Undele sonore sunt unde de presiune care se deplasează prin scoarța terestră, corpurile de apă și atmosferă. Frecvențele sonore naturale specifică atributele de frecvență ale undelor sonore care vor induce în mod eficient vibrații într-un corp (de exemplu, membrana timpanică a urechii) sau care rezultă în mod natural din vibrațiile acelui corp.
Undele sonore sunt create de o perturbație care apoi se propagă printr-un mediu (de exemplu, scoarță, apă, aer). Particulele individuale nu sunt transmise odată cu unda, dar propagarea undei face ca particulele (de exemplu, moleculele individuale de aer) să oscileze în jurul unei poziții de echilibru.
Care obiect are o frecvență naturală unică de vibrație. Vibrația poate fi indusă prin perturbarea forțată directă a unui obiect sau prin perturbarea forțată a mediului în contact cu un obiect (de exemplu, aerul sau apa din jur). Odată excitați, toți acești vibratori (adică corpurile vibratoare) devin generatori de unde sonore. De exemplu, atunci când o stâncă se prăbușește, aerul înconjurător și scoarța lovită suferă oscilații sinusoidale și generează o undă sonoră.
Corpurile vibratoare pot, de asemenea, absorbi unde sonore. Cu toate acestea, corpurile vibrante pot vibra eficient numai la anumite frecvențe numite frecvențe naturale de oscilație. În cazul unui diapazon, dacă o undă sonoră sinusoidală care se deplasează are aceeași frecvență ca și unda sonoră produsă în mod natural de oscilațiile diapazonului, unda de presiune care se deplasează poate induce vibrația diapazonului la acea anumită frecvență.
Rezonanța mecanică are loc cu aplicarea unei forțe periodice la aceeași frecvență ca și frecvența naturală de vibrație. În consecință, pe măsură ce fluctuațiile de presiune dintr-o undă sonoră călătoare rezonantă lovesc pintenii diapazonului, aceștia sunt supuși unor forțe succesive la intervale corespunzătoare pentru a produce generarea sunetului la frecvența naturală de vibrație sau de sunet natural. Dacă unda călătoare rezonantă continuă să exercite o forță, amplitudinea de oscilație a diapazonului va crește, iar unda sonoră emanată de diapazon va deveni mai puternică. Dacă frecvențele se încadrează în gama de frecvențe a auzului uman, sunetul va părea să devină mai puternic. Cântăreții sunt capabili să spargă sticla cântând cu voce tare o notă la frecvența de vibrație naturală a sticlei. Vibrațiile induse în sticlă pot deveni atât de puternice încât sticla își depășește limita de elasticitate și se sparge. Fenomene similare au loc în formațiunile stâncoase.
Toate obiectele au o frecvență naturală sau un set de frecvențe la care vibrează.
Undele sonore se pot potența sau anula în concordanță cu principiul superpoziției și dacă sunt în fază sau defazate una față de cealaltă. Undele de toate formele pot suferi interferențe constructive sau distructive. Undele sonore prezintă, de asemenea, deplasări Doppler – o schimbare aparentă a frecvenței datorată mișcării relative între sursa de emisie a sunetului și punctul de recepție. Atunci când undele sonore se deplasează spre un observator, efectul Doppler deplasează mai sus frecvențele observate. Atunci când undele sonore se îndepărtează de un observator, efectul Doppler deplasează frecvențele observate mai jos. Efectul Doppler este frecvent și ușor de observat la trecerea avioanelor, trenurilor și automobilelor.
Viteza de propagare a unei unde sonore depinde de densitatea mediului de transmisie. Condițiile meteorologice (de exemplu, temperatura , presiunea, umiditatea , etc.) și anumite caracteristici geofizice și topografice (de exemplu, munți sau dealuri) pot obstrucționa transmiterea sunetului. Alterarea undelor sonore de către condițiile meteorologice întâlnite în mod obișnuit este, în general, neglijabilă, cu excepția cazului în care undele sonore se propagă pe distanțe mari sau emană de la o sursă de înaltă frecvență. În cazuri extreme, condițiile atmosferice pot curba sau altera transmisia undelor sonore.
Viteza sunetului printr-un fluid – în această definiție a „fluidului” sunt incluse și gazele atmosferice – depinde de temperatura și densitatea fluidului. Undele sonore se deplasează mai repede la temperaturi și densități mai mari ale mediului. Ca urmare, într-o atmosferă standard, viteza sunetului (reflectată în numărul Mach) scade odată cu creșterea altitudinii.
Condițiile meteorologice care creează straturi de aer la temperaturi extrem de diferite pot refracta undele sonore.
Viteza sunetului în apă este de aproximativ patru ori mai rapidă decât viteza sunetului în aer. Sondajul SONAR al terenului oceanic este un instrument obișnuit al oceanografilor. Proprietăți precum presiunea, temperatura și salinitatea influențează, de asemenea, viteza sunetului în apă.
Pentru că sunetul călătorește atât de bine sub apă, mulți biologi marini susțin că introducerea zgomotului produs de om (de exemplu, zgomotul motoarelor, cavitația elicei etc.) în oceane în ultimele două secole interferează cu metodele de comunicare sonoră între animalele marine, anterior bine adaptate din punct de vedere evolutiv. De exemplu, s-a demonstrat că zgomotul produs de om interferează cu comunicațiile pe distanțe lungi ale balenelor. Deși implicațiile pe termen lung ale acestei interferențe nu sunt pe deplin înțelese, mulți biologi marini se tem că această interferență ar putea avea un impact asupra împerecherii balenelor și ar putea duce la reduceri suplimentare ale populației sau la extincție.
Vezi și Aerodinamică; Compoziția și structura atmosferei; Straturi de inversiune atmosferică; Spectrul electromagnetic; Transformări de energie; Seismograf; Seismologie
.