Taajuusspektri on tieteellinen menetelmä piirtää ja luokitella sähkömagneettisia aaltoja avaruudessa ja jokapäiväisessä ympäristössä. Itse asiassa eri lähetysten taajuuden laskeminen voi olla monimutkainen tiede ja sisältää yleensä intensiivisiä kaavoja ja mittauslaitteita. Käsitteenä spektri itse on kuitenkin suhteellisen suoraviivainen. Kaikki mikä antaa energiaa, tekee sen tietyllä taajuudella. Valo-, ääni-, televisio- ja radiolähetykset ovat joitakin yleisimmistä; Mukana on myös röntgensäteitä, mikroaaltoja ja infrapunasignaaleja. Taajuusspektri on se, miten nämä ja muut päästöt piirretään ja luokitellaan, ja kunkin erilliset ja ainutlaatuiset elementit edustavat yleensä säteilyenergian määrää, jonka jokainen tuottaa sekunnissa.
Taajuuden ymmärtäminen yleensä
Taajuus määritellään laajalti joka sekunti tapahtuvien täydellisten sähkömagneettisten energia -aaltojaksojen lukumääränä. Yhden jakson kuvaamiseen käytetty kansainvälinen mittayksikkö on 1 hertsi (Hz). Koska jokaisella sähkömagneettisen spektrin osalla on ilmaisutaajuussignaali, se voidaan tunnistaa spektrianalysaattorilla, joka kykenee mittaamaan tarkasti tarkkailtavan sähkömagneettisen ilmiön aallonjaksot sekunnissa.
Nämä luvut ovat todella tärkeitä parista eri syystä. Fyysikot viettävät usein paljon aikaa piirtämällä eri taajuuksien spektriä ymmärtääkseen, miten nämä aallot ovat vuorovaikutuksessa aineen kanssa, sekä määrittääkseen esimerkiksi ääni- ja valoaaltojen uloimmat rajat. Ne ovat tärkeitä myös terveydellisistä syistä; tutkijoiden on tiedettävä, minkä tasoiset asiat, kuten röntgen- ja mikroaaltotekniikka, ovat turvallisia käyttää kodeissa ja lääketieteellisissä toimistoissa. Yleislähetyksissä taajuudet tunnistavat, mitkä taajuudet ovat eniten asuttuja ja siten alttiimpia häiriöille ja lähetysongelmille.
Sähkömagneettisen energian piirtäminen
Kukin sähkömagneettisen energian eri muodoista varaa tietyn paikan spektrissä. Sähkömagneettinen jatkuvuus, joka ilmaistaan kunkin segmentin lähettämän säteilyn taajuudella tai voimakkuudella, vaihtelee välillä 106 Hz – 1025 Hz. Radioaallot ovat spektrin alimmassa päässä, kun taas radioaktiiviset gammasäteet ovat korkeimmassa päässä. Taajuusalue, jonka sähkömagneettinen spektri kattaa, on valtava. Radiolähetysten ja näkyvän valon tuottamat taajuudet vaihtelevat miljoonan miljardin suuruusluokan verran.
Valo ja ääni
Sekä valon että äänen osalta lähetettyjen taajuuksien tasot ovat suurelta osin vastuussa siitä, miten ihmiset näkevät lähetettävän värin tai äänen. Jotta valo näyttäisi erillisenä värinä, sen on lähetettävä energiaa kyseiseen väriin liittyvän sähkömagneettisen alueen sisällä. Yksi helpoimmista tavoista osoittaa tämä on prisman tai muun viistekristallin avulla. Auringonvalossa aurinkoenergia siirtyy eri tavalla eri taittumisten kautta, minkä seurauksena eri värit näyttävät loistavan. Itse asiassa valo on sama riippumatta siitä, miltä se näyttää, mutta taittuminen muuttaa sähkömagneettista energiaa ja johtaa väriin.
Ääniaallot toimivat samalla tavalla. Erilaiset nuotit voivat hyödyntää erilaisia energioita, mikä voi saada heidät näyttämään erilaisilta ominaisuuksiltaan niille, jotka ovat kuuntelualueella. Taiteilijat käyttävät tätä usein tehdäkseen akustisista kokoelmista mielenkiintoisempia. Äänien tarkoituksellinen sekoittaminen spektrin läpi tunnetaan usein nimellä “valkoinen kohina”, tekniikka, jota käytetään joskus paremman unen edistämiseen.
Erityishuomiot lähetystoiminnan harjoittajille
Radio-, televisio- ja muiden yleislähetysten taajuusspektri luokitellaan edelleen taajuusalueiksi tai “kaistoiksi” sekä keinona häiriöiden minimoimiseksi että kaistanleveyden jakamiseksi useiden käyttäjien kesken. Suurinta osaa näistä asioista säätelevät eri viranomaiset. Esimerkiksi Kansainvälisen televiestintäliiton sopimuksessa on jaettu tiettyjä radiolähetystaajuuksia alueiden minimoimiseksi häiriöt lyhytaaltoradiotaajuudessa. Korkeataajuuskaistat on jaettu kansainvälisten lyhytaalto -lähetystoiminnan harjoittajien, radioamatöörien ja meriradioviestinnän kesken.
Luotettavan, häiriöttömän radiolähetyksen varmistamiseksi kotimaiset valtion virastot säätelevät usein tiettyjä taajuuksien näkökohtia tai osia. Yhdysvalloissa liittovaltion viestintäkomissio (FCC) jakaa taajuuskaistat yritysten, suuren yleisön ja radioamatöörioperaattoreiden välillä mahdollisten kaistanvälisten häiriöiden rajoittamiseksi. Jokaiselle kaistalle on määritetty tietty taajuusalue, ja tämä taajuusspektri on varattu kullekin eri käyttäjäkohtaiselle ryhmälle.