Звуковым волнам присуще явление интерференции, т.е. усиление колебаний в одних точках пространства и ослабление колебаний в других точках в результате наложения двух или нескольких звуковых волн, приходящих в эти точки пространства. Явление интерференции во времени базируется на известном принципе суперпозиции волн, смысл которого сводится к следующему: если в среде одновременно распространяется система n различных волн, то каждая из волн распространяется независимо от других. При этом результирующие скорость, смещение, ускорение каждой частицы среды равны векторным суммам соответствующих величин, обусловленных каждой из волн порознь.

Если, например, наложить две синусоидальные волны 1 и 2 с различными амплитудами и длинами волн λ₁ и λ₂, то результирующая волна 3 получается в результате векторного суммирования амплитуд y₁ и y₂ обоих волн в каждой точке среды для данного момента времени t (рисунок1). В этом случае результирующая волна 3 уже не является синусоидальной.

 

Две волны 1 и 2 одинаковой частоты, амплитуды и фазы (т.е. одинакового начального смещения от начала координат в момент времени t=0) дают при наложении результирующую волну 3 той же частоты, но удвоенной амплитуды (рисунок 2).

 

 

Когда мы слышим звуки разных, но близких по величине частот (мало отличающихся частот) сразу от двух источников, к нам приходят то гребни обеих звуковых волн, то гребень одной волны и впадина другой. В результате наложения двух волн звук то усиливается, то ослабевает, пока разность фаз невелика.Этот колебательный процесс с чередующимся нарастанием и убыванием амплитуды результирующей волны называют биением. На рисунке 4 представлены два периодических гармонических колебания 1 и 2 с разными, но близкими частотами f₁ и f₂ (f₁<f₂) и одинаковыми амплитудами y_1max=y_2max.

 

 Как видно из рисунке 4, результирующее колебание y_p(t) уже не имеет постоянной амплитуды: колебания то усиливаются, то ослабевают. При этом результирующая амплитуда y_pmax периодически изменяется в пределах от |y₁(t) - y₂(t)| до |y₁(t) + y₂(t)| с частотой биения f_б=|f₂-f₁|.

Пусть два монохроматических точечных источника звуковых волн S₁ и S₂  находятся на расстояниях r₁ и r₂ от точки наблюдения. Величина Δr=r₂-r₁ называется геометрическая разностью хода интерферирующих волн. Для двух когерентных волн справедливо отношение: Δr/Δφ=λ/2π. Если колебания источников совпадают по фазе и имеют равные амплитуды, то  Δr/2πk=λ/2π, где k=0,1,2,...Тогда Δr=kλ, y=2y₁=2y₂. Если разность хода волн равна целому числу волн (т. е. четному числу полуволн), то в точке наложения этих волн образуется интерференционный максимум. Если волны от источников придут в точку наблюдения в противофазе, то они погасят друг друга: y=0. Тогда Δr/π(2k+1)=λ/2π. Следовательно Δr=(2k+1)λ/2 Если разность хода волн равна нечетному числу полуволн, то в точке наложения этих волн образуется интерференционный минимум.

Примером интерференции являются стоячие волны – частный случай интерференции. Стоячие волны образуются в результате наложения двух волн одинаковой амплитуды, фазы и частоты, распространяющихся в противоположных направлениях.

Амплитуда в пучностях стоячей волны равна удвоенной амплитуде каждой из волн. Поскольку интенсивность волны пропорциональна квадрату ее амплитуды, это означает, что интенсивность в пучностях в 4 раза больше интенсивности каждой из волн или же в 2 раза больше суммарной интенсивности двух волн. Здесь нет нарушения закона сохранения энергии, поскольку в узлах интенсивность равна нулю.

Возможна также интерференция гармонических волн разных частот. Когда две частоты мало различаются, возникают так называемые биения. Биения – это изменения амплитуды звука, происходящие с частотой, равной разности исходных частот. На рис. 1 представлена осциллограмма биений.

Амплитудные расширения и сужения обусловлены периодическим взаимным усилением и ослаблением двух волн близких частот. Из-за периодического нарастания и спадания громкости звука данное явление называется биениями.

Следует иметь в виду, что частота биений – это частота амплитудной модуляции звука. Не следует также путать биения с разностной частотой, возникающей в результате искажений гармонического сигнала.

Биения часто используют при настройке двух тонов в унисон. Настройка частоты производится до тех пор, пока биения не перестанут прослушиваться. Даже если частота биений очень мала, человеческое ухо способно уловить периодическое нарастание и убывание громкости звука. Поэтому биения являются весьма чувствительным методом настройки в звуковом диапазоне. Если настройка не точна, то разность частот можно определить на слух, подсчитав число биений за одну секунду. В музыке на слух воспринимаются и биения высших гармонических составляющих, что применяется при настройке фортепиано.

Прибор для демонстрации интерференции звука представлен на рис. 1. В самом начале прибор имеет два одинаковых – верхний и нижний звукопровода. Затем нижний звукопровод удлиняют. При l = c/4v (c – скорость звука в воздухе (примерно 330 м/с), v – частота звука, поступающего из динамика A) звучание из рупора B максимально ослабится. При v = 100Гц l = 82.5см, так что прибор должен быть достаточно большим.

Простерший опыт по интерференции звука осуществляется с помощью трубы, схематически изображенной на рис. 1. Источник звука устанавливается у воронки А, насаженной на трубу. Далее труба разветвляется, образуя два колена ABD и ACD. Колено ACD сделано из труб, вставленных друг в друга; его можно удлинять или укорачивать. Звуковые колебания доходят до конца трубы Е двумя путями: по колену ABD и по колену ACD. При неодинаковой длине колен между волнами, пришедшими в точку Е по различным коленам, будет существовать разность хода .

Если эта разность хода равна четному числу полуволн, то звук в точке Е усилится по сравнению с тем, как если бы он проходил по одному колену. При разности хода в нечетное число полуволн будет наблюдаться ослабление звука.

Указанной трубой можно воспользоваться для измерения длин волн звука, испускаемого данным источником. Для этого надо измерить то смещение трубки С, которое необходимо произвести, чтобы перейти от одного ослабления звука до другого. Изменение длины колена даст длину волны . Этот метод измерения длин звуковых волн основан на явлении интерференции, поэтому он носит название интерференционного метода. Труба, изображенная на рисунке 1, является простейшим аналогом интерферометров, применяемых в оптике для измерения длин световых волн.

Практически такую трубу можно использовать для измерения длины звуковых волн среднего диапазона, так как крайним звуковым колебаниям соответствуют слишком длинные или слишком короткие волны. Действительно, в воздухе, где скорость звука 330 м/сек, наиболее медленным звуковым колебаниям с частотой 20гц соответствует длина волны 16.5м, наиболее же быстрым колебаниям 10⁴гц соответствует длина волны 1 см. Средней частоте 500гц соответствует 66см. Если в воронку трубы А направить сложный звук, то при заданной разности хода ослабятся те колебания, для которых эта разность равна нечетному числу полуволн. В результате из сложного колебания выпадает ряд его гармонических составляющих, и сложное колебание изменит свой характер. Таким образом, труба играет роль фильтра по отношению к колебаниям определенных частот.