Мовою для її позначення прийнято скорочення Гц, в англомовній для цих цілей застосовується позначення Hz. При цьому, за правилами системи СІ, у разі, якщо використовується скорочена назва цієї одиниці, її слідує з , а якщо в тексті використовується повне найменування - то з малої.

Походження терміна

Одиниця вимірювання частоти, прийнята в сучасної системиСІ отримала свою назву в 1930 році, коли відповідне рішення ухвалила Міжнародна електротехнічна комісія. Воно було пов'язане з прагненням увічнити пам'ять знаменитого німецького вченого-Генріха Герца, який зробив великий внесок у розвиток цієї науки, зокрема, в галузі досліджень електродинаміки.

Значення терміна

Герц застосовується для вимірювання частоти коливань будь-якого роду, тому сфера його використання дуже широкою. Так, наприклад, у кількості герц прийнято вимірювати звукові частоти, биття людського серця, коливання електро магнітного полята інші рухи, що повторюються з певною періодичністю. Так, наприклад, частота биття серця людини у спокійному стані становить близько 1 Гц.

Змістовно одиниця в даному вимірі інтерпретується як кількість коливань, що здійснюються аналізованим об'єктом протягом однієї секунди. У цьому випадку фахівці кажуть, що частота коливань складає 1 герц. Відповідно, Велика кількістьколивань за секунду відповідає більшій кількості цих одиниць. Таким чином, з формальної точки зору величина, що позначається як герц, є зворотним по відношенню до секунди.

Значні величини частот прийнято називати високими, незначні – низькими. Прикладами високих та низьких частотможуть бути звукові коливання різної інтенсивності. Так, наприклад, частоти, що знаходяться в діапазоні від 16 до 70 Гц, утворюють так звані басові, тобто дуже низькі звуки, а частоти діапазону від 0 до 16 Гц зовсім невиразні для людського вуха. Найвищі звуки, які здатна чути людина, лежать у діапазоні від 10 до 20 тисяч герц, а звуки з вищою частотою відносяться до категорії ультразвуків, тобто тих, які людина не здатна чути.

Для позначення більших величин частот до позначення «герц» додають спеціальні приставки, покликані зробити вживання цієї одиниці зручнішим. При цьому такі приставки стандартні для системи СІ, тобто використовуються і з іншими фізичними величинами. Так, тисяча герц зветься «кілогерц», мільйон герц – «мегагерц», мільярд герц – «гігагерц».

Конвертер довжини та відстані Конвертер маси Конвертер мір об'єму сипучих продуктів та продуктів харчування Конвертер площі Конвертер об'єму та одиниць вимірювання кулінарних рецептахКонвертер температури Конвертер тиску, механічної напруги, модуля Юнга Конвертер енергії та роботи Конвертер потужності Конвертер сили Конвертер часу Конвертер лінійної швидкості Плоский кут Конвертер теплової ефективності та паливної економічності Конвертер чисел в різних системахобчислення Конвертер одиниць вимірювання кількості інформації Курси валют Розміри жіночого одягуі взуття Розміри чоловічого одягу та взуття Конвертер кутової швидкості та частоти обертання Конвертер прискорення Конвертер кутового прискорення Конвертер щільності Конвертер питомого об'єму Конвертер моменту сили Конвертер моменту сили Конвертер питомої теплоти згоряння (за масою) об'єму) Конвертер різниці температур Конвертер коефіцієнта теплового розширення Конвертер термічного опору Конвертер питомої теплопровідності Конвертер питомої теплоємності Конвертер енергетичної експозиції та потужності теплового випромінювання Конвертер щільності теплового потоку Конвертер коефіцієнта тепловіддачі Конвертер масової витрати Конвертер масової витрати Конвертер масовий концентрації в розчині Конвертер динамічної (абсолютної) в'язкості Конвертер кінематичної в'язкості Конвертер поверхневого натягу Конвертер паропроникності Конвертер щільності потоку водяної пари Конвертер рівня звуку Конвертер чутливості мікрофонів Конвертер рівня звукового тиску Конвертер рівня звукового тиску Конвертер рівня звукового тиску Конвертер рівня звукового тиску освітленості Конвертер дозволу в комп'ютерної графікиКонвертер частоти та довжини хвилі Оптична сила в діоптріях та фокусна відстань Оптична сила в діоптріях та збільшення лінзи (×) Конвертер електричного зарядуКонвертер лінійної щільності заряду Конвертер поверхневої щільності заряду Конвертер об'ємної щільності заряду Конвертер електричного струмуКонвертер лінійної щільності струму Конвертер поверхневої щільності струму Конвертер напруженості електричного поляКонвертер електростатичного потенціалу та напруги Конвертер електричного опору Конвертер питомого електричного опору Конвертер електричної провідностіКонвертер питомої електричної провідності Електрична ємність Конвертер індуктивності Конвертер Американського калібру проводів Рівні в dBm (дБм або дБмВт), dBV (дБВ), ватах та ін. Конвертер потужності поглиненої дози іонізуючого випромінювання Радіоактивність. Конвертер радіоактивного розпаду Радіація. Конвертер експозиційної дози. Конвертер поглиненої дози Конвертер десяткових приставок Передача даних Конвертер одиниць типографіки та обробки зображень Конвертер одиниць вимірювання об'єму лісоматеріалів Обчислення молярної маси Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва

