Fale dźwiękowe należą do rodziny fal mechanicznych. Fale mechaniczne są rodzajem fal, dla których niezbędnym warunkiem rozchodzenia się jest obecność ośrodka materialnego. Jest to konieczne, ponieważ ich propagacja polega na przemieszczaniu się drgań cząstek ośrodka materialnego. Dlatego fale mechaniczne a więc i fale dźwiękowe nie mogą rozchodzić się w próżni. W próżni rozchodzi się tylko drugi typ fal zwanych falami elektromagnetycznymi.

Takie drgania cząsteczek ośrodka wywołują lokalne zmiany ciśnienia atmosferycznego, które zwane są ciśnieniem akustycznym.

Pojęciem charakterystycznym dla fali dźwiękowej jest częstotliwość dźwięku. Jest to liczba drgań cząsteczek ośrodka materialnego w danej jednostce czasu. Wyrażana jest w hercach. Wiadomo, że w środowisku człowieka generowane są dźwięki o różnych częstotliwościach. Badania wykazały, że dźwiękiem o najniższej częstotliwości jaki może jeszcze wywoływać wrażenia słuchowe jest dźwięk o częstotliwości f= 1000 herców. Odpowiada mu wartość ciśnienia akustycznego równa p=Pa.

Bardzo użyteczną skalą do określania poziomu dźwięku jest tzw. poziom natężenia dźwięku wyrażony w decybelach. Poniżej podano przykładowe poziomy natężenia dźwięków otaczających człowieka:

  • 0 dB - granica słyszalności
  • 10 dB - szept
  • 35 dB - cicha muzyka
  • 45 dB -spokojna rozmowa
  • 65 dB - odkurzacz
  • 90 dB - dźwięk budzika
  • 110 dB - hałas na ruchliwej ulicy w godzinach szczytu
  • 120 dB - poziom natężenia dźwięku w dyskotece, dźwięk młota pneumatycznego
  • 130 dB - granica bólu
  • 160 dB - dźwięk generowany podczas eksplozji petardy.

Energia fal to potencjalna i kinetyczna energia cząstek ośrodka. Fale mechaniczne charakteryzują się więc przenoszeniem energii na duże odległości. I co jest istotne nie następuje ruch postępowy ośrodka jako całości lecz tylko zaburzenia przesuwają się w ośrodku.

Fale można rozróżnić na podstawie kąta, jaki tworzy kierunek przemieszczenia cząstek ośrodka z kierunkiem rozchodzenia się fal.

Jeżeli więc wychylenie cząstek następuje wzdłuż kierunku propagacji fali wtedy mówi się o falach podłużnych. Dla fal poprzecznych natomiast wychylenie odbywa się w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali.

Fala dźwiękowa może rozchodzić się w każdym ośrodku materialnym, przy czym im jest większa gęstość tego ośrodka tym prędkość jej jest większa. Dlatego z największą prędkością fala dźwiękowa porusza się w ciałach stałych. I tak w granicie może poruszać się z prędkością sięgającą 6000 m/s. Zdecydowanie wolniej fale rozprzestrzeniają się w cieczach. W wodzie prędkość dźwięku wynosi 1450 m/s. W gazie, który jest zdecydowanie najrzadszym ośrodkiem dźwięk osiąga najmniejszą prędkość. W powietrzu wynosi ona około 340 m/s.

Fala akustyczna jest przykładem podłużnej fali mechanicznej. Zakres częstotliwości fal, które wywołują efekty słyszenia mieści się w przedziale od 20 Hz do 20000 Hz. Najlepiej słyszalne są te dźwięki o częstotliwości wynoszącej około 1000 Hz. Fale o częstotliwościach niższych niż 20 Hz to tzw. infradźwięki, a fale o częstotliwościach powyżej 20000 Hz to ultradźwięki.

Te progi słyszalności zostały wyznaczone dla człowieka. W świecie zwierzęcym wykorzystywane są bowiem zarówno infradźwięki jak i ultradźwięki. Z pierwszego rodzaju fal korzystają słonie ,a z drugiego nietoperze. Obydwu gatunkom fale te służą do komunikowania się.

Fale z zakresu częstotliwości słyszalnej powstają w wyniku drgań strun. Mogą to być zarówno struny głosowe jak i struny skrzypiec . Ponadto dźwięki słyszalne generują drgania słupów powietrza a także płyt i membran.

Infradźwięki mogą być wytwarzane przez obiekty o dużych rozmiarach. Tworzą się podczas burzy lub trzęsień ziemi. Ze względu na to, że w wodzie i skorupie ziemskiej są bardzo słabo tłumione, mogą się rozprzestrzeniać na bardzo duże odległości w zasadzie w sposób nieograniczony.

Fale ultradźwiękowe można generować sztucznie wykorzystując do tego zjawisko piezoelektryczne. Ultradźwięki wykorzystywane są w wielu dziedzinach do badania struktury różnych ciał, m.in. organizmu człowieka. Jest to ultrasonografia. Ponadto są wykorzystywane prędkość stomatologii, w przemyśle do oczyszczani powierzchni metali.

W sytuacji, gdy ciało porusza się z prędkością, która przekracza prędkość dźwięku w danym ośrodku czoło fali przybiera kształt stożka, w którego wierzchołku znajduje się źródło. Przykładem może być fala uderzeniowa, która powstaje podczas przelotu samolotu lub pocisku z prędkością naddźwiękową.

W sytuacji gdy nałożeniu ulegają drgania o zbliżonych częstotliwościach i amplitudach następują okresowe zmiany amplitudy drgań złożonych i mówi się o tzw. zjawisku dudnienia.

Ciekawym zjawiskiem obserwowanym m.in. dla fal dźwiękowych jest zjawisko Dopplera. Polega ono na tym, że przypadku względnego ruchu obserwatora i źródła dźwięku odbierany jest on jako dźwięk o wyższej lub niższej częstości. Jeśli względny ruch jest zbliżaniem się wtedy obserwator słyszy dźwięk o częstości wyższej niż słyszałby gdyby zarówno on jak i źródło znajdowali się w spoczynku. Natomiast, gdy następuje oddalanie się obserwatora lub źródła to słyszany jest dźwięk o niższej częstości.