Ogled vira Frekvenca

{{Infobox physical quantity
| name = Frekvenca
| image = FrequencyAnimation.gif
| caption = Zgled ponavljajočih se dogodkov z različnimi frekvencami: tri utripajoče luči od nižje (zgoraj) proti višji (spodaj) frekvenci. S »f« je označena frekvenca v Hercih (Hz), torej število utripov na sekundo. »T« je perioda v sekundah (s) ali čas med dvema utripoma. T in f sta [[Recipročna vrednost|recipročni vrednosti]]
| unit = [[herc]]
| symbols = ''f'', ''ν''
| baseunits = [[sekunda|s]]<sup>−1</sup>
}}

'''Frekvénca''' je [[fizikalna količina|fizikalna količina oz. veličina]], ki je določena kot [[število]] ponavljajočih se dogodkov v [[čas]]ovni [[Merska enota|enoti]]. Pri fiziki jo običajno označujemo z [[grščina|grško]] [[črka|črko]] '''[[ni (črka)|ν]]''' (ni) in pri tehniki s črko f.

<math>f= \nu = \frac{\mathrm{stevilo\,dogodkov}} {\mathrm{enota\,casa}}
</math>

[[obratna vrednost|Recipročna vrednost]] frekvence je [[perioda (čas)|perioda]] T:
:<math>T= \frac{1}{\nu}</math>

[[izpeljane enote SI|Izpeljana enota SI]] za merjenje frekvence je [[sekunda|s]]<sup>-1</sup> ali [[herc|Hz]], poimenovan po nemškemu fiziku [[Heinrich Rudolf Hertz|Heinrichu Rudolfu Hertzu]]. 1 Hz je enako en dogodek na sekundo.

Pri cikličnih pojavih, kot so [[vrtenje]], [[nihanje]] in [[valovanje]], je frekvenca podana kot <math>f= \frac{\mathrm{stevilo\,ciklov}} {\mathrm{enota\,casa}}</math> enota je Herc. 1 Hz je enak en cikel na sekundo. V tem primeru recipročna vrednost za frekvenco je [[nihajni čas|nihajni čas ''t''<sub>0</sub>]].

Rotacijske-vrteče mehanske naprave tradicionalno uporabljajo enoto »obratov na minuto« ({{jezik-en|revolutions per minute}}, okrajšano ''rpm''), ki je [[Mednarodni sistem enot]] ne dovoljuje, saj je »obrat« opis dogajanja, ne enota. En obrat na minuto je enak 1/60 Hz
:<math>1\,\mathrm{rpm} \Rightarrow f_{rot} = 1\,\frac{\mathrm{obrat}}{\mathrm{min}} \cdot \frac{1\,\mathrm{min}}{60\,\mathrm{s}} = 1\,\frac{\mathrm{obrat}}{60\,\mathrm{s}} = 1\,\frac{1}{60\,\mathrm{s}} = \frac{1}{60}\,\mathrm{Hz} \approx 0.01667\,\mathrm{Hz}</math>

== Perioda ali frekvenca ==
Za priročnejše zapisovanje dolga oz. počasna nihanja, kot so površinski [[Vodni val|morski valovi]], običajno opisujemo s periodo namesto s frekvenco.<ref>{{navedi knjigo |last=Young |first=Ian R. |title=Wind Generated Ocean Waves |series=Elsevier Ocean Engineering |volume=2 |publisher=Elsevier |location=Oxford |year=1999 |isbn=978-0-08-043317-2 |url=https://books.google.com/books?id=ph7GKZZGjyYC&q=ocean+waves |pages=7}}</ref> Hitrejša nihanja, kot je [[zvok|zvočno]] in [[Radijski valovi|radijsko valovanje]], pa opisujemo s frekvenco. Spodnja tabela našteva nekaj zgledov pretvorb:

{| class="wikitable"
|-
! Frekvenca
! Perioda
|-
| 1&nbsp;mHz (10<sup>−3</sup>&nbsp;Hz)
| 1&nbsp;ks (10<sup>3</sup>&nbsp;s)
|-
| 1&nbsp;Hz (10<sup>0</sup>&nbsp;Hz)
| 1&nbsp;s (10<sup>0</sup>&nbsp;s)
|-
| 1&nbsp;kHz (10<sup>3</sup>&nbsp;Hz)
| 1&nbsp;ms (10<sup>−3</sup>&nbsp;s)
|-
| 1&nbsp;MHz (10<sup>6</sup>&nbsp;Hz)
| 1&nbsp;μs (10<sup>−6</sup>&nbsp;s)
|-
| 1&nbsp;GHz (10<sup>9</sup>&nbsp;Hz)
| 1&nbsp;ns (10<sup>−9</sup>&nbsp;s)
|-
| 1&nbsp;THz (10<sup>12</sup>&nbsp;Hz)
| 1&nbsp;ps (10<sup>−12</sup>&nbsp;s)
|-
|}