1 мегагерц [МГц] = 1000000 герц [Гц]

Вихідна величина

Перетворена величина

герц ексагерц петагерц терагерц гігагерц мегагерц кілогерц гектогерц декагерц децигерц мілігерц мікрогерц наногерц пікогерц фемтогерц аттогерц циклів в секунду довжина хвилі в хвилі довжина хвилі в хвилі мегаметрах довжина хвилі в кілометрах довжина хвилі в гектометрах довжина хвилі в декаметрах довжина хвилі в метрах довжина хвилі в дециметрах довжина хвилі в сантиметрах довжина хвилі в міліметрах довжина хвилі в мікрометрах Комптонівська довжина хвилі електрона Комптонівська довжина хвилі протона Комптонівська довжина хвилі нейтрона обертів за секунду обертів за хвилину обертів за хвилину

Детальніше про частоту та довжину хвилі

Загальні відомості

Частота

Частота - це величина, що вимірює як часто повторюється той чи інший періодичний процес. У фізиці з допомогою частоти описують властивості хвильових процесів. Частота хвилі – кількість повних циклів хвильового процесу за одиницю часу. Одиниця частоти у системі СІ - герц (Гц). Один герц дорівнює одному коливанню за секунду.

Довжина хвилі

Існує безліч різних типівхвиль у природі, від викликаних вітром морських хвиль до електромагнітних хвиль. Властивості електромагнітних хвиль залежить від довжини хвилі. Такі хвилі поділяють на кілька видів:

• Гамма-променііз довжиною хвилі до 0,01 нанометра (нм).
• Рентгенівське промінняз довжиною хвилі – від 0,01 нм до 10 нм.
• Хвилі ультрафіолетового діапазонуякі мають довжину від 10 до 380 нм. Людському оку вони не видно.
• Світло в видимої частини спектруіз довжиною хвилі 380–700 нм.
• Невидиме для людей інфрачервоне випромінюванняз довжиною хвилі від 700 нм до 1 мм.
• За інфрачервоними хвилями слідують мікрохвильові, із довжиною хвилі від 1 міліметра до 1 метра.
• Найдовші - радіохвилі. Їхня довжина починається з 1 метра.

Ця стаття присвячена електромагнітному випромінюванню, і особливо світла. У ній ми обговоримо, як довжина та частота хвилі впливають на світло, включаючи видимий спектр, ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання.

Електромагнітне випромінювання

Електромагнітне випромінювання - це енергія, властивості якої одночасно подібні до властивостей хвиль і частинок. Ця особливість називається корпускулярно-хвильовим дуалізмом. Електромагнітні хвилі складаються з магнітної хвилі та перпендикулярної до неї електричної хвилі.

Енергія електромагнітного випромінювання- результат руху частинок, що називаються фотонами. Чим вище частота випромінювання, тим активніші, і тим більше шкоди вони можуть принести клітинам і тканинам живих організмів. Це тому, що що вища частота випромінювання, то більше вони несуть енергії. Велика енергія дозволяє їм змінити молекулярну структуру речовин, куди діють. Саме тому ультрафіолетове, рентгенівське та гама випромінювання таке шкідливе для тварин і рослин. Величезна частина цього випромінювання – у космосі. Воно присутнє і на Землі, незважаючи на те, що озоновий шар атмосфери навколо Землі блокує більшу його частину.

Електромагнітне випромінювання та атмосфера

Атмосфера землі пропускає лише електромагнітне випромінювання з певною частотою. Більшість гамма-випромінювання, рентгенівських променів, ультрафіолетового світла, частина випромінювання в інфрачервоному діапазоні і довгі радіохвилі блокуються атмосферою Землі. Атмосфера поглинає їх та не пропускає далі. Частина електромагнітних хвиль, зокрема, випромінювання в короткохвильовому діапазоні відбивається від іоносфери. Решта випромінювання потрапляє на поверхню Землі. У верхніх атмосферних шарах, тобто далі від поверхні Землі, більше радіації, ніж у нижніх шарах. Тому що вище, то небезпечніше для живих організмів перебувати там без захисних костюмів.

Атмосфера пропускає на Землю невелику кількість ультрафіолетового світла, і він завдає шкоди шкірі. Саме через ультрафіолетові промені люди обгорають на сонці і можуть навіть захворіти на рак шкіри. З іншого боку, деякі промені, що пропускаються атмосферою, приносять користь. Наприклад, інфрачервоні промені, які потрапляють на поверхню Землі, використовують в астрономії - інфрачервоні телескопи стежать за інфрачервоними променями, що випромінюються астрономічними об'єктами. Чим вище поверхні Землі, тим більше інфрачервоного випромінювання, тому телескопи часто встановлюють на вершинах гір та інших височинах. Іноді їх відправляють у космос, щоб покращити видимість інфрачервоних променів.

