La discusión anterior de la propagación de ondas sonoras comienza con una suposición simplificada de que la onda existe como una onda plana. Sin embargo, en la mayoría de los casos reales, una onda que se origina en alguna fuente no se mueve en línea recta, sino que se expande en una serie de frentes de onda esféricos. El mecanismo fundamental para esta propagación se conoce como principio de Huygens, según el cual cada punto de una onda es una fuente de ondas esféricas por derecho propio. El resultado es una construcción de wavelet de Huygens, ilustrada en las Figuras 2A y 2B para una onda plana bidimensional y una onda circular. El punto perspicaz sugerido por el físico holandés Christiaan Huygens es que todas las ondas de la Figura 2A y 2B, incluidas las que no se muestran pero que se originan entre las que se muestran, forman una nueva onda coherente que se mueve a la velocidad del sonido para formar la siguiente onda en la secuencia. Además, al igual que las ondas se suman en la dirección de avance para crear un nuevo frente de onda, también se cancelan entre sí, o interfieren destructivamente, en la dirección de retroceso, de modo que las ondas continúan propagándose solo en la dirección de avance.
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El principio detrás de la suma de las ondas de Huygens, que implica una diferencia fundamental entre la materia y las ondas, se conoce como el principio de superposición. El viejo dicho de que no hay dos cosas que puedan ocupar el mismo espacio al mismo tiempo es correcto cuando se aplica a la materia, pero no se aplica a las ondas. De hecho, un número infinito de ondas puede ocupar el mismo espacio al mismo tiempo; además, lo hacen sin afectarse entre sí, de modo que cada onda conserva su propio carácter independientemente de cuántas otras ondas estén presentes en el mismo punto y tiempo. Una antena de radio o televisión puede recibir la señal de cualquier frecuencia a la que esté sintonizada, sin verse afectada por la existencia de otras. Del mismo modo, las ondas sonoras de dos personas que hablan pueden cruzarse entre sí, pero el sonido de cada voz no se ve afectado por el hecho de que las ondas hayan estado simultáneamente en el mismo punto.
La superposición juega un papel clave en muchas de las propiedades de onda del sonido discutidas en esta sección. También es fundamental para la adición de componentes de Fourier de una onda con el fin de obtener una forma de onda compleja (ver a continuación Ondas de estado estacionario).
La ley del cuadrado inverso
Una onda plana de una sola frecuencia en teoría se propagará para siempre sin cambios ni pérdidas. Sin embargo, este no es el caso de una onda circular o esférica. Una de las propiedades más importantes de este tipo de onda es una disminución de la intensidad a medida que la onda se propaga. La explicación matemática de este principio, que deriva tanto de la geometría como de la física, se conoce como la ley del cuadrado inverso.
A medida que un frente de onda circular (como el creado al dejar caer una piedra sobre una superficie de agua) se expande, su energía se distribuye sobre una circunferencia cada vez más grande. La intensidad, o energía por unidad de longitud a lo largo de la circunferencia del círculo, por lo tanto, disminuirá en una relación inversa con el radio creciente del círculo, o distancia de la fuente de la onda. De la misma manera, a medida que un frente de onda esférico se expande, su energía se distribuye sobre una superficie cada vez más grande. Debido a que el área de superficie de una esfera es proporcional al cuadrado de su radio, la intensidad de la onda es inversamente proporcional al cuadrado del radio. Esta relación geométrica entre el radio de crecimiento de una onda y su intensidad decreciente es lo que da lugar a la ley del cuadrado inverso.
La disminución de la intensidad de una onda esférica a medida que se propaga hacia el exterior también se puede expresar en decibelios. Cada factor de dos en la distancia de la fuente conduce a una disminución en la intensidad en un factor de cuatro. Por ejemplo, una disminución de cuatro factores en la intensidad de una onda es equivalente a una disminución de seis decibelios, de modo que una onda esférica se atenúa a una velocidad de seis decibelios por cada aumento de dos factores en la distancia de la fuente. Si una onda se propaga como una onda hemisférica por encima de una superficie absorbente, la intensidad se reducirá aún más en un factor de dos cerca de la superficie debido a la falta de contribuciones de las ondas de Huygens del hemisferio faltante. Por lo tanto, la intensidad de una onda que se propaga a lo largo de un piso nivelado y perfectamente absorbente se desprende a una velocidad de 12 decibelios por cada factor de dos en la distancia de la fuente. Esta atenuación adicional lleva a la necesidad de inclinar los asientos de un auditorio para mantener un buen nivel de sonido en la parte trasera.