?率
(frequency)又稱
週率
,是
物理?
上描述某具?律週期性的?象或事件,在每?位
??
?(?每秒)重??生的次?(週期數,?循?次?);通常以符?
或
表示。?率的?位采用
???位制
,?
赫?
(
德語
:
Hertz
,??? Hz)
[註 1]
。
?
???某事件重??生
次,?此事件?生的?率?:
- 赫?
又因?
週期
定??重?事件?生的最小時間?隔,故?率也可以表示?週期(
)的
倒?
:
- 赫?
?了方便起見,較長較慢的波,像海洋表面的
面波
,通常是以
週期
(?位:秒)來描述其波動性質。較短較快的波,像聲波和無線電波,通常是以頻率(?位:秒
-1
)來描述其波動性質。
在
???位制
里,?率的?位??赫?是以德?物理?家
海因里希·赫?
(
德語
:
Heinrich Rudolf Hertz
, 1857年2月22日-1894年1月1日)而命名
[1]
。1赫?(Hz)表示事件每一秒?生一次。
除非特??明,?率一般是指?位???週期數的
???率
(temporal frequency),相?于?位?度?週期數的
空??率
(spatial frequency)。其他用?表示?率的?位?有:旋?机械器材領域採用的傳統衡量單位?
每分鐘轉速
(rpm)等;??上,
心率
以「次/分?」(bpm)??位
[2]
,而呼吸?率?可以「周期/分?」(cpm)??位。
測量方法
[
??
]
數算法
[
??
]
通過數算在某時間間隔
內重複事件發生的次數
,就可以獲得這重複事件發生的頻率:
例如,假若在15秒內發生了71次,則頻率?
- 赫?
?一種方法是測量這重複事件發生設定次數所需要的時間間隔
[3]
。不過此方法在計數次數介於零和一次之間時,計數次數會有隨機誤差,會造成計算頻率會有
的誤差,
其中
- ?取樣間隔
- ?量測到的頻率
其誤差會隨著頻率而遞減,因此信號在低頻率,而取樣到的次數又小,就會出現類似的問題。例如每秒量測一次頻率0.5Hz(?每兩秒一個週期)的信號,量到的次數會在一次和零次之間變化,需要取平均後才能得到?實的頻率。
頻閃觀測器
[
??
]
頻閃觀測器
可以用來測量旋轉物體或振動物體的頻率。頻閃觀測器會發射出重複地?烈閃光(
頻閃光
),其頻率可以用校準計時電路來調整。將頻閃光對準於旋轉物體或振動物體,然後調整閃?頻率。當頻閃光的頻率等於旋轉頻率或振動頻率時,這物體會在每次頻閃光閃?的時候,正好完成一個循環,回到同樣位置。所以,這物體看起來好像固定不動
[4]
。這物體的運動頻率可以從頻閃觀測器的讀出裝置獲得。請注意,假若這物體的運動頻率是閃?頻率的整數倍數,則這物體也會看起來好像固定不動。
頻率計數器
[
??
]
頻率計數器
是一種電子儀器,可以用來測量較高頻率。頻率計數器專門測量重複性電子信號。?使用
數位邏輯
和準確
石英
計時器來數算在某時間間隔內的信號重複次數。不具有電子屬性的循環過程,像轉軸的旋轉速率、機械振動、聲波,可以用
?能器
轉換?重複性電子信號。
外差法
[
??
]
假若電磁信號的頻率超過頻率計數器的適用域,則可以使用
外差法
。首先,在未知頻率的附近,選擇一個已知頻率的參考信號,然後,使用
二極體
將兩個信號混雜在一起,這會造成一個混雜拍信號,其頻率?已知頻率與未知頻率的差?,稱?
拍頻
或
差頻
,可以用頻率計數器測量
[5]
。當然這方法只能測量兩個信號的頻率的頻差,要獲得未知頻率,必須使用其他方法先知道參考信號的頻率。欲想測量更高頻率,必須經過幾個階段的外差法。最新?究已經將這方法推展至紅外線和可見光頻率。
波的?率
[
??