Взаємини між частотою та довжиною хвилі

Частота і довжина хвилі обернено пропорційні один одному. Це означає, що зі збільшенням довжини хвилі частота зменшується і навпаки. Це легко уявити: якщо частота коливань хвильового процесу висока, то час між коливаннями набагато коротший, ніж у хвиль, частота коливань яких менша. Якщо уявити хвилю на графіку, то відстань між її піками буде тим меншою, чим більше коливань вона здійснює на певному відрізку часу.

Щоб визначити швидкість поширення хвилі в середовищі, необхідно помножити частоту хвилі на її довжину. Електромагнітні хвилі у вакуумі завжди розповсюджуються з однаковою швидкістю. Ця швидкість відома як швидкість світла. Вона дорівнює 299 метрів за секунду.

Світло

Видимий світло - електромагнітні хвилі з частотою та довжиною, які визначають його колір.

Довжина хвилі та колір

Найкоротша довжина хвилі видимого світла – 380 нанометрів. Це фіолетовий колір, за ним йдуть синій і блакитний, потім зелений, жовтий, помаранчевий і, нарешті, червоний. Біле світло складається з усіх кольорів відразу, тобто білі предмети відображають усі кольори. Це можна побачити за допомогою призми. Світло, що потрапляє в неї, заломлюється і вибудовується в смугу кольорів у тій же послідовності, що в веселці. Ця послідовність - від квітів із найкоротшою довжиною хвилі, до найдовшої. Залежність швидкості поширення світла у речовині від довжини хвилі називається дисперсією.

Веселка утворюється схожим способом. Краплі води, розсіяні в атмосфері після дощу, поводяться як і призма і заломлюють кожну хвилю. Колір веселки настільки важливий, що у багатьох мовах існують мнемоніка, тобто прийом запам'ятовування кольорів веселки, настільки простий, що запам'ятати їх можуть навіть діти. Багато дітей, які говорять російською, знають, що «Кожен мисливець хоче знати, де сидить фазан». Деякі люди вигадують свою мнемоніку, і це – особливо корисна вправа для дітей, оскільки, придумавши свій власний метод запам'ятовування кольорів веселки, вони швидше за них запам'ятають.

Світло, до якого людське око найбільш чутливе - зелене, з довжиною хвилі 555 нм у світлому середовищі і 505 нм у сутінках і темряві. Розрізняти кольори можуть далеко не всі тварини. У кішок, наприклад, кольоровий зір не розвинений. З іншого боку, деякі тварини бачать кольори набагато краще, ніж люди. Наприклад, деякі види бачать ультрафіолетове та інфрачервоне світло.

Відображення світла

Колір предмета визначається довжиною хвилі світла, відбитого з його поверхні. Білі предмети відбивають усі хвилі видимого спектру, тоді як чорні – навпаки, поглинають усі хвилі і нічого не відбивають.

Один із природних матеріалів з високим коефіцієнтом дисперсії – алмаз. Правильно оброблені діаманти відбивають світло як від зовнішніх, і від внутрішніх граней, заломлюючи його, як призма. При цьому важливо, щоб більша частина цього світла була відбита вгору, у бік ока, а не, наприклад, вниз, усередину оправи, де його не видно. Завдяки високій дисперсії діаманти дуже красиво сяють на сонці та при штучному освітленні. Скло, огранене так само, як діамант, теж сяє, але не так сильно. Це пов'язано з тим, що завдяки хімічному складу алмази відбивають світло набагато краще, ніж скло. Кути, що використовуються при ограновуванні діамантів, має величезне значення, тому що занадто гострі або занадто тупі кути або не дозволяють світлу відбиватися від внутрішніх стін, або відбивають світло в оправу, як показано на ілюстрації.

Спектроскопія

Для визначення хімічного складу речовини іноді використовують спектральний аналіз чи спектроскопію. Цей спосіб особливо хороший, якщо хімічний аналіз речовини неможливо провести, працюючи з нею безпосередньо, наприклад, щодо хімічного складу зірок. Знаючи, яке електромагнітне випромінювання поглинає тіло, можна визначити, із чого воно складається. Абсорбційна спектроскопія, що є одним із розділів спектроскопії, визначає яке випромінювання поглинається тілом. Такий аналіз можна робити на відстані, тому його часто використовують в астрономії, а також у роботі з отруйними та небезпечними речовинами.

Визначення наявності електромагнітного випромінювання

Видимий світло, як і все електромагнітне випромінювання - це енергія. Чим більше енергії випромінюється, тим легше виміряти цю радіацію. Кількість випромінюваної енергії зменшується зі збільшенням довжини хвилі. Зір можливий саме завдяки тому, що люди та тварини розпізнають цю енергію та відчувають різницю між випромінюванням з різною довжиною хвилі. Електромагнітне випромінювання різної довжини відчувається оком як різні кольори. За таким принципом працюють не лише очі тварин та людей, а й технології, створені людьми для обробки електромагнітного випромінювання.

