亦稱“音樂音響學”。側重研究與音樂所運用的聲音有關的各種物理現象，是音樂學的分支學科之一。由於音樂是有賴於聲音振動這一物理現象而存在的，因此對聲音的本性、其各個側面的特性以及聲音振動的前因後果的認識和理解，就影響到人類創造音樂時運用物質材料、物質手段的技術、技巧、藝術水準，也影響到人類認識自己的聽覺器官對聲音、音樂的生理、心理感受與反應的正確與深刻程度。由於這些原因，音樂聲學作為音樂學與物理學的交緣學科，就成為音樂學的一個不可缺少的組成部分。音樂聲學包括如如下幾個知識領域：
一般聲學 作為物理學的一個分支的一般聲學，是音樂聲學的基礎，它向人們提供有關的基礎知識：聲音作為物理現象的本質和本性是什麼，樂音與噪聲的區別何在，音高、音強和音色就其客觀存在而言是一些什麼樣的物理量。古代人對音質音色的認識帶有神秘感，隻能借助各種類比詞加以描述。用近代物理學方法進行分析的結果說明，每一種音色都是由許多不同頻率(音高)的振動疊加而成的復合振動狀態，可采用頻譜分析的方法對它們進行解剖式的科學描述。聲音通常是通過在空氣中的傳播而到達人耳的，因此空氣中的聲波就是一般聲學必須研究的對象，它在空氣中的傳播速度（聲速）、波長，遇到障礙物之後的反射、繞射，所形成的行波、駐波，不同頻率的聲能在空氣中自然消蝕的不同程度等等，在聲學中都已得到研究。共振現象是聲學中的重要研究課題，就能量傳導而言，可有固體、氣體、液體（內耳淋巴液）等不同的傳導途徑；就其強度與穩定程度，則涉及共振體的固有頻率問題，激發與應隨共振的兩物體頻率之間的整數比例關系問題，即與諧音列有關的諧振問題；這也是和諧感、音程協和性、律制生律法問題的一般物理學、數學基礎。近半個世紀以來，電聲學已成為一般聲學中份量日益加重的組成部分，電鳴樂器的出現已使電磁振蕩成為聲源的一種，在日常生活中，音樂的保存、重放、傳播也都借助於聲波與電波的相互轉化來實現，已使聲與電緊密地聯系在一起。因此在成熟的工業社會裡，電聲學也是音樂聲學的基礎。
聽覺器官的聲學 研究人耳的構造屬於生理學、解剖學的范圍，但人耳何以能具有感受聲波的功能，卻還必須借助聲學才能得到說明。況且由於聽覺神經網絡的構造過於精細，難以用神經系統解剖學的方法來研究，隻能主要通過聲學實驗來瞭解其功能。解剖學能提供的知識至今還是十分有限的。鼓膜是外耳與中耳的分界面，它將聽道中的空氣分子振動轉換為錘骨、砧骨、鐙骨這三塊聽小骨的固體振動；鐙骨底板所“踩”的卵形窗是中耳與內耳的分界面，它將固體振動又轉換為耳蝸內淋巴液的液體振動，後者引起幾千個微小器官裡纖毛的共振，共振激起神經細胞的電脈沖。內耳的功能，它對聲音的音高、響度、音色的感受特性等有關知識，則是由生理聲學實驗所積累的。關於對音高的感受：人耳可聞音的頻率范圍，為分辨音高所需的最短時值，音高辨認的相對性、絕對性和近似性，對同時性、繼時性兩音相互間協和與不協和的分辨；關於對響度的感受：人耳可聞音的強度范圍，客觀強度與主觀響度之間的真數與對數關系（韋伯-費希納定律），對不同音區的音客觀上不同強度可能在主觀上感受為同樣響度（等響度曲線），同音持續與否對於響度感的影響，這些方面都積累瞭比較確鑿的數據。但是關於對音色的分辨能力，積累的資料還不多。據推測，外周聽覺神經具有分析功能，中樞神經的聽覺區則具有綜合功能；關於“主觀泛音”現象（強的純音會被感受為包含泛音在內），在解釋中則假定內耳微小器官的纖毛可能發生諧振（諧音共振）。至於內心聽覺與對節奏、音調、和弦的想象等能力的研究，由於更多與心理學交緣，尚未在音樂聲學中得到充分概括。
樂器聲學 是音樂聲學中歷史最悠久、內容最豐富、實用性最強的一部分。它從理論上闡明樂器的發音原理、結構與功能的關系，並對樂器進行科學分類；面向實踐則對樂器制作工藝學與樂器演奏技術提出指導性意見。樂器的不同結構成分從功能上可劃分為能源接納、聲源形成、共振、擴散等要素，而樂器分類則著眼於聲源的類型。聲源由固體振動構成的是一大類，其下又可細分為體鳴、膜鳴、弦鳴，後兩種依賴張力形成彈性振動的聲源；聲源由氣體振動構成的是又一大類，其下又可細分為單純氣鳴與有固體（簧片、嘴唇）振動配合參與的氣鳴兩種；聲源由電磁振蕩構成的是第三大類。但樂器制作註意的重點卻在共振，音質在很大程度上取決於共振的均勻性與諧振性，音量則取決於共振的充分性（又及時擴散）。為瞭達到更理想的聲源狀態與共振狀態，樂器制作在材料和形制上都須精心探尋（見樂器學）。音準問題是某些定音樂器必須關心的，但它還受制約於律制。樂器聲學對樂器演奏技術的指導作用，主要集中在能源介入與聲源形成這兩個環節的處理方法上，是音樂聲學中常被忽視的方面。這固然是由於各種樂器的演奏傢未能從聲學的科學高度總結其演奏經驗，同時也由於音樂學傢多缺乏聲學知識，在演奏評論中不善於從這一角度指出優劣。
