Infradźwięki należą do fal mechanicznych. Tak więc do tego, aby się rozchodzić potrzebują ośrodka materialnego. Jest to niezbędne, ponieważ ich propagacja to w rzeczywistości przemieszczanie się drgań cząstek ośrodka. Dlatego fale mechaniczne nie mogą rozchodzić się w próżni. Energię fali stanowi energia potencjalna i kinetyczna cząstek ośrodka materialnego. Dlatego 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.

Jedną z podstaw klasyfikacji fal mechanicznych jest kąt, jaki tworzy kierunek przemieszczenia cząstek ośrodka z kierunkiem rozchodzenia się fal. Na tej podstawie fale można podzielić na podłużne i poprzeczne. I tak jeśli 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.

Fale akustyczne należą do podłużnych fal mechanicznych. Fala akustyczna, która wywołuje wrażenia słuchowe nazywana jest falą dźwiękową.

Zakres częstotliwości takich fal czyli liczba drgań w ciągu sekundy mieści się w przedziale od 20 Hz do 20000 Hz. Najlepiej słyszalne są te dźwięki o częstotliwości wynoszącej około 1000 Hz. Odpowiada mu wartość ciśnienia akustycznego równa p=Pa. Natomiast dla tej samej częstotliwości ale już powyżej wartości ciśnienia równej 20 Pa dźwięk nie jest słyszalny , ale wywołuje wrażenia bólowe.

Fale o częstotliwościach niższych niż 20 Hz to właśnie infradźwięki, a fale o częstotliwościach powyżej 20000 Hz to ultradźwięki.

Fale dźwiękowe rozchodzą się w różnych ośrodkach z różna prędkością. Poniżej przedstawiono kilka takich wartości:

  • azot - 336 m/s
  • para wodna - 405 m/s
  • powietrze - 331 m/s
  • tlen - 328 m/s
  • alkohol etylowy - 1180 m/s
  • woda morska - 1500 m/s
  • złoto - 1200 m/s
  • żelazo - 3240 m/s.

Każdy ośrodek charakteryzuje się inną tzw. akustyczną opornością właściwą, czyli impedancją charakterystyczną ośrodka. Można ją przedstawić wzorem:

gdzie to gęstość ośrodka, a c to prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w tym ośrodku.

Jednym z parametrów opisujących falę dźwiękową jest ciśnienie akustyczne. Jest to lokalna zmiana ciśnienia atmosferycznego spowodowana drganiami cząstek ośrodka. Jest to jednak wielkość niewiele mówiąca ze względu na to, ze istnieje bardzo duża rozpiętość ciśnień akustycznych dźwięków. Dlatego wprowadzono inną skalę zwaną poziomem ciśnienia akustycznego. Wyrażany jest on w decybelach , a opiera się na skali logarytmicznej. Stwierdzono bowiem w oparciu o prawo Webera - Fechnera, że czułość narządu słuchu zmniejsza się logarytmicznie.

Jak już wcześniej zostało powiedziane propagacja fali związana jest z przenoszeniem energii przez fale. Dzięki temu możliwe jest wprawianie w drgania błony bębenkowej ucha. Ilość tej energii, która została przeniesiona przez daną powierzchnię w ciągu określonego czasu nazywa się natężeniem dźwięku. Można to wyrazić wzorem:

I - natężenie dźwięku

E - energia fali [ J ]

t - czas [ s ]

S - powierzchnia [ ]

Między natężeniem dźwięku a ciśnieniem akustycznym istnieje następująca zależność, mianowicie jest ono proporcjonalne do kwadratu amplitudy ciśnienia akustycznego.

Dla fali o częstotliwości 1000 Hz najmniejsza wartość natężenia, które wywołuje już wrażenia słuchowe wynosi około W / m. Górna granica, czyli największe natężenie dźwięku, który nie powoduje wrażenia bólowego to 1W. Wielkość zwana zakresem dynamicznym ucha to iloraz tych dwóch wartości.

Inne pojęcie czyli moc akustyczna określa ilość energii wysyłanej przez źródło dźwięku w jednostce czasu. Moc akustyczną wyraża się w mikrowatach.

Zarówno ciśnienie akustyczne, natężenie dźwięku jak i moc akustyczną przyjęło się wyrażać w stosunku do określonej wartości przyjętej jako punkt odniesienia.

I tak wprowadza się pojęcie zwane poziomem natężenia dźwięku L. Opiera się ono na skali logarytmicznej i wyrażane jest w decybelach.

Gdzie Ito natężenie odniesienia.

Poziom 0 decybeli oznacza próg słyszalności. Przykładowe poziomy odpowiadające danym dźwiękom to np.

  • 10 dB to szept
  • 45 dB - przeciętna rozmowa
  • 60 dB - odkurzacz
  • 90 dB - dźwięk budzika
  • 110 dB - hałas panujący na ruchliwej ulicy w godzinach szczytu
  • 120 dB - poziom natężenia dźwięku w dyskotece
  • 130 dB - granica bólu.

Natomiast przy określaniu poziomu mocy akustycznej należy posługiwać się stosunkiem mocy akustycznej emitowanej przez źródło do mocy akustycznej przyjętej jako odniesienie. Za taką moc przyjmuje się wartość: . I stąd otrzymuje się wzór na poziom mocy akustycznej:

Natomiast poziom ciśnienia akustycznego można zapisać jako:

Jako ciśnienie odniesienia przyjmuje się ciśnienie akustyczne odpowiadające natężeniu odniesienia we wzorze na poziom natężenia dźwięku.

Powyżej przedstawiono obiektywne, czyli mierzalne cechy dźwięku. Ale dźwięki można również charakteryzować za pomocą cech subiektywnych. Należą do nich:

- barwa dźwięku - jest to cecha na podstawie której ucho ludzkie jest w stanie rozróżnić dwa dźwięki o tej samej wysokości i głośności, które pochodzą z różnych źródeł. Jest to cecha skorelowana z obiektywna cecha , która jest widmo dźwięku. Ucho dokonuje analizy harmonicznej dźwięków.

- wysokość dźwięku jest funkcją częstości drgań. Zdolność bezwzględnej oceny wysokości dźwięku to słuch absolutny. Większość ludzi potrafi tylko ocenić prawidłowo równość stosunku częstości dwu drgań czyli interwał - słuch relatywny.

- głośność - zależy od natężenia fali akustycznej i od czułości ucha na dźwięki o różnej częstości drgań czyli charakteryzuje subiektywne odczuwanie natężenia dźwięku.

  • Skala fonowa- za ton wzorcowy przyjęto ton o częstotliwości 1000 Hz. Poziom natężenia tonu wzorcowego dobiera się tak aby brzmiał on jednakowo głośno jak ton badany. Ton badany ma wtedy tyle fonów poziomu głośności ile decybeli ma ton wzorcowy jednakowo słyszalny. na podstawie tego rodzaju obliczeń sporządzono krzywe izofoniczne czyli krzywe jednakowego natężenia.
  • skala sonowa- opiera się na założeniu, że ucho ludzkie ocenia stosunek dwu tonów ( w szczególności 2 : 1) Wzorzec głośności - son tj. głośność tonu wzorcowego o poziomie natężenia 40 dB.