Видиме світло

Люди та тварини бачать великий спектр електромагнітного випромінювання. Більшість людей і тварин, наприклад, реагують на видиме світло, а деякі тварини - ще й на ультрафіолетові та інфрачервоні промені. Здатність розрізняти кольори – не у всіх тварин – деякі, бачать лише різницю між світлими та темними поверхнями. Наш мозок визначає колір так: фотони електромагнітного випромінювання потрапляють у око на сітківку і, проходячи через неї, збуджують колбочки, фоторецептори ока. В результаті нервової системи передається сигнал у мозок. Крім колб, в очах є й інші фоторецептори, палички, але вони не здатні розрізняти кольори. Їх призначення - визначати яскравість та силу світла.

В оці зазвичай знаходиться кілька видів колб. Люди - три типи, кожен із яких поглинає фотони світла межах певних довжин хвилі. При їх поглинанні відбувається хімічна реакція, в результаті якої мозок надходять нервові імпульси з інформацією про довжину хвилі. Ці сигнали обробляє зорова зона кори мозку. Це - ділянка мозку, відповідальна за сприйняття звуку. Кожен тип колб відповідає тільки за хвилі з певною довжиною, тому для отримання повного уявлення про колір, інформацію, отриману від усіх колб, складають разом.

У деяких тварин ще більше видів колб, ніж у людей. Так, наприклад, у деяких видів риб та птахів їх від чотирьох до п'яти типів. Цікаво, що у самок деяких тварин більше типів колб, ніж у самців. У деяких птахів, наприклад у чайок, які ловлять видобуток у воді або на її поверхні, усередині колб є жовті або червоні краплі масла, які виступають у ролі фільтра. Це допомагає їм бачити більшу кількість кольорів. Подібно влаштовані очі і у рептилій.

Інфрачервоне світло

У змій, на відміну людей, як зорові рецептори, а й чутливі органи, які реагують на інфрачервоне випромінювання. Вони поглинають енергію інфрачервоний променівтобто реагують на тепло. Деякі пристрої, наприклад, прилади нічного бачення, також реагують на тепло, що виділяється інфрачервоним випромінювачем. Такі пристрої використовують військові, а також для забезпечення безпеки та охорони приміщень та території. Тварини, які бачать інфрачервоне світло, та пристрої, які можуть його розпізнавати, бачать не лише предмети, що знаходяться в їхньому полі зору на Наразі, але й сліди предметів, тварин, чи людей, які були там доти, якщо не минуло занадто багато часу. Наприклад, зміям видно, якщо гризуни копали в землі ямку, а поліцейські, які користуються приладом нічного бачення, бачать, якщо в землі нещодавно були заховані сліди злочину, наприклад, гроші, наркотики, або щось інше. Пристрої для реєстрації інфрачервоного випромінювання використовують у телескопах, а також для перевірки контейнерів та камер на герметичність. З їхньою допомогою добре видно місце витоку тепла. У медицині зображення в інфрачервоному світлі використовують для діагностики. В історії мистецтва – щоб визначити, що зображено під верхнім шаром фарби. Пристрої нічного бачення використовують для охорони приміщень.

Ультрафіолетове світло

Деякі риби бачать ультрафіолетове світло. Їхні очі містять пігмент, чутливий до ультрафіолетових променів. Шкіра риб містить ділянки, що відображають ультрафіолетове світло, невидиме для людини та інших тварин - що часто використовується в тваринному світі для маркування статі тварин, а також у соціальних цілях. Деякі птахи також бачать ультрафіолетове світло. Це вміння особливо важливе під час шлюбного періоду, коли птахи шукають потенційних партнерів. Поверхні деяких рослин також добре відбивають ультрафіолетове світло, і здатність його бачити допомагає у пошуку їжі. Крім риб та птахів, ультрафіолетове світло бачать деякі рептилії, наприклад черепахи, ящірки та зелені ігуани (на ілюстрації).

Людське око, як і очі тварин, поглинає ультрафіолетове світло, але не може його обробити. У людей він руйнує клітини ока, особливо в рогівці та кришталику. Це, своєю чергою, викликає різні захворювання і навіть сліпоту. Незважаючи на те, що ультрафіолетове світло шкодить зору, невелика його кількість необхідна людям та тваринам, щоб виробляти вітамін D. Ультрафіолетове випромінювання, як і інфрачервоне, використовують у багатьох галузях, наприклад, у медицині для дезінфекції, в астрономії для спостереження за зірками та іншими об'єктами. і хімії для затвердіння рідких речовин, і навіть для візуалізації, тобто створення діаграм поширення речовин у певному просторі. За допомогою ультрафіолетового світла визначають підроблені банкноти та пропуски, якщо на них повинні бути надруковані знаки спеціальним чорнилом, що розпізнається за допомогою ультрафіолетового світла. У випадку підробки документів ультрафіолетова лампа не завжди допомагає, оскільки злочинці іноді використовують цей документ і замінюють на ньому фотографію або іншу інформацію, так що маркування для ультрафіолетових ламп залишається. Існує також багато інших застосувань для ультрафіолетового випромінювання.

