Frekvenssi on se, kuinka usein tapahtuma toistuu tietyn ajanjakson aikana.
Fysiikassa aallon taajuus on niiden aallonhuippujen lukumäärä, jotka kulkevat pisteen ohi sekunnissa (aallonhuippu on aallon huippu).
Hertz (symboli Hz) on taajuuden yksikkö.
Taajuuden ja aallonpituuden välinen suhde ilmaistaan kaavalla:
f = v / λ {\displaystyle f=v/\lambda } 
jossa v on nopeus ja λ λ \displaystyle \lambda 
(lambda) on aallonpituus. Valoaaltojen taajuuden kaava on f = c / λ {\displaystyle f=c/\lambda }
, jossa c on valon nopeus.
Kaikki sähkömagneettiset aallot kulkevat valon nopeudella tyhjiössä, mutta ne kulkevat hitaammin, kun ne kulkevat väliaineessa, joka ei ole tyhjiö. Muut aallot, kuten ääniaallot, kulkevat paljon pienemmällä nopeudella, eivätkä ne voi kulkea tyhjiössä.
Esimerkkejä sähkömagneettisista aalloista ovat: valoaallot, radioaallot, infrapunasäteily, mikroaallot ja gamma-aallot.
Mitä taajuus tarkoittaa käytännössä?
Taajuus kertoo, kuinka monta toistuvaa tapahtumaa (esimerkiksi aaltomuodon huippua) tapahtuu yhden sekunnin aikana. Yksi hertsi (1 Hz) tarkoittaa yhtä toistoa sekunnissa. Suurempia taajuuksia ilmoitetaan usein kerrannaisyksiköillä, kuten kHz (kilohertsi, 10^3 Hz), MHz (megahertsi, 10^6 Hz), GHz (gigahertsi, 10^9 Hz) tai THz (terahertsi, 10^12 Hz).
Taajuus ja jakso
Taajuuden käänteisarvo on jakso (periodi) T, eli yhden aaltokierroksen kesto:
f = 1 / T ja siten T = 1 / f.
Esimerkiksi 440 Hz (A4-nuotti) vastaa periodia T ≈ 1/440 ≈ 0,00227 s eli noin 2,27 ms.
Kaavat ja käytännön laskuesimerkkejä
- Yleinen aallon kaava: f = v / λ, missä v on aallon etenemisnopeus ja λ on aallonpituus.
- Valolle tyhjiössä: f = c / λ, jossa c ≈ 3,00 × 10^8 m/s on valon nopeus.
Esimerkki (näkyvä valo): vihreän valon aallonpituus noin 550 nm = 550 × 10^−9 m. Taajuus f ≈ 3,00×10^8 / 550×10^−9 ≈ 5,45×10^14 Hz (noin 545 THz).
Taajuusalueiden esimerkkejä
- Ääni: ihmisen kuuloalue noin 20 Hz – 20 kHz. Hyvin matalat äänet voivat olla alle 20 Hz (infrakuulo), ja ultraääni yli 20 kHz.
- Musikaaliset sävelet: A4 = 440 Hz.
- Radio: AM-radiot pääsääntöisesti ~540–1700 kHz, FM ~87,5–108 MHz.
- Langattomat verkot ja mikroaallot: Wi‑Fi-verkot yleisesti 2,4 GHz ja 5 GHz, mikroaaltouunit 2,45 GHz.
- Näkyvä valo: noin 4×10^14 – 7,5×10^14 Hz (violetista punaiseen).
- Gammasäteily: hyvin korkea taajuus, usein >10^19 Hz riippuen energiasta.
Taajuuden suhteet muihin suureisiin
- Energia ja taajuus (kvanttifysiikka): E = h f, missä h ≈ 6,626×10^−34 J·s on Planckin vakio. Tämä yhdistää fotonin energian taajuuteen.
- Näytteistys ja näytteenottotaajuus: digitaalinen signaalinkäsittely vaatii näytteenottotaajuuden yli kaksinkertaiseksi signaalin korkeimpaan taajuuteen (Nyquist), jotta aliasointia ei synny.
Mittaus ja sovellukset
Taajuutta mitataan esimerkiksi taajuuslaskureilla, oskilloskoopeilla ja spektrianalysaattoreilla. Taajuuden tuntemus on keskeinen monilla aloilla: elektroniikassa (signalit ja kellojen taajuudet), telekommunikaatiossa (kanavointi ja modulaatio), akustiikassa ja optiikassa.
Yhteenvetona: taajuus kertoo tapahtumien toistotiheyden sekunnissa, yksikkönä hertsi (Hz). Taajuus liittyy aaltoliikkeissä aina nopeuteen ja aallonpituuteen kaavan f = v/λ kautta, ja näkyvän valon tapauksessa f = c/λ, jossa c on valon nopeus.