]
衡量
?音
、
?磁波
(例如
无??波
或者
光
)、??信?或者其他波的?率?,表示每秒波形重?的?量。如果波是?音,?率衡量
音符
的特性。
?率?波?成反比例?系。?率
等于波的
速度
除以
波?
:
在
?空
中?磁波的速度是?空中的
光速
,方程式就?成:
?
波
?一?介?傳入?一?介?,?率不?,而
波?
和
相速度
??
[6]
。
若一波源和觀察者之間有相對運動時,觀察者接受到波的頻率與波源發出的頻率會不相同,此現象稱?
多普勒效?
[7]
,例如當警車?近觀察者時,觀察者接收到警車的頻率會比警車發出的頻率要高。
物理光學
[
??
]
輻射能
(
英語
:
radiant energy
)是電磁波傳播的能源。太陽或電光源都是輻射能的源頭。人類的光學感測器(眼睛)能?分辨的光波稱?
可見光
,是由幾種?色(紅、橙、黃、綠、藍、?、紫)組成;其中每一種?色都有特定的
頻帶
(
英語
:
frequency band
)。可見光在整個
電磁輻射
的
頻譜
中只?有一小部分。
紫外線
(UV)的波長小於可見光,無法以肉眼看到;又
紅外線
(IR)的波長大於可見光,也必須利用
夜視鏡
和其他
熱感測設備
才能觀測得到。小於紫外線波長的電磁輻射有
X射線
和
伽瑪射線
。大於紅外線波長的有
微波
和
無線電波
,頻帶?
兆赫
和
千赫
,以及頻帶?
毫赫
和
微赫
的自然波。頻率?2毫赫的波,其波長大約等於從地球到太陽的距離。微赫波的波長大約?0.0317
光年
。
奈米赫
波的波長大約?31.6881光年。
按照波長長短,從長波開始,電磁波可以分類?
電能
、
無線電波
、
微波
、
紅外線
、
可見光
、
紫外線
、
X-射線
和
伽馬射線
等等。普通實驗使用的
光譜儀
就足以分析從2
奈米
到2500 奈米波長的電磁波。使用這種儀器,可以得知物體、氣體或甚至?星的詳細物理性質。這是
天文物理學
的必備儀器。例如,因?
超精細分裂
(
英語
:
hyperfine splitting
),
?原子
會發射波長?21.12公分的無線電波
[8]
。
人類眼睛可以觀測到波長大約在400
奈米
和700
奈米
之間的電磁輻射,稱?
可見光
[9]
。
物理聲學
[
??
]
聲音
是傳播於
固體
、
液體
、
氣體
、
等離子體
的
振動
,尤其是指那些
人耳能感受到的頻率
的振動。對於人類,聽覺頻率範圍限制在大約20赫?到2萬赫?(20千赫)之間,上限通常會隨著年齡而減低。其他物種有不同的聽覺頻率範圍。例如,有些犬種能感覺到高至45,000赫?的振動
[10]
。聲音是被許多物種用來做?
感覺危險
(
英語
:
detect danger
)、
導航
、
掠食
和
通訊
的主要感官之一。
凡是被詮釋?聲音的機械振動,都能?穿越處於各種物態的物質。這些能?傳播聲音的物質稱?
介質
。聲音不能傳播於
?空
[11]
。
信號、系統和頻域
[
??
]
周期性的信號均有其對應的頻率,而且可以透過
傅立葉級數
轉換?不同頻率
弦波
的和。而大部?信號(週期性或非週期性)可以用
傅里葉變換
轉換成在不同頻率下對應的振幅及相位,此種考慮信號或系統頻率相關部?的分析方式稱?
頻域
。
許多物理元件的特性會隨著輸入訊號的頻率而改變,例如電容在低頻時
阻抗
變大,高頻時阻抗變小,而電感恰好相反,高頻時阻抗變大,低頻時阻抗變小。一個
線性非時變系統
的特性也會隨頻率而變化,因此也有其頻域下的特性,
頻率響應
是輸入振幅相同,頻率不同的弦波,將各頻率輸出的振幅和相位相對頻率繪製成圖,可以顯示一個系統頻域下的特性。
有些系統的定義是以頻域?準,例如
低通濾波器
只允許低於一定頻率的訊號通過
[12]
。
不同國家交流電的標準頻率
[
??