Колірна сліпота

Через дефекти зору деякі люди не в змозі розрізняти кольори. Ця проблема називається колірною сліпотою або дальтонізмом, на ім'я людини, яка першою описав цю особливість зору. Іноді люди не бачать лише кольори з певною довжиною хвилі, інколи ж вони не розрізняють кольори взагалі. Часто причина - недостатньо розвинені або пошкоджені фоторецептори, але в деяких випадках проблема полягає в пошкодженнях на провідному шляху нервової системи, наприклад, у зоровій корі головного мозку, де обробляється інформація про колір. У багатьох випадках цей стан створює людям та тваринам незручності та проблеми, але іноді невміння розрізняти кольори, навпаки – перевагу. Це підтверджується тим, що, незважаючи на довгі роки еволюції, багато тварин кольоровий зір не розвинений. Люди та тварини, які не розрізняють кольори, можуть, наприклад, добре бачити камуфляж інших тварин.

Незважаючи на переваги колірної сліпоти, у суспільстві її вважають проблемою, і для людей з дальтонізмом закрито дорогу до деяких професій. Зазвичай вони можуть отримати повні права з управлінню літаком без обмежень. У багатьох країнах права водія для цих людей теж мають обмеження, а в деяких випадках вони не можуть отримати права взагалі. Тому вони не завжди можуть знайти роботу, на якій необхідно керувати автомобілем, літаком та іншими транспортними засобами. Також їм складно знайти роботу, де вміння визначати та використовувати кольори. велике значення. Наприклад, їм важко стати дизайнерами, або працювати в середовищі, де колір використовують як сигнал (наприклад, про небезпеку).

Проводяться роботи зі створення сприятливіших умов людей із кольоровою сліпотою. Наприклад, існують таблиці, в яких кольори відповідають знакам, і в деяких країнах ці знаки використовують в установах та громадських місцях поряд із кольором. Деякі дизайнери не використовують або обмежують використання кольору для передачі важливої ​​інформаціїу своїх роботах. Замість кольору, або поряд з ним, вони використовують яскравість, текст, та інші способи виділення інформації, щоб навіть люди, які не розрізняють кольори, могли отримати інформацію, що передається дизайнером. У більшості випадків люди з колірною сліпотою не розрізняють червоний і зелений, тому дизайнери іноді замінюють комбінацію «червоний = небезпека, зелений = все нормально» на червоний та синій кольори. Більшість операційних системтакож дозволяють налаштувати кольори так, щоб людям із колірною сліпотою було все видно.

Колір у машинному зорі

Машинний зір у кольорі - галузь штучного інтелекту, що швидко розвивається. Донедавна більшість роботи в цій галузі проходила з монохромними зображеннями, але зараз все більше наукових лабораторій працюють із кольором. Деякі алгоритми для роботи з монохромними зображеннями застосовують також обробки кольорових зображень.

Застосування

Машинний зір використовується в ряді галузей, наприклад для керування роботами, самокерованими автомобілями та безпілотними літальними апаратами. Воно корисне у сфері забезпечення безпеки, наприклад для пізнання людей і предметів з фотографій, для пошуку баз даних, для відстеження руху предметів, залежно від їх кольору тощо. Визначення розташування об'єктів, що рухаються, дозволяє комп'ютеру визначити напрям погляду людини або стежити за рухом машин, людей, рук, та інших предметів.

Щоб правильно впізнати незнайомі предмети, важливо знати про їхню форму та інші властивості, але інформація про колір не настільки важлива. Працюючи зі знайомими предметами, колір, навпаки, допомагає їх розпізнати. Робота з кольором також зручна тому, що інформація про колір може бути отримана навіть із зображень з низькою роздільною здатністю. Для розпізнавання форми предмета, на відміну від кольору, потрібна висока роздільна здатність. Робота з кольором замість форми предмета дозволяє зменшити час обробки зображення і використовує менше комп'ютерних ресурсів. Колір допомагає розпізнавати предмети однакової форми, і навіть може бути використаний як сигнал чи знак (наприклад, червоний колір - сигнал небезпеки). При цьому не потрібно розпізнавати форму цього знака або текст, на ньому написаний. На веб-сайті YouTube можна побачити безліч цікавих прикладіввикористання кольорового машинного зору.

Обробка інформації про колір

Фотографії, які обробляє комп'ютер, або завантажені користувачами, або знято вбудованою камерою. Процес цифрової фото- і відеозйомки освоєно добре, але обробка цих зображень, особливо в кольорі, пов'язана з безліччю труднощів, багато з яких ще не вирішені. Це пов'язано з тим, що кольоровий зір у людей і тварин влаштований дуже складно, і створити комп'ютерний зір на кшталт людського непросто. Зір, як і слух, ґрунтується на адаптації до навколишнього середовища. Сприйняття звуку залежить тільки від частоти, звукового тиску і тривалості звуку, а й від наявності чи відсутності у навколишньому середовищі інших звуків. Так і із зором - сприйняття кольору залежить не тільки від частоти та довжини хвилі, а й від особливостей навколишнього середовища. Так, наприклад, кольори навколишніх предметів впливають на наше сприйняття кольору.