== Merjenje ==
V osnovi frekvenco ponavljajočih se dogodkov izmerimo tako, da preštejemo število ponovitev v določenem časovnem razponu, nato pa delimo število z razponom. Za primer, če se v 15 sekundah zgodi 71 ponovitev, je frekvenca:
<math display=block>f = \frac{71}{15 \,\text{s}} \approx 4.73 \, \text{Hz}.</math>
Če je število ponovitev majhno, se natančnost izboljša z merjenjem časa, potrebnega za določeno število ponovitev namesto števila ponovitev v določenem času.<ref>{{navedi knjigo |author1=Bakshi, K.A. |author2 = Bakshi, A.V. |author3 = Bakshi, U.A. |title = Electronic Measurement Systems |publisher = Technical Publications |year = 2008 |location = ZDA |pages=4–14 |isbn = 978-81-8431-206-5}}</ref> Slednja metoda namreč uvede [[meritvena napaka|naključno napako]] pri štetju med nič in ena, torej [[srednja vrednost|povprečno]] 0,5. Napaka v rezultatu je enaka <math display="inline">\Delta f = \frac{1}{2T_\text{m}}</math> oz. v deležu <math display="inline">\frac{\Delta f}{f} = \frac{1}{2 f T_\text{m}}</math>, kjer sta <math>T_\text{m}</math> interval merjenja in  <math>f</math> izmerjena frekvenca. Ta napaka se manjša z višanjem frekvence, zato pride do izraza predvsem pri nizkih frekvencah z majhno vsoto zabeleženih dogodkov ('''''N''''').

Pri višjih frekvencah, kakršnim človeški čuti ne zmorejo več slediti, ali kjer je zahtevana visoka natančnost, moramo za merjenje uporabljati posebne merilne naprave.

Periodični naravni pojavi, kot je nihanje zraka, ki ga zaznamo kot [[zvok]], ali elektromagnetno valovanje, ki ga vidimo kot [[svetloba|svetlobo]], običajno nimajo preproste frekvenčne sestave, da bi jih bilo možno opisati z eno vrednostjo. Tako kompleksno valovanje analiziramo s [[Fourierova analiza|Fourierovo analizo]], vrsto matematičnih orodij, ki razčlenijo valovanje na vsoto preprostih [[trigonometrična funkcija|trigonometričnih funkcij]], kar razkrije morebitne izstopajoče frekvenčne komponente in razpon frekvenc. Temu pravimo tudi spektralna analiza ali analiza v frekvenčni domeni.<ref name="NI">{{navedi splet |url=https://www.ni.com/en/support/documentation/supplemental/21/frequency-measurements-how-to-guide.html |title=Frequency Measurements Guide - How is Frequency Measured? |date=2023-07-21 |publisher=National Instruments |accessdate=2023-10-16}}</ref> 

=== Merilniki frekvence ===
[[slika:Czestosciomierz-49.9Hz.jpg|thumb|Analogni merilnik z jezičkom, ki kaže frekvenco malo pod 50 Hz]]
[[slika:Frequency counter.jpg|thumb|Sodoben digitalni frekvenčni števec]]
Periodične pojave višjih frekvenc običajno merimo z elektronskimi napravami. Fizične pojave, kot je vrtenje kolesa, v ta namen z ustreznimi [[Tipalo|tipali]] pretvorimo v spremembe električnih količin.

