Το φάσμα συχνοτήτων είναι μια επιστημονική μέθοδος σχεδίασης και ταξινόμησης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων όπως εμφανίζονται στο διάστημα και στο καθημερινό περιβάλλον. Στην πραγματικότητα, ο υπολογισμός της συχνότητας διαφόρων εκπομπών μπορεί να είναι μια περίπλοκη επιστήμη και συνήθως περιλαμβάνει εντατικούς τύπους και εξοπλισμό μέτρησης. Ως έννοια, όμως, το ίδιο το φάσμα είναι σχετικά απλό. Οτιδήποτε εκπέμπει ενέργεια το κάνει σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Οι μεταδόσεις φωτός, ήχου, τηλεόρασης και ραδιοφώνου είναι μερικές από τις πιο κοινές. Περιλαμβάνονται επίσης ακτίνες Χ, μικροκύματα και υπέρυθρα σήματα. Το φάσμα συχνοτήτων είναι ο τρόπος με τον οποίο απεικονίζονται και ταξινομούνται αυτές και άλλες εκπομπές, και τα διακριτά και μοναδικά στοιχεία καθενός αντιπροσωπεύονται συνήθως από την ποσότητα ακτινοβολούμενης ενέργειας που παράγει το καθένα ανά δευτερόλεπτο.
Κατανόηση της συχνότητας γενικά
Η συχνότητα ορίζεται ευρέως ως ο αριθμός των πλήρων κύκλων ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που συμβαίνουν κάθε δευτερόλεπτο. Η διεθνής μονάδα μέτρησης που χρησιμοποιείται για την περιγραφή ενός κύκλου είναι 1 hertz (Hz). Εφόσον κάθε τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος έχει μια ενδεικτική υπογραφή συχνότητας, μπορεί να αναγνωριστεί μέσω ενός αναλυτή φάσματος που είναι ικανός να μετρήσει με ακρίβεια τους κύκλους κύματος ανά δευτερόλεπτο του συγκεκριμένου ηλεκτρομαγνητικού φαινομένου υπό παρατήρηση.
Αυτοί οι αριθμοί είναι πραγματικά σημαντικοί για μερικούς διαφορετικούς λόγους. Οι φυσικοί συχνά ξοδεύουν πολύ χρόνο σχεδιάζοντας το φάσμα διαφορετικών συχνοτήτων για να κατανοήσουν πώς αυτά τα κύματα αλληλεπιδρούν με την ύλη, καθώς και να προσδιορίσουν πράγματα όπως τα εξώτατα όρια για τα ηχητικά και φωτεινά κύματα. Είναι επίσης σημαντικά για λόγους υγείας. Οι ερευνητές πρέπει να γνωρίζουν ποια επίπεδα πραγμάτων όπως η τεχνολογία ακτίνων Χ και μικροκυμάτων είναι ασφαλή για χρήση σε σπίτια και ιατρεία. Στη μετάδοση, το φάσμα προσδιορίζει ποιες συχνότητες είναι οι πιο πυκνοκατοικημένες και, επομένως, οι πιο επιρρεπείς σε παρεμβολές και δυσκολίες εκπομπής.
Σχεδίαση Ηλεκτρομαγνητικής Ενέργειας
Κάθε μία από τις ποικίλες μορφές ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας καταλαμβάνει μια καθορισμένη θέση στο φάσμα. Το ηλεκτρομαγνητικό συνεχές, όπως εκφράζεται ως προς τη συχνότητα ή την ένταση της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από κάθε διακριτό τμήμα, κυμαίνεται από 106 Hz έως 1025 Hz. Τα ραδιοκύματα καταλαμβάνουν το χαμηλό άκρο του φάσματος ενώ οι ραδιενεργές ακτίνες γάμμα καταλαμβάνουν το υψηλό άκρο. Το εύρος συχνοτήτων που καλύπτεται από το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι τεράστιο. Οι συχνότητες που παράγονται από ραδιοεκπομπές και αυτές που παράγονται από το ορατό φως ποικίλλουν κατά τάξη μεγέθους ενός εκατομμυρίου δισεκατομμυρίου.
