声源如气枪、炸药和电火花系统可以产生巨大的水下声音压力。在这种情况下，用频率 、波长和振幅来描述声波的简单描述不再足够。其他现象可能发生，包括失真、冲击波和空化。

谐波失真

高振幅声波在水中传播时确实会发生波形失真，这主要源于‌非线性效应‌和‌介质特性‌的共同作用。以下是关键原因：

‌非线性传播导致波形畸变‌：当声波振幅足够大时，水的响应进入非线性区域，高压区（波峰）的声速略高于低压区（波谷），导致波形逐渐变陡，甚至形成类似冲击波的结构 ‌。

‌谐波生成与能量再分配‌：原本的正弦波会因非线性作用产生高次谐波（如二次、三次谐波），基频能量逐渐转化为这些高频成分，使波形从正弦演变为锯齿状或更复杂形态。

‌频散效应‌：不同频率成分在水中传播速度不同，尤其在多途传播环境中，低频成分传播路径更长、速度更慢，造成接收端各频率到达时间不一致，进一步加剧失真。

‌耗散与散射‌：水中的黏滞性、悬浮颗粒及界面（如海面、海底）会引起能量衰减和散射，对高振幅波的结构造成扰动 ‌。

高振幅声波在水中传播时，因非线性、频散、耗散等机制，其波形必然发生失真‌。这一现象在水声通信、声呐系统及海洋声学研究中是重要考量因素。在声音波的压缩阶段，声压更高，在高振幅波的这一部分声音传播得更快。相反，在介质中，在稀释阶段声波的相位，声音传播得更慢。结果，声波变得失真，如下图b所示。失真的波不仅包含原始声波的频率（基频）的能量，还包含原始频率的两倍（第二谐波）、三倍（第三谐波）频率的能量。因此，这种行为被称为谐波失真。基频向谐波的能量传递限制了声源可以传递到海洋中的能量量。

强烈声波从源传播的阶段。(a) 靠近强源的压力信号。(b) 离开源后传播的失真信号。(c) 离开源后的完全发展的重复冲击波(锯齿波)。(d) 由于高频成分的损失，重复冲击波的老化。(e) 以前冲击波的小振幅。

如果振幅足够大，远离声源时声波在传播最终会呈现锯齿形。这在图中的C中有所显示，原始声波每周期内几乎瞬间的压力或冲击波会增加一次。然而，较高频率的声波在海水中吸收得更快，因此在远离声源的更远处，锯齿波形会衰减回一个简单、较弱的声波，如上图d、e所示。

如上所述，高幅值声波的谐波失真可以产生冲击波。水下爆炸也会产生冲击波，例如，TNT（三硝基甲苯）的水下爆炸始于一个极快的化学反应，生成约3000°C的高温气体和约50,000大气压的压力。气体-水界面的压强使水以超过海水中的声速的速度向外出动，形成冲击波水下化学爆炸产生的冲击波包括一个几乎瞬间的压力增加，然后迅速衰减。冲击波以超过海水通常声速1500米/秒的速度传播。热气体还会创建一个巨大的、振荡的气泡，除非爆炸发生在如此靠近表面以至于气泡气体排放到大气中。

水下爆炸的初始冲击波之后，会跟随与爆炸形成的气泡或气泡形成的球体脉动相关的压力脉冲。

水下爆炸物可用于许多目的，包括水下石油和天然气的勘探与开发、水下施工与拆除、声波传播研究、地质研究和军事用途。除了像TNT这样的爆炸材料，还有类似爆炸系统，如石油勘探用气枪和电火花系统，也会产生冲击波。

水下爆炸装置用于油气平台拆除活动。

在爆炸性冲击波中， 超压和迅速降至低于环境压力的情况，如果压力超过组织的动态范围，可能会导致伤害。在较远的距离，冲击波会消散并变成声波，这将没有足够的能量产生显著的创伤。

当声波的低压相中的声压低到足够低时，介质会破裂或空化。低压使介质受到拉伸，产生气泡。气泡在崩溃时会发出声音，并且也会吸收通过它们传播的声能。介质破裂的确切值取决于声脉冲的频率、持续时间和重复率。 声源深度增加的效果是增加引起空化的峰值压力，增加的量等于环境背景压力。

空泡也可以由高速水下螺旋桨叶片尖端的压强降低而产生。但水深深处的潜艇螺旋桨可以更快地旋转而不产生空泡。因此，潜艇在深处可以快速行驶同时保持安静。

空化现象对浅水区声源的声源级造成了重要限制。任何试图在环境压力以上增加声压的尝试都会产生气泡云，这将使信号失真，并且实际上会降低远离声源的声压。

声空化可以引发或增加化学活性。它可以腐蚀金属和塑料。最值得注意的是，空化还可能会产生光 (声发射光)现象。