З точки зору еволюції така адаптація необхідна, щоб допомогти нам звикнути до навколишнього середовища і припинити звертати увагу на незначні елементи, а звернути всю нашу увагу на те, що змінюється в оточенні. Це необхідно для того, щоб легше помічати хижаків та знаходити їжу. Іноді через цю адаптацію відбуваються оптичні ілюзії. Наприклад, залежно від кольору навколишніх предметів, ми сприймаємо колір двох тіл по-різному, навіть коли вони відбивають світло з однаковою довжиною хвилі. На ілюстрації – приклад такої оптичної ілюзії. Коричневий квадрат у верхній частині зображення (другий ряд, друга колонка) виглядає світлішим, ніж коричневий квадрат у нижній частині малюнка (п'ятий ряд, друга колонка). Насправді їхні кольори однакові. Навіть знаючи про це, ми все одно сприймаємо їх як різні кольори. Оскільки наше сприйняття кольору так складно, програмістам важко описати всі ці нюанси в алгоритмах для машинного зору. Незважаючи на ці труднощі, ми вже досягли багато чого в цій галузі.

Unit Converter articles були edited and illustrated by Анатолій Золотков

Ви вагаєтесь у перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові допомогти вам. Опублікуйте питання у TCTermsі протягом кількох хвилин ви отримаєте відповідь.

У статті ви дізнаєтеся, що таке звук, який його смертельний рівень гучності, а також швидкість повітря та інших середовищах. Також поговоримо про частоту, кодування та якість звуку.

Ще розглянемо дискретизацію, формати та потужність звуку. Але спочатку дамо визначення музики як впорядкованого звуку — протилежність невпорядкованому хаотичному, який ми сприймаємо як шум.

— це звукові хвилі, що утворюються внаслідок коливань та зміни атмосфери, а також об'єктів навколо нас.

Навіть під час розмови ви чуєте свого співрозмовника тому, що він впливає на повітря. Також, коли ви граєте на музичному інструменті, чи ви б'єте по барабану або смикаєте струну, ви робите цим коливання певної частоти, якою в навколишньому повітрі виробляє звукові хвилі.

Звукові хвилі бувають упорядкованіі хаотичні. Коли вони впорядковані та періодичні (повторюються через якийсь проміжок часу), ми чуємо певну частоту чи висоту звуку.

Тобто ми можемо визначити частоту як кількість повторення події в заданий проміжок часу. Таким чином, коли звукові хвилі хаотичні, ми сприймаємо їх як шум.

Але коли хвилі впорядковані і періодично повторюються, то ми можемо виміряти їх кількістю циклів, що повторюються в секунду.

Частота дискретизації звуку

Частота дискретизації звуку – це кількість вимірювань рівня сигналу за 1 секунду. Герц (Гц) або Hertz (Hz) - це наукова одиниця виміру, що визначає кількість повторень якоїсь події за секунду. Цю одиницю ми використовуватимемо!

Частота дискретизації звуку

Напевно, ви часто бачили таку абревіатуру — Гц або Hz. Наприклад, у плагінах еквалайзерів. Вони одиницями виміру є герці і кілогерці (тобто 1000 Гц).

Зазвичай, людина чує звукові хвилі від 20 Гц до 20 000 Гц (або 20 кГц). Все, що менше 20 Гц – це інфразвук. Все, що більше 20 кГц – це ультразвук.

Давайте відкрию плагін еквалайзера і покажу вам як це виглядає. Вам, мабуть, знайомі ці цифри.

Частоти звуку

За допомогою еквалайзера ви можете послаблювати або посилювати певні частоти в межах діапазону, що чує людина.

Невеликий приклад!

Тут маю запис звукової хвилі, яка була згенерована на частоті 1000 Гц (або 1 кГц). Якщо збільшити масштаб і подивитися на її форму, ми побачимо, що вона правильна і повторювані (періодична).

Повторювані (періодична) звукова хвиля

В одній секунді тут відбувається тисяча циклів, що повторюються. Для порівняння, погляньмо на звукову хвилю, яку ми сприймаємо як шум.

Невпорядкований звук

Тут немає якоїсь конкретної частоти, що повторюється. Також немає певного тону чи висоти. Звукова хвиля не впорядкована. Якщо ми поглянемо на форму цієї хвилі, то побачимо, що в ній немає нічого повторюваного чи періодичного.

Давайте перейдемо у більш насичену частину хвилі. Ми збільшуємо масштаб і бачимо, що вона не є постійною.

Невпорядкована хвиля при масштабуванні

Через відсутність циклічності ми можемо почути якусь певну частоту у цій хвилі. Тому ми сприймаємо її як галас.

Смертельний рівень звуку

Хочу трохи згадати про смертельний рівень звуку для людини. Він бере свій початок від 180 дБі вище.

