每個物體在振動時有它固定的頻率和模態，這些是它們與生俱來的特性，只要這些物體的剛性和結構、形狀固定，那麼這些天生的振動頻率也就固定下來，不會隨時間和外力環境有所變化，這種天生的振動頻率即被稱作"自然頻率" (natural frequency)，當我們使用自然頻率的外力去振動這個物體後，當這個外力移開後，物理仍然會因共振現象反覆振動不停，要經過一段相當的時間才靜止下來，但是如果我們所施加的外力其振動頻率與物體的自然頻率不同的時候，物體是被強造運動的，因此當外力消失後，物體因為本身的阻尼作用，很快的呈現靜止的狀態。這個情形就如同音叉共振實驗一般，如果兩個音叉有相同的自然頻率的話，那麼當你敲擊其中一根音叉的話，則另一根音叉也會產生共鳴(圖 2-1)。
音叉所產生的聲音其波長可用下式表示：
如果將音叉簡化為弦狀物體的話，其自然頻率
與其材質及形狀有關，可表示為：
：為線密度density
當我們用不同的 n 值代入時，即可得到不同的自然頻率，此些共振之自然頻率，亦即結構體與生俱來的，一個結構體可以有很多個自然頻率，但一般結構體的自然頻率並不是呈現倍率增加的情形，其分佈與結構體本身有關而且大都是非線性的。假設我們忽略一些高頻狀態，我們去量測某一結構體之某一點之振動時即可獲得的自然頻率資料，例如圖
2-2所示為 
，而其相對應之振幅為
。如果我們去量測此一結構體之另一點振動資料，即可發現此一結構體之自然頻率並沒有任何不同，仍然為為
，但是其相對應之振幅大小可能會不一樣。此一結構體任何一點之振動資料自然頻率都是
，這就是此一結構體與生俱來的特性。
因此如果我們想要知道一個物體的自然頻率是多少的時候，我們可以試著用各種不同的振動頻率的外力去激振這個物體，然後觀察這個物體的反應，如果在外力激勵後，物體振動的較激烈，即代表這個外力本身的振動頻率即為物體的自然頻率，當然一個物體自然頻率不只一個，有高頻的，有低頻的，因此我們採取的測試外力也必須高、低頻都有，如果我們從低頻到高頻，不斷調整外力的頻率來淚勵待測物體，如此即顯得很不適際，一來我們不知低頻自何處開始，高頻到何處截止，二來每次調整頻率的間距也不易控制。
實際上在測試物體振動模態有一個好辦法，那就是使用一個極短脈衝當作外力來激勵待測物體，大家應當還記得，一個極短的脈衝也就是所謂的極短脈衝 δ 信號，它在時間軸上所具有的寬度可以說是無限短，而它的傅氏轉換則為 １，亦即是它在頻域可以說是各種不同的頻率的組合，換句話說我們拿極短脈衝當成外力來激勵待測物，就等於拿許許多多各式各樣的頻率的外力來激勵待測物，因此待測物體外加的極短脈衝作用力消失之後，它的振動也就呈現著本身各個高低頻的自然頻率的組合而成的振動情形，當然，有各種頻率相加而成的信號，在時間軸上是無法看出什麼內容的，但一旦我們把待測物體的表動情形用傅氏轉換轉換到頻域上，即清清楚楚的了解待測物體有那些自然頻率。 接下來我們介紹一維數位信號處理，如何應用在測量一個結構體的自然頻率與振動模態。首先我們將結構體妥善置好，然後在上面選取測量點，當然點數取得越密，似乎量測的結果也就越精密，但是這樣子作不但費時，而且需要大量的記憶體來儲存，因此一般必須要適的在取點方面作取捨，儘量選取在結構體上"較具有代表性的點"，那些是較有代表性的點呢？那就必須靠經驗，或者依據一些固定的選點模式來作。當選點完畢後，我們便在結構體上開始一個點，一個點來測量，將測量振動的壓電轉換器安放在選取的點上，而將它的信號連接到頻譜分析儀器中。再下來便是使用一個尖嘴的榔頭，迅捷有力的敲打一下結構物，敲打的技術也很重要，務必作到又快又準，如此外力信號才會接近成為一個脈衝信號。敲打完後緊接著我們即可在頻譜分析儀中看到信號的頻率響應曲線中有許多個尖峰(peak)出現，每個出現尖峰的地方，即表這個物體的自然頻率，而這些尖峰的地位在敲擊結構物的其他的測量點時，仍然會一模一樣的出現尖峰，因為剛才說明這就是這個結構物體的特性。 就延續剛才說過的例子，假設在某一結構體 a 點之振動如圖 2-2所示為
，而其相對應之振幅為 
。當我們去量測此一結構體之另一點振動資料時只有一種情形不會在
出現尖峰圖形，那就代表了該點在該自然頻率下呈現振動節點的反應，其振動的振幅為零。
如圖 2-3 所示，假設在某一結構體
b 點之振動資料時在 
未出現尖峰圖形，這就意味著結構體 b
點在 自然頻率之振動時為節點。
自然頻率之振動時為節點
如圖 2-4 所示，假設在某一結構體
c 點之振動資料時在 
出現非常高的尖峰圖形，這就意味著結構體
c 點在 自然頻率之振動時為波峰。
自然頻率之振動時為波峰
另外，這些自然頻率的峰值即代表現這個點在該頻率振動下的振幅、我們將這些振幅的資料收集起來，等結構物體所有測量點都測出來後，即可得知結構物在某一振動頻率下何處振動得較厲害，何處為節點，最後即可將整個振動模態畫出﹐而得到了自然頻率和振動模態後振動的測量分析工作也告完成了。假設在某一結構體 d 點和 e 點之振動資料如圖 2-5及圖 2-6 所示﹐僅使用
a 到 d 五個點來作為結構物體所有測量點雖然可能代表性略嫌不足，但是作為說明舉例也大致足夠了。
(a)
(b)
(c)
圖2-8 (a)-(c) 整個振動模態
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