]
?洲、非洲、澳洲、南美洲的南部、亞洲的大部分區域、
日本東部
、中國大陸及俄國,這些地區的
交流?
?率都是50 Hz(接近於
科學音調記號法
下的
音符
G1,是低三個八度的G);而北美洲、南美洲的北部、
日本西部
、朝鮮半島、菲律賓及台灣,這些地區都使用60Hz交流?
[13]
(大約在
音符
B♭1與B1之間)。依據在不同地區所使用的
交流?
?率,在進行錄音的同時所紀錄下來的
交流聲
[14]
可以顯露出進行錄音的位置,例如在歐洲或北美洲。
其?種頻率
[
??
]
- 角頻率
定義?
角位移
(
英語
:
angular displacement
)的變率,例如,
剛體
的旋轉運動、行星繞著太陽
公轉
。角頻率以方程式定義?:
- 其中,
是角位移,
是時間。
- 對於震?和波動,
角頻率
定義?
正弦波
相位
的變率。角頻率的單位?弧度每秒。角頻率與頻率(循環次數每秒)的關係?:
- 空間頻率
類比時間頻率,其時間軸替代?一條或多條空間軸。
?注
[
??
]
參考文獻
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??
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外部?接
[
??
]
參照
[
??
]
|
---|
|
?性(平?)的量
|
|
角度(??)的量
|
量?
|
—
|
L
|
L
2
|
量?
|
—
|
—
|
—
|
T
|
??
:
t
s
|
位移?分
:
A
m s
|
|
T
|
??
:
t
s
|
|
|
—
|
|
距?
:
d
,
位矢
:
r
,
s
,
x
,
位移
m
|
面?
:
A
m
2
|
—
|
|
角度
:
θ
,
角移
:
θ
rad
|
立體角
:
Ω
rad
2
, sr
|
T
?1
|
頻率
:
f
s
?1
,
Hz
|
速率
:
v
,
速度
:
v
m s
?1
|
面積速率
:
ν
m
2
s
?1
|
T
?1
|
頻率
:
f
s
?1
,
Hz
|
角速率
:
ω
,
角速度
:
ω
rad
s
?1
|
|
T
?2
|
|
加速度
:
a
m s
?2
|
|
T
?2
|
|
角加速度
:
α
rad
s
?2
|
|
T
?3
|
|
加加速度
:
j
m s
?3
|
|
T
?3
|
|
角加加速度
:
ζ
rad
s
?3
|
|
|
|
M
|
?量
:
m
kg
|
|
|
ML
2
|
轉動慣量
:
I
kg
m
2
|
|
|
MT
?1
|
|
?量
:
p
,
?量
:
J
kg
m s
?1
,
N s
|
作用量
:
??
,
actergy
:
?
kg
m
2
s
?1
,
J s
|
ML
2
T
?1
|
|
角?量
:
L
,
角衝量
:
ι
kg
m
2
s
?1
|
作用量
:
??
,
actergy
:
?
kg
m
2
s
?1
,
J s
|
MT
?2
|
|
力
:
F
,
重量
:
F
g
kg
m s
?2
,
N
|
能量
:
E
,
功
:
W
kg
m
2
s
?2
,
J
|
ML
2
T
?2
|
|
力矩
:
τ
,
moment
:
M
kg
m
2
s
?2
,
N m
|
能量
:
E
,
功
:
W
kg
m
2
s
?2
,
J
|
MT
?3
|
|
yank
:
Y
kg
m s
?3
, N s
?1
|
功率
:
P
kg
m
2
s
?3
,
W
|
ML
2
T
?3
|
|
rotatum
:
P
kg
m
2
s
?3
, N m s
?1
|
功率
:
P
kg
m
2
s
?3
,
W
|
|
|