音

音波は、反射、透過、屈折、回折、吸収、減衰などの挙動を示す。^{[ 18 ]}音が不均質な媒体を通過する場合、^{[ i ]}屈折（分散または集束）する可能性がある。^{[ 19 ]}

音は流体（気体、プラズマ、液体など）中を縦波（圧縮波とも呼ばれる）として伝わります。しかし、固体中を伝わる音は、縦波と横波の両方として伝わります。縦音波は平衡圧力からの圧力偏差が交互に現れる波で、局所的な圧縮領域と希薄領域を生じさせます。一方、横波（固体中）は、伝搬方向に対して垂直なせん断応力が交互に現れる波です。縦音波とは異なり、横音波は偏光の性質を持ちます。^{[ 20 ]}

• 
  発生源から伝播し、粒子を振動させる円形の縦波。
• 
  縦波平面波とは、グリッド上を移動する水平方向に歪んだ領域である。
• 
  横波平面波とは、グリッド上を移動する垂直方向に歪んだ領域である。

音波は放物面鏡や音を発する物体を使って観察することができる。^{[ 21 ]}

周期的な音波によって運ばれるエネルギーは、物質の余分な圧縮（縦波の場合）または横方向の変位歪み（横波の場合）による位置エネルギーと、媒質中の粒子の変位速度による運動エネルギーとの間で交互に変化する。

音の伝達には多くの物理的プロセスが関わっていますが、ある地点（例えばマイクロホンや耳）で受信される信号は、時間とともに変化する圧力として完全に記述できます。この圧力対時間波形は、その場所で検出されたあらゆる音や音声信号を完全に表現します。

音波はしばしば正弦波平面波として単純化され、以下のような一般的な特性を持つ。

• 周波数、またはその逆数である周期。
• 波長、またはその逆数である波数。
• 振幅、音圧、または強度
• 音速
• 方向

速度と方向は速度ベクトルとして組み合わされることがあり、波数と方向は波ベクトルとして組み合わされることがある。

音声を分析するために、右図のような複雑な波形は、異なる周波数、振幅、位相の正弦波成分の線形結合として表現できます。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ j ]}

• 
  20ミリ秒のクラリネット音の圧力対時間波形。
• 
  波長が上に向かって増加する正弦波形は、フーリエ解析で使用される純粋な周波数成分を表します。

音速は波が通過する媒体に依存し、物質の基本的な性質である。音速の測定に向けた最初の重要な試みはアイザック・ニュートンによって行われた。彼は、特定の物質における音速は、その物質に作用する圧力をその密度で割った値の平方根に等しいと考えた。

${\displaystyle c={\sqrt {\frac {p}{\rho }}}.}$

これは後に否定され^{[ k ]}、フランスの数学者ラプラスは、音の伝わり方がニュートンが信じていたように等温ではなく断熱的であると推論して式を修正した。彼は方程式に別の因子ガンマを追加し、 ${\displaystyle {\sqrt {\gamma }}}$ による ${\displaystyle {\sqrt {p/\rho }}}$こうして方程式が導き出される ${\displaystyle c={\sqrt {\gamma \cdot p/\rho }}}$。 以来 ${\displaystyle K=\gamma \cdot p}$最終的な方程式は次のようになった。 ${\displaystyle c={\sqrt {K/\rho }}}$これはニュートン・ラプラス方程式としても知られています。この方程式では、Kは弾性体積弾性率、cは音速、${\displaystyle \rho }$は密度である。したがって、音速は媒質の体積弾性率とその密度の比の平方根に比例する。

これらの物理的特性と音速は、周囲の条件によって変化します。たとえば、気体中の音速は温度に依存します。海面の20 ℃（68 °F）の空気中では、音速は、v [m/s] = 331 + 0.6 T [°C]の式を使用して、約343 m/s（1,230 km/h、767 mph）になります。音速は、音の振幅に対してもわずかに敏感で、2次非調和効果の影響を受けます。これは、元の音には存在しない高調波や混合音の生成などの非線形伝播効果があることを意味します（パラメトリック配列を参照）。相対論的効果が重要な場合は、音速は相対論的オイラー方程式から計算されます。     

淡水中での音速は約1,482 m/s (5,335 km/h; 3,315 mph)です。鋼鉄中では、音速は約5,960 m/s (21,460 km/h; 13,330 mph)です。固体原子水素中では、音は最も速く伝わり、約36,000 m/s (129,600 km/h; 80,530 mph)です。^{[ 27 ] [ 28 ]}         

音圧とは、特定の媒体における平均局所圧力と音波中の圧力との差のことです。この差の二乗（すなわち、平衡圧力からの偏差の二乗）は通常、時間および／または空間で平均化され、この平均値の平方根が二乗平均平方根（RMS）値となります。例えば、大気中の1 Pa RMS音圧（94 dBSPL）は、音波中の実際の圧力が（1気圧）と（94 dBSPL）の間で振動していることを意味します${\displaystyle -{\sqrt {2}}}$Pa) および (1 atm)${\displaystyle +{\sqrt {2}}}$音圧は、101323.6～101326.4 Pa の範囲です。人間の耳は幅広い振幅の音を感知できるため、音圧は対数デシベルスケールで測定されることがよくあります。音圧レベル(SPL) またはL _pは次のように定義されます。

${\displaystyle L_{\mathrm {p} }=10\,\log _{10}\left({\frac {{p}^{2}}{{p_{\mathrm {ref} }}^{2}}}\right)=20\,\log _{10}\left({\frac {p}{p_{\mathrm {ref} }}}\right){\mbox{ dB}}\,}$