嗓音聲學 人聲可以算作廣義的樂器之列，但它不同於一般樂器的主要特點有二：人類發聲器官的各個部件都是柔軟的肌肉韌帶，不同於一般樂器的剛性部件；控制這些肌肉韌帶的神經活動，不象支配手與唇舌肌腱的神經活動那樣隨意自由，而帶有很大程度的本能性與不隨意性；對這些肌腱狀態的自我感覺，也不那麼客觀清晰，而帶有很大的朦朧性與虛幻性。就其涉及人體器官的生理狀態而言，嗓音聲學也可歸屬廣義的生理聲學，但它與聽覺器官的生理聲學本質上不同，所研究的並非聲音感受過程中的，而是發聲過程中的生理聲學問題。仿照樂器聲學的分析方法，人類發聲器官亦可從能源、聲源、共振、擴散四個結構要素來討論。嗓音接納的能源來自內臟對肺內空氣的壓力，但造成壓力的運動部位並不在肺而當在下腹（丹田）。聲源是由聲帶（喉）的狀態形成的，但緊靠著它的共振腔是從聲帶到口腔、鼻腔末端之間的管道（咽），管道的一定口徑與長度使空氣分子得以充分參與共振，咽與喉的狀態配合是發聲器官良好工作狀態的核心。隨後，口腔內的空氣分子當然也參與共振，但這已服從於歌詞的元音、輔音的吐字，其功能已非旨在增大音量的共振，而是給咽喉傳來的音波附加特定元音、輔音所應具備的“頻譜共振峰”，隨即擴散，把聲波送到遠處。運用發聲器官的技巧必須包括而應加以訓練的方面很多，諸如：音域的伸展，真假聲的選擇互補，換聲區的平順過渡，氣息長短緩急的控制，音量強弱幅度的擴大與調節的靈活，音色的變化，吐字的清晰準確，音準節奏的掌握等等。古往今來各民族各地區的不同唱法與不同聲樂學派，各有獨特的運聲方法，積累瞭豐富的實踐經驗，但由於人聲器官構造的復雜性，作為一門音樂學學科的嗓音聲學至今尚在草創時期。
音律和諧的聲學 側重數理的聲學分支，為音階、調式、和諧理論提供物理學、數學依據。由於這一學科歷史悠久，有關律制的研究成果已形成律學這一專門學問；但律學還不能包括這一學科的全部內容，近代以來，在結合聽覺器官的聲學特性研究和諧問題的過程中，發現瞭不少有待解釋的現象，開辟瞭新的研究方向。不同音高的兩音波疊加，因互相幹涉而形成時強時弱的周期性交替，當周期性的強音稀疏可數時，稱為“拍”，當其稠密不可分辨時，就在聽覺器官中融成第3個音，稱為“差音”，其頻率是前兩音頻率之差，例如，前兩音為g1、e2，則差音為c1。差音現象最早為意大利中音提琴傢兼作曲傢G.塔爾蒂尼在1714年所發現。差音之可被聽到，與聽覺的和諧感有關。關於聽覺對協和與不協和的分辨問題，19世紀後半葉德國生理學傢兼物理學傢H.黑爾姆霍爾茨(1821～1894)與音樂心理學傢兼比較音樂學傢C.施通普夫分別進行瞭實驗研究。前者認為，聽不到還是聽得到“拍”，是感覺協和與否的分界線。後者認為，感到還是感覺不到兩音融合為一，是協和與否的標志。但是這兩種理論對於非同時性而是繼時發出的兩音之間協和與否的解釋都是無效的。並且由於聽覺對音高分辨的近似性（帶域特性），微微偏離協和關系仍可感覺為協和，例如平均律小六度和聲音程有明顯的“拍”，仍可感到協和；反之，由於使用條件的改變，協和的亦可變為不協和，例如大三度音程在調式中用作減四度音調時就令人感到不協和。這就涉及人工律音程在聽覺器官中向自然律音程轉化及其規律性問題。此外，關於泛音列與沉音列在和弦與調式形成中有無作用這一爭論瞭幾百年、對和聲學與調式理論具有根本指導意義的問題，也並非聽覺器官之外的物理學問題，必須結合聽覺生理聲學乃至與內心聽覺等有關的心理聲學這些特殊物理學領域的探討，才有希望找到答案。
室內聲學 對音樂在室內表演的聲學條件進行研究，是建築聲學與音樂學交緣的學科領域。建築聲學中有些問題（例如隔聲、抗震）是與音樂並無直接關系的，但有些問題則與音樂表演的音響效果關系密切，統稱室內聲學問題。室內聲學註意到如下問題：房室廳堂的幾何形狀，為瞭防止出現房間自身固有頻率對音樂音響的幹擾歪曲，必須消除相對墻面之間、天花板地板之間平行的方向關系，消除可能造成聲灶的空穴、凹面；為瞭使聲波在室內多次往返反射又防止出現回聲，房間長寬比例不得過於懸殊，各個部分的吸音性能應當均勻，並在墻面上多設置擴散體；各個表面裝修吸音材料的目標是達到適度的混響時間，混響時間在各個頻率區應大體均勻（過高區可趨短），而其秒數(0.8～2.2)則取決於房間容積的大小以及所唱奏的音樂的風格類型。在結合使用電聲的條件下，以及為錄音工作創造良好室內音響條件的要求下，室內聲學設備已有不少新發展。