Als periodische Schwingung wird eine Schwingung bezeichnet, deren Wellenform sich unverändert wiederholt.

Jede periodische Schwingung hat eine Frequenz. Die Frequenz bezeichnet die Anzahl der Wiederholungen einer vollen Periode pro Sekunde. Ihre Maßeinheit ist Hertz (abgekürzt Hz). 440 Hz bedeutet also 440 Wiederholungen der Periode (kurz: 440 Perioden) pro Sekunde.

Der Kehrwert der Frequenz ist die Wellenlänge, d.h. je höher die Frequenz, desto kleiner die Wellenlänge. Die Wellenlänge wird dabei nicht, wie der Name suggerieren könnte, in Metern angegeben, sondern als Zeitdauer einer vollen Periodenlänge. Die Maßeinheit der Wellenlänge ist also s (d.h. die Wellenlänge eines Tons der Frequenz 440 Hz ist 1/440 s).

Unter der Amplitude einer Schwingung versteht man die maximale Auslenkung von der Ruhelage, d.h. den größten absoluten Abstand, den die Schwingung während einer Periode von der x-Achse hat. Manchmal wird auch die Auslenkung (also der y-Wert) einer Schwingung zu einer bestimmten Zeit t (dem x-Wert) Amplitude zur Zeit t genannt. Beide Wortbedeutungen sind leider verschieden, was manchmal zu Mißverständnissen führt. Man sollte daher von dem Amplitudenwert zur Zeit t sprechen, wenn man die zweite Wortbedeutung meint. Die Maßeinheit der Amplitude hängt von der Art der Schwingung ab. Bei elektrischen Schwingungen in der analogen Tonstudiotechnik verwendet man V (Volt) als Maßeinheit. Die Studiogeräte sind dabei in der Regel so genormt, daß ein vorverstärktes Signal mit Line Pegel (also ein Signal, das beispielsweise über die Anschlußkabel eines CD-Spielers zum Verstärker übertragen wird) eine maximale Amplitude von 1 V haben durfte, um noch verzerrungsfrei übertragen zu werden.

Die Phase einer Schwingung an einem bestimmten Zeitpunkt (t bzw. x) ist der Abstand von dem letzten Ursprung oder Beginn der Periode (zumeist der Schnittpunkt der Schwingung mit der x-Achse). Wichtig ist dabei die Frequenzunabhängigkeit der Phase: Die Phase wird nicht in absoluter Zeit gemessen, sondern immer nur als (An)teil einer kompletten Periode. Man kann sie im Bogenmaß angeben (0 <= Phase <= 2*pi), in Altgrad (0 <= Phase <= 360), oder als Bruchteil einer Periodenlänge (0 <= Phase <= 1). Die folgende Grafik veranschaulicht diese Begriffe:

Abbildung 5.1. Frequenz, Wellenlänge, Amplitude und Phase einer periodischen Schwingung.

Der französischen Mathematiker Fourier fand heraus, daß sich jede beliebige periodische Schwingung als Summe von Sinusschwingungen, deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz betragen, erzeugen lässt, wenn die Amplituden und Phasenlagen dieser Frequenzen richtig gewählt werden. Diese Sinusschwingungen bilden das Frequenzspektrum des Klangs. Im Spezialfall der periodischen Schwingung (also einer Schwingung, die komplett durch Überlagerung von Sinusschwingungen ganzzahliger Vielfacher der Grundfrequenz dargestellt werden können), spricht man von einem harmonischen Spektrum.

Das mathematische Verfahren, das aus der periodischen Schwingung die Amplituden und Phasen errechnet, nennt sich Fourier Transformation. Für Computer wurde in den 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts ein geschwindigkeitsoptimiertes Verfahren aus der diskreten Mathematik entwickelt, das sich Fast Fourier Transformation nennt.