Analogni merilniki so namenjeni merjenju razmeroma nizkih frekvenc v območju nekaj 10 do nekaj 100 Hz. Med izvedbami sta merilnik z jezičkom in merilnik z vrtljivo tuljavo. Pri merilniku z jezičkom periodični pojav, kot je [[izmenični tok]], prek [[Elektromagnet|elektromagneta]] vzbuja nihanje vrste kovinskih jezičkov rahlo različnih dolžin. Vidno niha tisti jeziček, ki je ob merjeni frekvenci v [[resonanca|resonanci]]. Merilnik z vrtljivo tuljavo pa ima par [[Dušilka|dušilk]], gibljivo vpetih na os pod pravim kotom med seboj in s kazalcem. Pri frekvenci, ki je v sredini merilnega razpona, je [[električni tok|tok]] v obeh dušilkah enak, drugačne frekvence pa povzročijo neuravnovešenost tokov, kar povzroči odmik tuljav in z njima tudi kazalca.<ref>{{navedi splet |url=https://www.britannica.com/technology/frequency-meter#ref44470 |title=Frequency meter |work=[[Enciklopedija Britannica|Britannica Online]] |accessdate=2023-10-09}}</ref>

Digitalni merilniki za višje frekvence beležijo število dogodkov v periodičnem vhodnem signalu in ga primerjajo s stabilnim notranjim oscilatorjem.<ref name="NI"/> V ta namen se uporabljajo zlasti [[kristalni oscilator]]ji, za izredno visoke frekvence pa [[cezij]]evi atomski oscilatorji.<ref>{{navedi knjigo |last=Lombardi |first=Michael A. |year=1999 |chapter=Frequency measurement |title=The measurement, instrumentation and sensors handbook |editor-first=John G. |editor-last=Webster |location=Boca Raton |publisher=CRC Press |isbn=9781003040019 |doi=10.1201/9780415876179}}</ref>

== Dojemanje frekvence ==
Človek in drugi organizmi s svojimi [[čutilo|čutili]] zaznavajo različne tipe nihanja v svojem okolju in jih uporabljajo za pridobivanje [[informacija|informacij]] o okolju. Mehanske [[vibracija|vibracije]] podlage zaznavajo različni [[Čutilni receptor|receptorji]] za tip, ki so pri človeku posebej skoncentrirani v konicah [[prst]]ov. Različne frekvence, ki se vzbujajo ob drgnjenju kože ob podlago, možgani uporabijo, da razberejo teksturo površine.<ref>{{cite journal |last=Cesini |first=Ilaria |last2=Ndengue |first2=Jessica Dacleu |last3=Chatelet |first3=Eric |last4=Faucheu |first4=Jenny |last5=Massi |first5=Francesco |title=Correlation between friction-induced vibrations and tactile perception during exploration tasks of isotropic and periodic textures |journal=Tribology International |volume=120 |year=2018 |doi=10.1016/j.triboint.2017.12.041 |pages=330–339}}</ref> Še bolj specializirani sta čutili za zvok (nihanje zračnega tlaka) in svetlobo (elektromagnetno valovanje), ki sta občutljivi na določeno frekvenčno območje.

=== Zvok ===
{{glavni|Zvok}}
Zvok opredeljujemo kot longitudinalno nihanje delcev v [[zrak]]u in drugih [[tekočina]]h, ki jih človek lahko zaznava ([[sluh|sliši]]) s svojimi [[uho|ušesi]].<ref>{{navedi knjigo |url=https://fran.si/130/sskj-slovar-slovenskega-knjiznega-jezika/3618387/zvok |chapter=Zvok |title=Slovar slovenskega knjižnega jezika|publisher=Inštitut za slovenski jezik Frana Ramovša ZRC SAZU |via=[[Fran (jezikovni portal)|Fran]]}}</ref> Frekvenčno območje človeškega sluha je v grobem 20 do 20.000 Hz, pri čemer s staranjem pada občutljivost na visoke frekvence in ljudje v zrelih letih običajno slišijo le do 15 ali 17 KHz. Druge [[živali]] imajo drugačne razpone občutljivosti.<ref>{{navedi knjigo |editor1=Purves, D. |editor2=Augustine, G.J. |editor3=Fitzpatrick, D. |display-editors=etal |year=2001 |chapter=The Audible Spectrum |title=Neuroscience |edition=2. |location=Sunderland (MA) |publisher=Sinauer Associates}}</ref> Frekvenčno območje pod 20 Hz imenujemo [[infrazvok]], tisto nad 20 KHz pa [[ultrazvok]].