Варто відразу сказати, що за нормативними нормами, безпечним рівнем гучності шуму вважається не більше 55 дБ (децибел) вдень та 40 дБ уночі. Навіть при тривалому впливі на слух цей рівень не завдасть шкоди.

Рівні гучності звуку
(ДБ)	Визначення	Джерело
0	Зовсім не чутно
5	Майже не чути
10	Майже не чути	Тихий шелест листя
15	Ледь чутно	Шелесті листя
20 — 25	Ледве чутно	Шепіт людини на відстані 1 метр
30	Тихо	Тикання настінного годинника (допустимий максимум за нормами для житлових приміщень вночі з 23 до 7 години)
35	Досить чути	Приглушена розмова
40	Досить чути	Звичайне мовлення ( норма для житлових приміщень вдень з 7 до 23 години)
45	Досить чути	Розмова
50	Чітко чути	Друкарська машинка
55	Чітко чути	Розмова ( європейська норма для офісних приміщень класу А)
60	(норма для контор)
65	Гучна розмова (1м)
70	Гучні розмови (1м)
75	Крик та сміх (1м)
80	Дуже шумно	Крик, мотоцикл із глушником
85	Дуже шумно	Гучний крик, мотоцикл із глушником
90	Дуже шумно	Гучні крики, вантажний залізничний вагон (7м)
95	Дуже шумно	Вагон метро (в 7 метрах зовні чи всередині вагона)
100	Вкрай шумно	Оркестр, грім ( за європейськими нормами, це максимально допустимий звуковий тиск для навушників)
105	Вкрай шумно	У старих літаках
110	Вкрай шумно	Гвинтокрил
115	Вкрай шумно	Піскоструминний апарат (1м)
120-125	Майже нестерпно	Відбійний молоток
130	Больовий поріг	Літак на старті
135 — 140	Контузія	Реактивний літак, що злітає
145	Контузія	Старт ракети
150 — 155	Контузія, травми
160	Шок, травма	Ударна хвиля від надзвукового літака
165+	Розрив барабанних перетинок та легень
180+	Смерть

Швидкість звуку в км на годину та метри на секунду

Швидкість звуку – це швидкість поширення хвиль у середовищі. Нижче даю таблицю швидкостей поширення у різних середовищах.

Швидкість звуку в повітрі набагато менша ніж у твердих середовищах. А швидкість звуку у воді набагато вища, ніж у повітрі. Складає вона 1430 м/с. У результаті поширення йде швидше і чутність набагато далі.

Потужність звуку - це енергія, яка передається звуковою хвилею через поверхню, що розглядається за одиницю часу. Вимірюється (Вт). Буває миттєве значення та середнє (за період часу).

Давайте продовжимо працювати з визначеннями розділу теорія музики!

Висота та нота

Висота— це музичний термін, який означає майже те саме, що й частота. Виняток становить те, що вона не має одиниці виміру. Замість визначати звук кількістю циклів на секунду в діапазоні 20 - 20 000 Гц, ми позначаємо певні значення частот латинськими літерами.

Музичні інструменти виробляють періодичні звукові хвилі правильної форми, які ми називаємо тонами чи нотами.

Тобто іншими словами, це своєрідний моментальний знімок періодичної звукової хвилі певної частоти. Висота цієї ноти говорить про те, наскільки нота висока чи низька за своїм звучанням. При цьому нижчі ноти мають більш довгі хвилі. А високі, коротші.

Погляньмо на звукову хвилю в 1 кГц. Зараз я збільшу масштаб, і ви побачите, яка відстань між циклами.

Звукова хвиля 1 кГц

Тепер погляньмо на хвилю в 500 Гц. Тут частота вдвічі менша і відстань між циклами більша.

Звукова хвиля 500 Гц

Тепер візьмемо хвилю 80 Гц. Тут буде ще ширше і висота набагато нижча.

Звук 80 Гц

Ми бачимо взаємозв'язок між висотою звуку та формою його хвилі.

Кожна музична нота заснована на одній основній частоті (основному тоні). Але, крім тону в музиці, складається і з додаткових. резонансних частотабо обертонів.

Давайте покажу вам ще один приклад!

Нижче хвиля 440 Гц. Це стандарт у світі музики для настроювання інструментів. Відповідає він ноте ля.

Чиста звукова хвиля 440 Гц

Ми чуємо лише основний тон (чисту звукову хвилю). Якщо збільшити масштаб, побачимо, що вона періодична.

А тепер давайте подивимося на хвилю тієї самої частоти, але зіграну на піаніно.

Періодичний звук піаніно

Подивіться, вона також періодична. Але в ній є невеликі доповнення та нюанси. Всі вони разом і дають нам поняття про те, як звучить піаніно. Але крім цього, обертона зумовлюють і той факт, що одні ноти матимуть більшу спорідненість до цієї ноти, ніж інші.

Для прикладу можна зіграти тугіше ноту, але на октаву вище. За звучанням буде зовсім інакше. Однак вона буде спорідненою до попередньої ноти. Тобто це та сама нота, тільки зіграна на октаву вище.

