Sóng âm không truyền đi được trong môi trường chân không.
Tần số của sóng âm: được gọi là tần số âm.
Nguồn âm: là những vật dao động phát ra âm thanh.
Ví dụ: khi ta gảy một cây đàn ghita, ta sẽ thấy dây đàn phát ra âm thanh. Khi đó, dây đàn chính là nguồn âm, còn âm thanh từ dây đàn truyền đến tai ta chính là sóng âm.
Ý tưởng cho rằng âm thanh chuyển động theo dạng sóng (ít nhất) là vào khoảng 240 trước Công nguyên. Một trong những người đầu tiên khẳng định rằng âm thanh truyền đi dưới dạng sóng là nhà triết học Hy Lạp Aristotle.
Nhà vật lý người Ý Galileo, là nhà khoa học đầu tiên ghi lại mối quan hệ giữa tần số của sóng với cường độ mà nó tạo ra. Vì sóng âm do các nhạc cụ tạo ra có độ cao khác nhau nên đây được coi là một khám phá rất quan trọng.
Ông đã đưa ra kết luận này sau khi lấy một cái đục và cạo nó vào một chiếc đĩa đồng. Từ đó, ông bắt đầu quan sát thấy rằng cao độ của tiếng rít thay đổi tùy theo cách tiếp xúc giữa cái đục và đĩa đồng.
Bấy giờ người ta biết rằng âm thanh truyền qua sóng. Nhưng người ta lại muốn biết chính xác những sóng âm này truyền nhanh tới mức nào. Marin Mersenne, nhà toán học người Pháp, là người đầu tiên ghi lại tốc độ âm thanh khi nó truyền trong không khí vào năm 1640.
Khi so với công nghệ hiện đại, tốc độ âm thanh Mersenne đã đo được cho là sai số dưới 10%. Mặc dù 10% có vẻ là một sai số lớn khi nói về tốc độ. Nhưng phát hiện của ông thời ấy thật sự ấn tượng khi xét đến sự thiếu hụt công nghệ.
20 năm sau khám phá của Mersenne, một nhà khoa học người Anh là Robert Boyle đã xác định rằng: để âm thanh truyền đi, nó phải đi qua một trung gian. Trung gian này sẽ là không khí. Boyle có thể đưa ra kết luận này bằng cách tiến hành một thí nghiệm. Trong đó ông đặt một chiếc chuông rung bên trong một chiếc lọ thủy tinh.
Ông quan sát thấy rằng không thể nghe thấy tiếng ồn ào do chuông tạo ra. Điều này là do trong bình không có không khí. Vì thế không thể tạo ra âm thanh, không có sóng âm nên bạn không thể nghe thấy tiếng gì.
Những nghiên cứu về sóng âm nói chung vẫn tiếp tục được tiến hành trong suốt những năm 1700 và 1800.
Christian Doppler phát hiện về tần số sóng âm. Nhà vật lý người Áo nổi tiếng này phát triển một phương trình toán học. Nó tính toán tần số của sóng khi sóng từ nguồn chuyển động tương đối tới người quan sát. Ông khẳng định rằng khi nguồn sóng di chuyển ra xa người quan sát hơn, tần số của sóng sẽ thấp hơn; do đó, người đó sẽ nghe thấy âm thanh với cường độ nhỏ hơn.
Mặt khác, nếu nguồn sóng di chuyển đến gần người quan sát hơn thì người đó sẽ nghe được âm có cường độ lớn hơn. Điều này đã tạo ra thuật ngữ, “Hiệu ứng Doppler”. Doppler còn đã đưa ra kết luận rằng vận tốc của sóng tạo ra chịu ảnh hưởng trực tiếp của môi trường mà nó truyền đi.
Một khám phá vào cuối những năm 1890 của Nhà vật lý Wallace Sabine liên quan đến sóng âm đã thay đổi hoàn toàn bối cảnh nơi các nhạc sĩ biểu diễn.
Trước thời Sabine, không ai chú ý đến địa điểm mà các nhạc sĩ đã chơi. Sabine được giao nhiệm vụ cải tạo và cải thiện âm thanh của bảo tàng Harvard. Nhờ quá trình khám phá này, ông trở thành người đầu tiên đo được độ vang của âm thanh. Sabine đã thử nghiệm một số thứ.
Bao gồm xem xét cả ghế ngồi của địa điểm với các vật liệu hấp thụ âm thanh. Khai trương vào năm 1900, Hội trường Giao hưởng Boston trở thành tòa nhà đầu tiên kết hợp hệ thống âm thanh và công thức khoa học trong việc xây dựng. Ngày nay, các phòng hòa nhạc đều được xây dựng chú trọng đến âm học. Điều này sẽ không thể thực hiện được nếu không có công của Sabine.
Tùy thuộc vào nguồn phát ra âm thanh mà đặc tính của sóng âm sẽ có những đặc trung vật lý khác nhau. Điển hình rõ nhất là: Những sóng âm có tần số nhất định thường phát ra từ các nhạc cụ gọi là nhạc âm, còn những âm như tiếng ồn ào xe cộ, đường phố, máy móc,…sẽ gọi là tạp âm.
Đây là tần số dao động của nguồn âm. Đối với loại âm trầm có tần số nhỏ, âm cao có tần số lớn.
Sóng âm lan đến đâu sẽ làm cho phần tử môi trường dao động. Như vậy sóng âm mang theo năng lượng.
Một số ví dụ về sóng âm và năng lượng của âm thanhSonar là chỉ sự lan truyền âm thanh để tìm đường di chuyển, liên lạc hoặc phát hiện các đối tượng khác ở phía đối diện, ví dụ như dơi hoặc cá heo thường dùng Sonar để phát hiện ra con mồi, hoặc tàu ngầm khi ở dưới đáy biển sẽ phát ra Sonar để phát hiện ra các loại vật thể trôi nổi hoặc chìm sâu bên trong bùn cát đáy… Một số sách tiếng Việt còn dịch Sonar nghĩa là sóng âm phản xạ.
Returning sound waves là sự dội ngược lại của sóng âm.
Công thức tính Cường độ âm của sóng âm:
Ta gọi cường độ âm I tại một điểm là đại lượng đo bằng lượng năng lượng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phương truyền âm trong một đơn vị thời gian.
I=WS.t
Đơn vị cường độ âm là oát trên mét vuông, ký hiệu W/m2
I=P4d2
Để thiết lập một thang bậc về cường độ âm, người ta đưa ra khái niệm về mức cường độ âm. Mức cường độ âm là đại lượng đo bằng logarit thập phân của tỉ số giữa cường độ âm đang xét và cường độ âm chuẩn lo
L = lg (IIo)
L là mức cường độ âm tại điểm đang xét, đơn vị ben (B)
Khi một nhạc cụ phát ra âm có tần số fo thì bao giờ nhạc cụ đó cũng phát ra một loại tần số 2fo, 3fo, 4fo…gọi là các họa âm thứ hai, thứ ba, thứ tư. Biên độ của nó lớn nhỏ tùy thuộc vào từng loại nhạc cụ. Tập hợp các họa âm sẽ tạo thành phổ của nhạc âm.
Tổng hợp các đồ thị dao động của họa âm trong một nhạc âm ta được đồ thị dao động của nhạc âm đó. Đồ thị dao động của cùng một nhạc âm do các nhạc cụ khác nhau phát ra thì hoàn toàn khác nhau. Đây cũng được xem là đặt tính vật lý thứ ba của sóng âm.