Ljudvågor är tryckvågor som rör sig genom jordskorpan, vattenmassor och atmosfären. Naturliga ljudfrekvenser anger de frekvensattribut för ljudvågor som effektivt framkallar vibrationer i en kropp (t.ex. örats trumhinnor) eller som naturligt uppstår genom vibrationer i denna kropp.
Ljudvågor skapas av en störning som sedan fortplantar sig genom ett medium (t.ex. jordskorpan, vatten, luft). Enskilda partiklar överförs inte med vågen, men vågens utbredning får partiklar (t.ex. enskilda luftmolekyler) att svänga kring ett jämviktsläge.
Varje föremål har en unik naturlig vibrationsfrekvens. Vibrationer kan framkallas genom direkt forcerad störning av ett föremål eller genom forcerad störning av det medium som är i kontakt med ett föremål (t.ex. den omgivande luften eller vattnet). När de väl är exciterade blir alla sådana vibratorer (dvs. vibrerande kroppar) generatorer av ljudvågor. När till exempel en sten faller, genomgår den omgivande luften och den påverkade jordskorpan sinusformiga svängningar och genererar en ljudvåg.
Vibrerande kroppar kan också absorbera ljudvågor. Vibrerande kroppar kan dock effektivt vibrera endast vid vissa frekvenser som kallas naturliga svängningsfrekvenser. I fallet med en stämgaffel, om en resande sinusformad ljudvåg har samma frekvens som den ljudvåg som naturligt produceras av stämgaffelns svängningar, kan den resande tryckvågen framkalla vibrationer i stämgaffeln vid just den frekvensen.
Mekanisk resonans uppstår när man applicerar en periodisk kraft med samma frekvens som den naturliga vibrationsfrekvensen. När tryckfluktuationerna i en resonerande resonerande ljudvåg träffar gaffelns tänder upplever tänderna följaktligen successiva krafter med lämpliga intervaller för att producera ljudgenerering vid den naturliga vibrationsfrekvensen eller den naturliga ljudfrekvensen. Om den resonerande resonerande vågen fortsätter att utöva kraft kommer stämgaffelns svängningsamplitud att öka och ljudvågen från stämgaffeln att bli starkare. Om frekvenserna ligger inom det mänskliga hörselområdet kommer ljudet att tyckas bli högre. Sångare kan krossa glas genom att högljutt sjunga en ton med glasets naturliga vibrationsfrekvens. De vibrationer som induceras i glaset kan bli så starka att glaset överskrider sin elastiska gräns och går sönder. Liknande fenomen förekommer i bergsformationer.
Alla föremål har en naturlig frekvens eller en uppsättning frekvenser vid vilka de vibrerar.
Ljudvågor kan potentiera eller upphäva varandra i enlighet med superpositionsprincipen och oavsett om de är i fas eller ur fas med varandra. Vågor av alla former kan genomgå konstruktiv eller destruktiv interferens. Ljudvågor uppvisar också dopplerförskjutningar – en skenbar förändring av frekvensen på grund av relativ rörelse mellan ljudkällan och den mottagande punkten. När ljudvågor rör sig mot en observatör förskjuter dopplereffekten de observerade frekvenserna högre. När ljudvågorna rör sig bort från en observatör förskjuter dopplereffekten de observerade frekvenserna lägre. Dopplereffekten observeras ofta och lätt vid passage av flygplan, tåg och bilar.
Den hastighet med vilken en ljudvåg sprider sig är beroende av densiteten hos överföringsmediet. Väderförhållanden (t.ex. temperatur , tryck, fuktighet osv.) och vissa geofysiska och topografiska egenskaper (t.ex. berg eller kullar) kan hindra ljudöverföringen. Ljudvågorna förändras i allmänhet inte nämnvärt av vanligt förekommande meteorologiska förhållanden, utom när ljudvågorna sprids över långa avstånd eller kommer från en högfrekvent källa. I extrema fall kan atmosfäriska förhållanden böja eller förändra ljudvågsöverföringen.
Ljudets hastighet genom en vätska – i denna definition av ”vätska” ingår atmosfäriska gaser – beror på vätskeformens temperatur och densitet. Ljudvågorna färdas snabbare vid högre temperatur och högre densitet i mediet. Som ett resultat av detta sjunker ljudets hastighet (som återspeglas i Mach-talet) i en standardatmosfär med ökande höjd.
Meteorologiska förhållanden som skapar luftlager med dramatiskt olika temperaturer kan bryta ljudvågor.
Ljudets hastighet i vatten är ungefär fyra gånger snabbare än ljudets hastighet i luft. SONAR-sondering av havets terräng är ett vanligt verktyg för oceanografer. Egenskaper som tryck, temperatur och salthalt påverkar också ljudets hastighet i vatten.
Då ljudet färdas så bra under vatten hävdar många marinbiologer att införandet av mänskligt buller (t.ex. motorljud, kavitation från propellrar etc.) i haven under de senaste två århundradena stör tidigare evolutionärt välanpassade metoder för ljudkommunikation mellan marina djur. Det har t.ex. visat sig att mänskligt buller stör valarnas långdistanskommunikation. Även om de långsiktiga konsekvenserna av denna störning inte är helt klarlagda, fruktar många marinbiologer att denna störning skulle kunna påverka valarnas parning och leda till ytterligare populationsminskningar eller utrotning.
Se även Aerodynamik; Atmosfärisk sammansättning och struktur; Atmosfäriska inversionsskikt; Elektromagnetiskt spektrum; Energitransformationer; Seismograf; Seismologi
.