Такий споріднений зв'язок двох нот у різних октавах обумовлений наявністю обертонів. Вони постійно присутні і визначають, наскільки близько або віддалено певні ноти пов'язані один з одним.

Поняття частоти та періоду періодичного сигналу. Одиниці виміру. (10+)

Частота та період сигналу. Концепція. Одиниці виміру

Матеріал є поясненням та доповненням до статті:
Одиниці виміру фізичних величин у радіоелектроніці
Одиниці виміру та співвідношення фізичних величин, що застосовуються в радіотехніку.

У природі часто зустрічаються періодичні процеси. Це означає, що якийсь параметр, що характеризує процес, змінюється за періодичним законом, тобто правильна рівність:

Визначення частоти та періоду

F(t) = F(t + T) (співвідношення 1), де t – час, F(t) – значення параметра в момент часу t, а T – якась константа.

Зрозуміло, що якщо правильна попередня рівність, то вірно і таке:

F(t) = F(t + 2T) Отже, якщо T - мінімальне значення константи, при якому виконано співвідношення 1, то називатимемо T періодом

У радіоелектроніці ми досліджуємо силу струму і напругу, отже періодичними сигналами вважатимемо сигнали, для напруги чи сили струму у яких правильне співвідношення 1.

На жаль, у статтях періодично зустрічаються помилки, вони виправляються, статті доповнюються, розвиваються, готуються нові. Підпишіться на новини , щоб бути в курсі.

Якщо щось незрозуміло, обов'язково спитайте!
Задати питання. Обговорення статті

Ще статті

Польовий транзистор, КМОП мікросхема, операційний підсилювач. Монтаж, у...
Як правильно припаяти польовий транзисторабо КМОП мікросхему...

Режим безперервного / перервного (переривчастого) струму через котушку індукції.
Порівняння режимів безперервного та перервного струму. Онлайн розрахунок для підвищення, ...

Сигнали – математичні (арифметичні) операції. Додавання, підсумовування...
Схеми до виконання арифметичних операцій над сигналами. Підсумовування, віднімання...

Як працює підвищує стабілізований перетворювач напруги. Де він при...

Як працює, функціонує безтрансформаторне джерело живлення. Опис...

Формування довільної / регульованої вихідної напруги за допомогою...
Регулювання, встановлення вихідної напруги спеціалізованої мікросхеми інтеграції.

Параметри, значення яких виражені в герцах, можна зустріти в технічні характеристики різних пристроїв: компонентів комп'ютера, радіоприймачів, вимірювального обладнання – скрізь, де протікають змінні електричні сигнали. Проте, не замислюючись відповісти на питання, що вимірюється в герцах, може не кожен.

Герц (Гц) – похідна одиниця СІ, що служить виразу частоти періодичних, тобто повторюваних через певний проміжок часу, процесів. Чисельне значення цієї величини означає кількість реалізацій зазначеного процесу за секунду, що можна математично записати як 1 Гц=1/с=с -1 . У герцах можна кількісно оцінити частоту явищ будь-якої фізичної природи, чи то зміна від часу струму в побутовій електромережі, скорочення серцевого м'яза, коливання гойдалок, виникнення імпульсів чи поширення звукових хвиль.

Найбільш просто зрозуміти зміст одиниці виміру, про яку йде мова, з прикладу синусоїдальних залежностей сигналів від часу. На зображенні представлені графіки звукових коливань різної частоти. На першому малюнку за проміжок, що дорівнює секунді, виникає одне максимальне значенняхвилі, але в другому – десять. Тобто поява тих самих станів параметрів процесу в останньому випадку відбувається в десять разів частіше - з частотою 10 Гц.

Передача даних у системах зв'язку, поширення звукових хвиль та багато інших процесів можуть характеризуватись частотами на кілька порядків більше, ніж 1 Гц. Тому з цією одиницею вимірювання застосовуються стандартні приставки СІ, що позначають кратні величини (1 кГц = 103 Гц, 1 МГц = 106 Гц та інші).

Крім герца, існує ще одна одиниця виміру, яка відповідає 1/с або з -1 – беккерель. На відміну від першої, яка служить для опису періодичних сигналів, ця величина характеризує активність джерел радіоактивного розпаду, який є випадковим процесом.

Наведемо кілька цікавих фактів на тему статті.

• Приблизний діапазон частот звуків, які чує людина, становить від 20 Гц до 20 кГц. Причому з віком верхня межа зміщується у бік зменшення – більшість людей поступово втрачають здатність до сприйняття високих звуків.
• У Росії та країнах Європи частота змінного струмув електромережах дорівнює 50 Гц, у США, Канаді – 60 Гц, а в Японії, залежно від регіону, даний параметр мережі може дорівнювати і 50, і 60 Гц.
• Серце здорової людини, яка не відчуває значних фізичних навантаженьб'ється з частотою, що дорівнює приблизно 1 Гц.
• FM-діапазон радіомовлення становить від 87,5 до 108 МГц, частота електромагнітних хвиль, що генеруються для приготування та розігріву їжі у НВЧ-печі, – 2450 МГц.