音頻分析的原理主要涉及數字信號處理的基本理論、音頻分析的基本方法以及音頻參數測量和分析內容，其中數字信號處理是音頻分析的理論基礎。 傅立葉變換和信號的采樣是進行音頻分析時用到的最基本的技術。傅立葉變換是進行頻譜分析的基礎，信號的頻譜分析是指按信號的頻率結構，求取其分量的幅值、相位等按頻率分布規律，建立以頻率為橫軸的各種“譜”，如幅度譜、相位譜。信號中，周期信號通過傅立葉級數變換後對應離散頻譜，而對於非周期信號，可以看作周期T為無窮大的周期信號，當周期趨近無窮大時，則基波譜線及譜線間隔(ω=2π/T)趨近無窮小，從而離散的頻譜就變為連續頻譜。所以，非周期信號的頻譜是連續的。
在以計算機為中心的測試系統中，模擬信號進入數字計算機前先經過A/D變換器，將連續時間信號變為離散時間信號，稱為信號的采樣。然後再經幅值量化變為離散的數字信號。這樣，在頻域上將會出現壹系列新的問題，頻譜會發生變化。由模擬信號變成數字信號後，其傅立葉變換也變成離散傅立葉變換，涉及到采樣定理、頻率混疊、截斷和泄漏、加窗與窗函數等壹系列問題。 音頻測量中需要測量的基本參數主要有電壓、頻率、信噪比。電壓測試可以分為均方根電壓(RMS)、平均電壓和峰值電壓等幾種。
頻率是音頻測量中最基本的參數之壹。通常利用高頻精密時鐘作為基準來測量信號的頻率。測量頻率時，在壹個限定的時間內的輸入信號和基準時鐘同時計數，然後將兩者的計數值比較後乘以基準時鐘的頻率就得到信號頻率。隨著微處理芯片的運算速度的提高，信號的頻率也可以利用快速傅立葉變換通過軟件計算得到。
信噪比是音頻設備的基本性能指標，是信號的有效電壓與噪聲電壓的比值。信噪比的計算公式為：
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在實際測量中，為方便起見，通常用帶有噪聲的信號總電壓代替信號電壓計算信噪比。 時域分析通常是將某種測試信號輸入待測音頻設備，觀察設備輸出信號的時域波形來評定設備的相關性能。最常用的時域分析測試信號有正弦信號、方波信號、階躍信號及單音突變信號等。例如將正弦信號輸入設備，觀察輸出信號時域波形失真就是壹種時域分析方法。
方波分析具有良好的突變性及周期性，通過觀察設備對方波信號的輸出信號波形能夠很好的檢測設備的各項性能，因此方波信號成為最常用的時域分析信號。
階躍信號分析比較簡單，主要用來檢測音頻設備對於信號突變的響應靈敏度。階躍信號分析的參數通常兩個，就是階躍響應信號的上升時間和脈沖寬度。上升時間越小，設備對於信號突變的響應越靈敏，瞬態特性越好;脈寬越小，設備的阻尼特性越好，系統越穩定。
正弦信號在某個時刻峰值突然升高，形成突變，就是單音突變信號。由於單音突變信號的能量集中在壹個很窄的頻率範圍，因此常用單音突變信號檢測音頻設備在某個特定頻率的響應情況。單音突變信號的主要用途是快速判定某些音頻設備，例如揚聲器的阻尼特性等。 音頻設備的失真包括諧波失真、互調失真、相位失真及瞬態失真等幾類。音頻測量中最重要的是諧波失真，諧波失真，簡單地說就是聲音信號經音頻設備重放後多出來的額外的諧波成分。從聽眾的角度看，不同的發聲物體所發出的聲音是由不同的基波和諧波構成的，聽眾可以根據聲音的特性分辨出發聲的物體。如果功率放大器將某種樂器所發出的樂音(樂音由基波和諧波組成)放大，經揚聲器放音後，對基波和各次諧波的波形形狀、幅值和相位均能無失真的重現出來，則可以認為是高質量的放音；否則，揚聲器所放出的聲音聽起來煩躁、別扭，則諧波失真已經達到無法忍受，甚至使人無法分辨發聲樂器的種類。因此，諧波失真是音頻設備的重要性能指標。
諧波失真的測量方法有兩種，壹種是以正弦信號輸入待測設備，然後分析設備響應信號的頻率成分，可以得到諧波失真。另壹種更簡單的測量方法是首先利用帶阻濾波器濾除響應信號中的基頻成分，然後直接測量剩余信號的電壓，將其與原響應信號作比較，就可以得到諧波失真。顯然第二種方法得到的諧波失真是THD+N，由於采用了信號的總電壓值代替了基頻分量電壓值，因此得到的諧波失真比實際值偏小，且實際的諧波失真越大，誤差越大。
在實際的音頻測量時，通常在壹定的頻率範圍內選取若幹個頻率點，分別測量出各點的諧波失真，然後將各諧波失真數值以頻率為橫坐標連成壹條曲線，稱為諧波失真曲線。