HET GELUIDSSPECTRUM
Een geluidsgolf kan worden beschreven als een drukvariatie die zich in de tijd afspeelt. Maar tevens geldt dat we zo'n drukvariatie opgebouwd kunnen denken uit een (vaak groot) aantal tonen. De toon-opbouw van een geluid noemen we het geluidsspectrum, en een beschrijving van het geluidssignaal in termen van dit spectrum (d.w.z. van de toonhoogte, of frekwentie) is daarmee net zo volledig als een beschrijving van de drukvariatie in de tijd. Er bestaat een speciale wiskundige techniek waarmee voor een willekeurig geluid het geluidsspectrum kan worden berekend (deze techniek heet Fourieranalyse). Hieronder ziet U enkele voorbeelden van (betrekkelijk eenvoudige) geluiden met de bijbehorende geluidsspectra.
De pure toon (weer te geven als een sinusvormig tijdssignaal) heeft het eenvoudigst mogelijke spectrum, omdat deze slechts uit één frekwentiecomponent bestaat. Deze frekwentie is gelijk aan 1/periode van de sinus, en bedraagt 1/6 Hz.
Het blokvormige geluidssignaal (wat klinkt als een 'zoemer') blijkt uit de Fourieranalyse te bestaan uit een groot aantal tonen, waarvan de sterkte systematisch afneemt met de toonhoogte (= de frekwentie), en waarin bovendien alleen tonen voorkomen die een oneven veelvoud zijn van de repetitiefrekwentie (hier gesteld op 1) van het blok. In dit voorbeeld ziet U de eerste vijf tonen die zo'n blokvormige golf opbouwen: de bijdragende frekwenties zijn resp. 1, 3, 5, 7 en 9 maal de grondfrekwentie van 1/6 Hz, en hun relatieve sterktes bedragen resp. 1, 1/3, 1/5, 1/7 en 1/9.
In het voorbeeld hiernaast is te zien dat zelfs een op het oog heel vreemd geluidssignaal (een korte 'klap' van 0.1 s die om de 1 s wordt gegeven) goed te benaderen is door een som van een groot aantal tonen (hier worden er 26 getoond). (Opm.: De Fourierbeschrijving is exact als er oneindig veel frekwenties worden meegenomen).
Het interessante van het auditief systeem is dat het basilaire membraan in het slakkenhuis zo'n Fourieranalyse als het ware automatisch uitvoert! (zie verderop, onder het onderwerp Tonotopie!)