Kas ir frekvenču spektrs?

Izpratne par biežumu kopumā

Frekvence ir plaši definēta kā pilnu elektromagnētiskās enerģijas viļņu ciklu skaits, kas notiek katru sekundi. Starptautiskā mērvienība, ko izmanto, lai aprakstītu vienu ciklu, ir 1 herts (Hz). Tā kā katrai elektromagnētiskā spektra daļai ir signālfrekvences signāls, to var identificēt ar spektra analizatoru, kas spēj precīzi izmērīt konkrētās novērojamās elektromagnētiskās parādības viļņu ciklus sekundē.

Šie skaitļi ir patiešām svarīgi dažu dažādu iemeslu dēļ. Fiziķi bieži pavada daudz laika, veidojot dažādu frekvenču spektru, lai saprastu, kā šie viļņi mijiedarbojas ar vielu, kā arī noteiktu tādas lietas kā skaņas un gaismas viļņu ārējās robežas. Tie ir svarīgi arī veselības apsvērumu dēļ; pētniekiem ir jāzina, kāda līmeņa lietas, piemēram, rentgena un mikroviļņu tehnoloģijas, ir drošas lietošanai mājās un medicīnas iestādēs. Apraides gadījumā spektrs nosaka, kuras frekvences ir visvairāk apdzīvotas un tādējādi visvairāk pakļautas traucējumiem un apraides grūtībām.

Elektromagnētiskās enerģijas grafiks

Katrs no dažādajiem elektromagnētiskās enerģijas veidiem spektrā ieņem noteiktu vietu. Elektromagnētiskais kontinuums, kas izteikts kā katra atsevišķa segmenta izstarotā starojuma frekvence vai intensitāte, svārstās no 106 Hz līdz 1025 Hz. Radioviļņi aizņem zemāko spektra galu, savukārt radioaktīvie gamma stari aizņem augstāko galu. Frekvenču diapazons, ko aptver elektromagnētiskais spektrs, ir milzīgs. Radio pārraides radītās frekvences un redzamās gaismas radītās frekvences atšķiras par miljona miljardu lielumu.

Gaisma un skaņa

Runājot gan par gaismu, gan skaņu, izstaroto frekvenču līmeņi lielā mērā ir atbildīgi par to, kā cilvēki uztver pārraidāmo krāsu vai skaņu. Lai gaisma parādītos kā atšķirīga krāsa, tai ir jāizstaro enerģija ar šo krāsu saistītajā elektromagnētiskajā diapazonā. Viens no vienkāršākajiem veidiem, kā to demonstrēt, ir ar prizmu vai citu slīpu kristālu. Saules gaismā saules enerģija tiek pārraidīta atšķirīgi caur dažādām refrakcijām, kā rezultātā šķiet, ka spīd dažādas krāsas. Patiesībā gaisma ir vienāda neatkarīgi no tā, kā tā izskatās, bet refrakcija maina elektromagnētisko enerģiju, izraisot krāsu.

Skaņas viļņi darbojas līdzīgi. Dažādas mūzikas notis var izmantot dažādas enerģijas, kā rezultātā tām var šķist atšķirīgas īpašības tiem, kas atrodas klausīšanās diapazonā. Mākslinieki to bieži izmanto, lai padarītu akustiskās kompilācijas interesantākas. Apzināta skaņu sajaukšana visā spektrā bieži tiek dēvēta par “balto troksni”, kas dažkārt tiek izmantota, lai veicinātu labāku miegu.

Īpaši apsvērumi raidorganizācijām

Radio, televīzijas un citu apraides radiofrekvenču spektrs tiek klasificēts frekvenču diapazonos vai “joslās”, gan lai samazinātu traucējumus, gan arī lai sadalītu joslas platumu starp vairākiem lietotājiem. Lielāko daļu no tiem regulē dažādas iestādes. Piemēram, Starptautiskās telekomunikāciju savienības līgums piešķir noteiktus radio pārraides frekvenču diapazonus, lai samazinātu traucējumus īsviļņu radiofrekvenču spektrā. Augsto frekvenču joslas ir sadalītas starp starptautiskajām īsviļņu raidorganizācijām, radioamatieru operatoriem un jūras radio sakariem.

Lai nodrošinātu uzticamu, bez traucējumiem radiopārraidi, vietējās valdības aģentūras bieži regulē noteiktus spektra aspektus vai daļas. Amerikas Savienotajās Valstīs Federālā sakaru komisija (FCC) piešķir frekvenču joslas uzņēmumiem, plašai sabiedrībai un radioamatieru operatoriem, lai ierobežotu iespējamos šķērsjoslu traucējumus. Katrai joslai ir noteikts frekvenču diapazons, un šis frekvenču spektrs ir rezervēts katrai no dažādajām lietotāju grupām.