ここで、pは実効音圧であり、${\displaystyle p_{\mathrm {ref} }}$は基準音圧です。一般的に使用される基準音圧は、 ANSI S1.1-1994規格で定義されており、空気中では20μPa、水中では1μPaです。基準音圧が指定されていない場合、デシベルで表された値は音圧レベルを表すことはできません。

人間の耳は周波数特性が均一ではないため、測定された音圧レベルが知覚される音圧レベルにより近い値になるように、音圧は周波数重み付けされることが多い。国際電気標準会議（IEC）は、いくつかの重み付け方式を定義している。A特性重み付けは、人間の耳の騒音に対する反応に合わせようとするもので、A特性重み付けされた音圧レベルはdBAで表される。C特性重み付けは、ピークレベルの測定に使用される。

音の高さは、音が「低い」か「高い」かとして知覚され、音を構成する振動の周期的で反復的な性質を表します。単純な音の場合、音の高さは音の中で最も遅い振動の周波数（基本倍音と呼ばれる）に関係します。複雑な音の場合、音の高さの知覚は変化する可能性があります。個人によっては、特定の音のパターンに対する個人的な経験に基づいて、同じ音に対して異なる音の高さを識別することがあります。特定の音の高さの選択は、振動の周波数とそれらの間のバランスを含む、振動の無意識的な検査によって決定されます。潜在的な倍音の認識に特に注意が払われます。^{[ 38 ] [ 39 ]} すべての音は、低い音から高い音までの音の高さの連続体上に配置されます。

例えば、ホワイトノイズ（すべての周波数に均等に分布したランダムノイズ）は、ピンクノイズ（オクターブ全体に均等に分布したランダムノイズ）よりも高音に聞こえます。これは、ホワイトノイズの方が高周波成分が多いためです。

持続時間は、音が「長い」か「短い」かとして知覚され、音に対する神経の反応によって生成される開始信号と終了信号に関係します。音の持続時間は通常、音が最初に認識された時点から、音が変化した、または停止したと認識されるまで続きます。^{[ 40 ]}これは、音の物理的な持続時間とは直接関係しない場合もあります。たとえば、騒がしい環境では、途切れ途切れの音（停止して開始する音）は、同じ一般的な帯域幅のノイズによる妨害のために終了メッセージが失われるため、連続しているように聞こえることがあります。^{[ 41 ]}これは、干渉を受ける無線信号などの歪んだメッセージを理解するのに非常に役立ちます。なぜなら、（この効果により）メッセージが連続しているように聞こえるからです。

音の大きさは、音が「大きい」か「小さい」かとして知覚され、音によって生じる聴神経活動の全体的なパターンを反映します。一般的に、音が大きいほど基底膜の変位が大きくなり、より多くの聴神経線維が刺激され、音の大きさの神経表現が強くなります。^{[ 42 ]}

知覚される音量は、音エネルギーが時間とともにどのように分布するかにも依存します。音が非常に短い場合、聴覚系はそのエネルギーを完全に統合しないため、同じ物理的強度で提示された長い音よりも小さく聞こえます。このプロセスは時間加算として知られており、約 200 ミリ秒のウィンドウ内で機能します 。^{[ 43 ]}この期間を超えると、音の長さを長くしても知覚される音量は増加しなくなります。

音のスペクトルの複雑さも、音量の知覚に影響を与える可能性があります。より広い範囲の聴神経線維を活性化する複雑な音は、物理的な振幅が同じであっても、単純な音（正弦波など）よりも大きく感じられることがよくあります。^{[ 44 ]}

音色は、さまざまな音の質（たとえば、落ちた岩の鈍い音、ドリルの回転音、楽器の音色、または声の質）として知覚され、音に音響的アイデンティティを無意識的に割り当てたもの（たとえば、「オーボエだ！」）を表します。このアイデンティティは、周波数の過渡現象、ノイズ、不安定性、知覚されるピッチ、および長時間にわたる音の倍音の広がりと強度から得られる情報に基づいています。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}音が時間とともにどのように変化するかが、音色の識別に必要な情報の大部分を提供します。各楽器の波形の小さな部分は非常によく似ていますが、クラリネットとピアノの時間経過に伴う変化の違いは、音量と倍音成分の両方で明らかです。クラリネットの空気のシューという音やピアノのハンマーの打撃音など、聞こえるノイズの違いはあまり目立ちません。

音のテクスチャは、音源の数とそれらの間の相互作用に関係します。^{[ 45 ] [ 46 ]}この文脈では、テクスチャという言葉は、聴覚対象の認知的分離に関係します。^{[ 47 ]}音楽では、テクスチャはしばしばユニゾン、ポリフォニー、ホモフォニーの違いとして言及されますが、（たとえば）賑やかなカフェにも関係します。それは不協和音と呼ばれるかもしれません。

空間的位置は、環境的文脈における音の認知的配置を表します。これには、水平面と垂直面の両方における音の配置、音源からの距離、および音響環境の特性が含まれます。^{[ 47 ] [ 48 ]}厚みのあるテクスチャでは、空間的位置と音色の識別の組み合わせを使用して複数の音源を識別することが可能です。

超音波とは、周波数が20,000Hzを超える音波のことです 。超音波は物理的性質において可聴音と変わりませんが、人間には聞こえません。超音波装置は、20kHzから 数ギガヘルツまでの周波数で動作します。

医療用超音波は、診断や治療に広く用いられている。

超低周波音は、周波数が 20 Hz 未満の音波です 。このような低周波音は、人間が音高として聞き取るには低すぎますが、離散的なパルスとして聞こえます (アイドリング状態のオートバイの「ポン」という音など)。クジラ、ゾウ、その他の動物は超低周波音を感知し、それを使ってコミュニケーションをとることができます。火山噴火の検知に使用したり、一部の音楽で使用したりすることもできます。^{[ 49 ]}