Posamezne frekvenčne komponente zvoka imenujemo [[ton]]i – višina tona, kot ga zazna uho, je sorazmerna z njegovo frekvenco. Vendar je človek v svojem okolju redko izpostavljen čistim tonom. Dojemanje frekvenčne sestave zvokov, kot sta človeški glas ali zvok [[glasbilo|glasbila]], opisujemo z izrazom barva oz. kakovost zvoka.<ref>{{navedi knjigo |last1=Pilhofer |first1=Michael |title=Music Theory for Dummies |url=https://books.google.com/books?id=CxcviUw4KX8C |year=2007 |publisher=For Dummies |page=97 |isbn=978-0-470-16794-6}}</ref> 

=== Svetloba ===
{{glavni|Svetloba}}
[[slika:EM spectrum.svg|thumb|380px|Vidni spekter kot del spektra elektromagnetnega valovanja]]
Svetloba je [[elektromagnetno valovanje]], ki ga lahko človek zazna ([[vid]]i) s svojimi [[oko|očmi]].<ref>{{navedi knjigo |url=http://www.cie.co.at/publ/abst/17-4-89.html |title=International Lighting Vocabulary |edition=4. |isbn=978-3-900734-07-7 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20100227034508/http://www.cie.co.at/publ/abst/17-4-89.html |archivedate=2010-02-27 |url-status=dead |quote=Any radiation capable of causing a visual sensation directly.}}</ref> [[Vidni spekter|Spekter vidne svetlobe]] je del zveznega [[Spekter elektromagnetnega valovanja|spektra elektromagnetnega valovanja]] med 400 in 700 [[nanometer|nanometri]] valovne dolžine, kar ustreza frekvencam 750–420 terahercev. Sosednje območje z daljšimi valovnimi dolžinami in nižjo frekvenco imenujemo [[infrardeče valovanje]], tisto s krajšimi valovnimi dolžinami in višjo frekvenco pa [[ultravijolično valovanje]].<ref name="BuserImbert1992">{{navedi knjigo |last1=Buser |first1=Pierre A. |last2=Imbert |first2=Michel |title=Vision |url=https://archive.org/details/vision0000buse |url-access=registration |access-date=11 October 2013 |year=1992 |publisher=MIT Press |isbn=978-0-262-02336-8 |page=[https://archive.org/details/vision0000buse/page/50 50] |quote=Light is a special class of radiant energy embracing wavelengths between 400 and 700 nm (or mμ), or 4000 to 7000 Å.}}</ref>

Ožje dele vidnega spektra zaznavamo kot [[barva|barve]]; sposobnost zaznavanja barv – [[barvni vid]] – je povezana s prisotnostjo različnih tipov [[fotoreceptor]]jev v [[oko|očesu]], ki vsebujejo vidne pigmente, ki absorbirajo svetlobo različnih valovnih dolžin oz. frekvenc.<ref name="Eckert">{{navedi knjigo |last1=Randall |first1=David |last2=Burggren |first2=Warren |last3=French |first3=Kathleen |year=2002 |title=Eckert Animal Physiology |url=https://archive.org/details/eckertanimalphys00rand |edition=5. |publisher=W.H. Freeman & Co |isbn=0-7167-3863-5 |cobiss=1035599 |pages=[https://archive.org/details/eckertanimalphys00rand/page/269 269]–271}}</ref> Tako valovanje pri 400 THz ({{val|4|e=14|ul=}} Hz) zaznavamo kot rdečo svetlobo, valovanje pri 700-800 THz ({{val|8|e=14|u=Hz}}) kot vijolično in ostale barve med tema skrajnostima. Človek ima v očesni [[mrežnica|mrežnici]] tri tipe fotoreceptorjev, ki izražajo največjo občutljivost na tri različne valovne dolžine svetlobe (temu pravimo ''trikromatski vid''): kratko-, srednje- in dolgovalovne.<ref>{{cite journal | author1=Neitz, J. |author2=Jacobs, G.H. | title = Polymorphism of the long-wavelength cone in normal human colour vision | journal = [[Nature]] | volume = 323 | issue = 6089 | pages = 623–625 | year = 1986 | pmid = 3773989 | doi = 10.1038/323623a0 | s2cid = 4316301 | bibcode = 1986Natur.323..623N }}</ref> Informacijo o tem, kateri razred je vzbujen, posreduje [[vidni živec]] [[možgani|možganom]], kjer na tej podlagi nastane percepcija barve.<ref name="Eckert"/>

== Sklici ==
{{sklici|2}}

== Glej tudi ==

* [[krožna frekvenca]], [[kotna hitrost]].

{{normativna kontrola}}
[[Kategorija:Fizikalne količine]]
[[Kategorija:Mehanika]]
[[Kategorija:Nihanje in valovanje]]