Когда мы слушаем музы­ку, мы слышим основной музыкальный тон с различными примесями гармоник (частоты которых кратны частоте основного музыкального тона) и ряд колебаний на других частотах. Мы способны отличать разные инструменты, потому что у них раз­личные пропорции соотношений гармоник, а также разная длительность установле­ния (нарастания) амплитуды в начале каждой ноты. Все реальные процессы, несущие информацию о звуке, изображении и т. п. не являются синусоидальными колебания­ми, более того, они по своей природе носят случайный характер.

На практике, очень широко используются прямоугольные колебания, временная диаграмма которых показана на рис. 1. Вся цифровая техника построена на пря­моугольных колебаниях. Также они используются в телевидении. В усилителях зву­ковой частоты такие колебания часто используются в качестве тестовых, поскольку содержат много гармоник, а также позволяют проверять реакцию усилителя на рез­кий скачок входного напряжения. На рис. 1 также показана спектр прямоугольно­го колебания, показывающий амплитуды основного тона и гармоник. Итак, прямоу­гольное колебание состоит из основной частоты и теоретически бесконечного ряда кратных по частоте гармоник, амплитуды которых монотонно уменьшаются с часто­той. Симметричное (по длительности положительного и отрицательного полупе­риодов) прямоугольное колебание, показанное на рис. 1 также часто называют меандром.

Временная диаграмма и спектр прямоугольного колебания

Рис.1 Временная диаграмма и спектр прямоугольного колебания

Прямоугольное колебание, таким образом, состоит из суммы бесконечной после­довательности гармоник, — от основного музыкального тона до теоретически беско­нечных гармоник. Математически периодические колебания несинусоидальной фор­мы описываются рядом Фурье, где f— частота основного музыкального тона: