uitgedrukt in het Mach-getal) af met toenemende hoogte.
Meteorologische omstandigheden die luchtlagen met sterk verschillende temperaturen creëren, kunnen geluidsgolven breken.
De geluidssnelheid in water is ongeveer vier keer zo hoog als de geluidssnelheid in lucht. SONAR-sounding van oceaangebieden is een veelgebruikt instrument van oceanografen. Eigenschappen als druk, temperatuur en zoutgehalte hebben ook invloed op de geluidssnelheid in water.
Omdat geluid zo goed onder water reist, stellen veel mariene biologen dat de introductie van door de mens gemaakt lawaai (b.v. motorgeluid, schroefcavitatie, enz.) in de oceanen in de laatste twee eeuwen de voorheen evolutionair goed aangepaste methoden van geluidscommunicatie tussen zeedieren verstoort. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat door de mens veroorzaakt lawaai de communicatie van walvissen over lange afstanden verstoort. Hoewel de implicaties van deze interferentie op lange termijn niet volledig worden begrepen, vrezen veel mariene biologen dat deze interferentie van invloed kan zijn op het paren van walvissen en kan leiden tot verdere afname of uitsterven van de populatie.
Zie ook Aerodynamica; Atmosferische samenstelling en structuur; Atmosferische inversielagen; Elektromagnetisch spectrum; Energietransformaties; Seismograaf; Seismologie