Fale dźwiękowe to fale ciśnienia, które przemieszczają się przez skorupę ziemską, zbiorniki wodne i atmosferę. Naturalne częstotliwości dźwięku określają atrybuty częstotliwości fal dźwiękowych, które będą skutecznie wywoływać wibracje w ciele (np. błona bębenkowa ucha) lub które naturalnie wynikają z wibracji tego ciała.
Fale dźwiękowe są tworzone przez zaburzenie, które następnie rozchodzi się w ośrodku (np. skorupa ziemska, woda, powietrze). Poszczególne cząsteczki nie są przenoszone wraz z falą, ale rozchodzenie się fali powoduje, że cząsteczki (np. pojedyncze cząsteczki powietrza) oscylują wokół pozycji równowagi.
Każdy obiekt ma unikalną częstotliwość drgań własnych. Wibracje mogą być wywołane przez bezpośrednie wymuszone zaburzenie obiektu lub wymuszone zaburzenie ośrodka mającego kontakt z obiektem (np. otaczającego powietrza lub wody). Po wzbudzeniu, wszystkie takie wibratory (tj. ciała wibrujące) stają się generatorami fal dźwiękowych. Na przykład, gdy skała spada, otaczające ją powietrze i uderzona skorupa poddawane są sinusoidalnym oscylacjom i generują falę dźwiękową.
Ciała wibrujące mogą również pochłaniać fale dźwiękowe. Ciała wibrujące mogą jednak efektywnie drgać tylko przy pewnych częstotliwościach zwanych częstotliwościami drgań własnych. W przypadku widełek stroikowych, jeśli podróżująca sinusoidalna fala dźwiękowa ma taką samą częstotliwość jak fala dźwiękowa naturalnie wytwarzana przez oscylacje widełek stroikowych, podróżująca fala ciśnienia może wywołać drgania widełek stroikowych o tej właśnie częstotliwości.
Rezonans mechaniczny występuje przy zastosowaniu okresowej siły o tej samej częstotliwości co częstotliwość drgań własnych. W związku z tym, gdy wahania ciśnienia w rezonansowej fali dźwiękowej uderzają w ząbki widelca, ząbki doświadczają kolejnych sił w odpowiednich odstępach czasu, aby wytworzyć dźwięk o naturalnej częstotliwości wibracji lub dźwięku naturalnego. Jeżeli rezonansowa fala wędrująca nadal wywiera siłę, amplituda oscylacji widelca będzie wzrastać, a fala dźwiękowa wydobywająca się z widelca będzie coraz silniejsza. Jeśli częstotliwości są w zakresie ludzkiego słuchu, dźwięk będzie się wydawał coraz głośniejszy. Śpiewacy są w stanie rozbić szkło poprzez głośne śpiewanie nut o naturalnej częstotliwości drgań szkła. Wibracje wywołane w szkle mogą stać się tak silne, że szkło przekroczy swoją granicę sprężystości i pęknie. Podobne zjawiska występują w formacjach skalnych.
Wszystkie obiekty mają częstotliwość drgań własnych lub zestaw częstotliwości, przy których drgają.
Fale dźwiękowe mogą się wzmacniać lub zanikać zgodnie z zasadą superpozycji oraz niezależnie od tego, czy są w fazie, czy poza fazą. Fale wszystkich form mogą ulegać konstruktywnej lub destrukcyjnej interferencji. Fale dźwiękowe wykazują również przesunięcia dopplerowskie – pozorną zmianę częstotliwości spowodowaną względnym ruchem pomiędzy źródłem emisji dźwięku a punktem odbioru. Gdy fale dźwiękowe poruszają się w kierunku obserwatora, efekt Dopplera powoduje przesunięcie obserwowanych częstotliwości wyżej. Kiedy fale dźwiękowe oddalają się od obserwatora, efekt Dopplera przesuwa obserwowane częstotliwości niżej. Efekt Dopplera jest powszechnie i łatwo zaobserwować w przejściu samolotów, pociągów i samochodów.
Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej zależy od gęstości medium transmisji. Warunki pogodowe (np. temperatura, ciśnienie, wilgotność itp.) oraz pewne cechy geofizyczne i topograficzne (np. góry lub wzgórza) mogą utrudniać transmisję dźwięku. Zmiana fal dźwiękowych przez powszechnie spotykane warunki meteorologiczne jest na ogół nieistotna, z wyjątkiem sytuacji, gdy fale dźwiękowe rozchodzą się na duże odległości lub pochodzą ze źródła o wysokiej częstotliwości. W skrajnych przypadkach warunki atmosferyczne mogą zaginać lub zmieniać transmisję fal dźwiękowych.
Prędkość dźwięku w płynie – w tym w tej definicji „płynu” są gazy atmosferyczne – zależy od temperatury i gęstości płynu. Fale dźwiękowe poruszają się szybciej w wyższej temperaturze i gęstości medium. W rezultacie, w standardowej atmosferze prędkość dźwięku (odzwierciedlona w liczbie Macha) maleje wraz ze wzrostem wysokości.
Warunki meteorologiczne, które tworzą warstwy powietrza o dramatycznie różnych temperaturach mogą załamywać fale dźwiękowe.
Prędkość dźwięku w wodzie jest około cztery razy większa niż prędkość dźwięku w powietrzu. Sondowanie SONAR-em terenu oceanu jest powszechnym narzędziem oceanografów. Właściwości takie jak ciśnienie, temperatura i zasolenie również wpływają na prędkość dźwięku w wodzie.
Ponieważ dźwięk przemieszcza się tak dobrze pod wodą, wielu biologów morskich twierdzi, że wprowadzenie hałasu spowodowanego przez człowieka (np. hałas silnika, kawitacja śmigła itp.) do oceanów w ciągu ostatnich dwóch stuleci zakłóca wcześniej ewolucyjnie dobrze przystosowane metody komunikacji dźwiękowej między zwierzętami morskimi. Wykazano na przykład, że hałas spowodowany przez człowieka zakłóca komunikację wielorybów na duże odległości. Chociaż długoterminowe implikacje tych zakłóceń nie są w pełni zrozumiałe, wielu biologów morskich obawia się, że zakłócenia te mogą wpłynąć na kojarzenie wielorybów i doprowadzić do dalszego zmniejszenia populacji lub wyginięcia.
Zobacz także Aerodynamika; Skład i struktura atmosfery; Warstwy inwersyjne atmosfery; Widmo elektromagnetyczne; Przemiany energii; Sejsmograf; Sejsmologia
.