Φως και ήχος
Όσον αφορά τόσο το φως όσο και τον ήχο, τα επίπεδα των συχνοτήτων που εκπέμπονται ευθύνονται σε μεγάλο βαθμό για το πώς οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται το χρώμα ή τον ήχο που μεταδίδεται. Για να εμφανίζεται το φως ως ξεχωριστό χρώμα, πρέπει να εκπέμπει ενέργεια εντός του ηλεκτρομαγνητικού εύρους που σχετίζεται με αυτό το χρώμα. Ένας από τους ευκολότερους τρόπους για να το αποδείξετε αυτό είναι με ένα πρίσμα ή άλλο λοξότμητο κρύσταλλο. Στο φως του ήλιου, η ηλιακή ενέργεια μεταδίδεται διαφορετικά μέσω των διαφορετικών διαθλάσεων, με αποτέλεσμα διαφορετικά χρώματα να φαίνονται να λάμπουν. Στην πραγματικότητα το φως είναι το ίδιο ανεξάρτητα από το πώς φαίνεται, αλλά η διάθλαση αλλάζει την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, οδηγώντας σε χρώμα.
Τα ηχητικά κύματα λειτουργούν παρόμοια. Διαφορετικές μουσικές νότες μπορούν να εκμεταλλευτούν διαφορετικές ενέργειες, κάτι που μπορεί να τις κάνει να φαίνονται να έχουν διαφορετικές ιδιότητες σε όσους βρίσκονται εντός του εύρους ακρόασης. Οι καλλιτέχνες συχνά το χρησιμοποιούν αυτό για να κάνουν τις ακουστικές συλλογές πιο ενδιαφέρουσες. Η σκόπιμη ανάμειξη ήχων σε όλο το φάσμα είναι συχνά γνωστή ως «λευκός θόρυβος», μια τεχνική που μερικές φορές χρησιμοποιείται για την προώθηση καλύτερου ύπνου.
Ειδικές εκτιμήσεις για τους ραδιοτηλεοπτικούς φορείς
Το φάσμα συχνοτήτων για ραδιόφωνο, τηλεόραση και άλλες εκπομπές ταξινομείται περαιτέρω σε εύρη συχνοτήτων ή «ζωνών», τόσο ως μέσο για την ελαχιστοποίηση των παρεμβολών όσο και για την κοινή χρήση εύρους ζώνης μεταξύ πολλών χρηστών. Τα περισσότερα από αυτά ρυθμίζονται από διάφορες αρχές. Η Συμφωνία της Διεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών, για παράδειγμα, εκχωρεί ορισμένες περιοχές συχνοτήτων ραδιομετάδοσης έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται οι παρεμβολές στο ραδιοφάσμα βραχέων κυμάτων. Οι ζώνες υψηλών συχνοτήτων κατανέμονται μεταξύ των διεθνών ραδιοτηλεοπτικών φορέων βραχέων κυμάτων, των ερασιτεχνικών ραδιοφωνικών χειριστών και των θαλάσσιων ραδιοεπικοινωνιών.
Προκειμένου να διασφαλιστούν αξιόπιστες ραδιομεταδόσεις χωρίς παρεμβολές, οι εγχώριες κυβερνητικές υπηρεσίες ρυθμίζουν συχνά ορισμένες πτυχές ή τμήματα του φάσματος. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, η Ομοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (FCC) κατανέμει τις ζώνες συχνοτήτων μεταξύ των επιχειρήσεων, του ευρύτερου κοινού και των ερασιτεχνικών ραδιοφωνικών παρόχων, έτσι ώστε να περιοριστεί οποιαδήποτε πιθανή παρεμβολή διασταυρούμενης ζώνης. Κάθε ζώνη ορίζεται ως ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων και αυτό το φάσμα συχνοτήτων είναι δεσμευμένο για κάθε μία από τις διάφορες ομάδες που αφορούν συγκεκριμένους χρήστες.