Fale mechaniczne są rodzajem fal, dla których niezbędnym warunkiem propagacji jest obecność ośrodka materialnego. Dzieje się tak ponieważ ich rozchodzenie się opiera się na przemieszczaniu się drgań cząstek ośrodka materialnego. 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 akustyczna jest przykładem podłużnej fali mechanicznej. Natomiast fala dźwiękowa jest falą akustyczną wywołującą u człowieka wrażenia słuchowe. 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 najłatwiej częstotliwości wynoszącej około 1000 Hz. Fale o częstotliwościach niższych niż 20 Hz to tzw. infradźwięki, a fale o częstotliwościach powyżej 20000 Hz to ultradźwięki.
Są to progi słyszalności tylko dla człowieka. Zwierzęta bowiem potrafią we wzajemnej komunikacji wykorzystywać zarówno infradźwięki (słonie) jaki i ultradźwięki (nietoperze).
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.
Ultradźwięki mogą być sztucznie otrzymywane prędkość tzw. zjawisku piezoelektrycznym. Znajdują zastosowanie do badania struktury różnych ciał, m.in. organizmu człowieka. Jest to ultrasonografia. Ponadto są wykorzystywane prędkość stomatologii, w przemyśle do oczyszczani powierzchni metali.
Największą prędkość fala dźwiękowa osiąga 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.
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.
Innym obserwowanym zjawiskiem jest efekt Dopplera. Polega on na pozornej zmianie częstotliwości fali, która jest wysyłana przez źródło. Dzieje się tak na skutek względnego ruchu obserwatora lub źródła dźwięku. Gdy następuje zbliżanie się obserwatora lub źródła dźwięku wtedy słyszany jest dźwięk o pozornie wyższej częstotliwości drgań. Natomiast, gdy obserwator lub źródło oddalają się następuje pozorne obniżenie częstotliwości.
Ciekawym zjawiskiem, którego każdy człowiek również doświadczył osobiście jest echo. Powstaje wtedy fala dźwiękowa odbija się od przeszkody napotkanej na drodze propagacji. Następuje powrót fali odbitej do obserwatora co jest przez niego odbierane jako powtórny dźwięk. Echo jest dobrze słyszalne na rozległych obszarach, np. w górach.
Dźwięk można charakteryzować z pomocą cech obiektywnych i subiektywnych. Do tych pierwszych należy niewątpliwie natężenie dźwięku. Jest ono równe stosunkowi mocy dźwięku przechodzącego przez powierzchnię do tej powierzchni. Progiem słyszalności określa się najniższy poziom natężenia dźwięku, który wywołuje jeszcze wrażenia słuchowe czyli jest słyszalny.
Natomiast do subiektywnych cech dźwięku należą:
- barwa dźwięku - na jej podstawie ucho ludzkie potrafi dokonać rozróżnienia między dwom dźwiękami o tej samej głośności i wysokości
- wysokość dźwięku - jest ona funkcją częstości drgań
- głośność - zależy ona od natężenia dźwięku i od czułości ucha ludzkiego na dźwięki o różnej częstotliwości.
Fale periodyczne lub zbliżone do periodycznych człowiek odbiera jako dźwięki przyjemne. Natomiast dźwięki odbierane przez człowieka jako szumy nie są falami periodycznymi.
