تعریف
فرکانس اندازه گیری تعداد تکرار اتفاقی در واحد زمان است. برای محاسبه فرکانس بر روی یک بازه زمانی ثابت، تعداد دفعات وقوع یک حادثه را در آن بازه می شماریم و سپس این تعداد را بر طول بازه زمانی تقسیم می کنیم.
پس از فیزیک دان آلمانی هاینریش رودولف هرتز، در سیستم واحدهای SI فرکانس با هرتز(Hz) اندازه گیری می شود. یک هرتز به این معنی است که یک واقعه یک بار بر ثانیه رخ می دهد.
واحدهای دیگری که برای اندازه گیری فرکانس بکار می روند به این شرح هستند: سیکل بر ثانیه، دور بر دقیقه (rpm). سرعت قلب توسط واحد ضربان بر دقیقه اندازه گیری می شود.
یک روش جایگزین برای محاسبه فرکانس، اندازه گیری زمان بین دو رخداد متوالی حادثه ای است (دوره تناوب) و سپس محاسبه فرکانس به
صورت عددی متقابل این زمان مانند زیر:
:
که در آن T دوره تناوب است.
فرکانس امواج
در اندازه گیری فرکانس صدا، امواج الکترومغناطیسی (مانند امواج رادیویی یا نور )، سیگنال های الکتریکی یا دیگر امواج، فرکانس بر حسب هرتز، تعداد سیکل های شکل موج تکراری است. اگر موج یک صدا باشد، فرکانس آن چیزی است که زیر و بمی این موج را مشخص می کند.
فرکانس رابطه معکوسی با مفهوم طول موج دارد. فرکانس f برابر است با سرعت v یک موج تقسیم بر طول موج &lambdaاست که:
:
در موارد خاص که امواج الکترومغناطیسی از خلا عبور می کنند، v=c که در آن c برابر سرعت نور در خلا است و این عبارت به صورت زیر در می
آید:
:
فرکانس های آماری
در علم آمار فرکانس یک واقعه برابر است با تعداد دفعات رخ دادن یک حادثه در آزمایش یا مطالعه ای که صورت می گیرد است. فرکانس ها معمولاً به صورت گرافیکی در نمودار هیستوگرام نمایش داده می شوند.
مثال ها
فرکانس استاندارد شدت تون A بالای C میانی امروزه بر روی 440هرتز تنظیم شده است که 440 سیکل در ثانیه (یا کمی بیشتر) است و به عنوان شدت ساز آواز شناخته می شود و یک ارکستر بر روی این شدت تنظیم میشود.
یک کودک می تواند تون هایی با نوساناتی تا تقریبا 20،000 هرتز را بشنود. بزرگسالان از شنیدن چنین فرکانس های بالایی محروم هستند.
در اروپا فرکانس جریان متناوب 50 هرتز است (نزدیک تون G) با ولتاژ نامی 230 ولت.
در آمریکا فرکانس جریان متناوب 60 هرتز است (نزدیک تون زیر B) با ولتاژ نامی 117 ولت.
از میزان تون خالص زمزمه می توان فهمید که آیا صدای ضبط شده ای برای مثال در اروپا ساخته شده است یا نه. در اروپا صدای زمزمه یک سوم آمریکاست. یک تحلیل گر می تواند هارمونیک های دوم یا سوم و به سختی هارمونیک اصلی فرکانس اصلی را در هنگام ضبط بیابد.
روشهای اندازه گیری
روش Beat _ Note (صدای تداخلی)
ساده‌ترین روش اندازه گیری فرکانس مجهول صوتی ( ) تنظیم دستگاه سیگنال ژنراتور صوتی روی تداخل صفر است. پس از این عمل می‌توان از روی صفحه مدرج سیگنال ژنراتور مقدار فرکانس را خواند. در این روش هم می‌توان از گوشی استفاده نمود و یا به جای آن میتری در مدار قرار داد. دو سیگنال بطور همزمان به شاخص اختلاف فرکانس وارد میشود. چنانچه اختلاف فرکانس دو سیگنال صفر باشد، در گوشی صدایی با قدرت بیشتر و یا در میتر با انحراف عقربه بیشتر روبه‌رو خواهیم شد.
در این حالت آزمایشگر باید دقت کند که سیگنال ژنراتور را روی هماهنگها یا هارمونیکهای تنظیم نکند. با چند آزمایش می‌توان به اختلاف این دو حالت پی برد. سیگنال منتجه حاصل از فرکانس اصلی دارای شدت بیشتری است. چنانچه آزمایشگر در اندازه گیری خود دقت لازم بکار برد، دقت اندازه گیری معادل با دقت دستگاه سیگنال ژنراتور صوتی که معمولا تا است، خواهد شد.
روش ولت متر
این روش اندازه گیری صامت است و در نتیجه از خطاهای حاصل از عیوب ممکن در گوش پرهیز میشود. در این روش با اندازه گیری مقدار موثر موج حاصل از تداخل دو سیگنال توسط ولت متر مقدار فرکانس مجهول بدست می‌آید. سیگنال مجهول ( ) و سیگنال ژنراتور ( ) از طریق مقاومتهای جداسازی و که می‌توانند دارای مقادیری بین 820 تا 1800 اهم باشند، به ولت متر وارد می شود.
برای اندازه گیری فرکانس با این روش ابتدا باید سیگنال مجهول را کنار گذارده و خروجی ژنراتور را برای انحراف عقربه ولت متر تا وسط صفحه مدرج تنظیم کنید. سپس با اعمال سیگنال مجهول مشاهده خواهید کرد که عقربه به نوسان افتاده و به بالا و پایین وسط صفحه حرکت می‌کند. با تنظیم فرکانس ژنراتور چنانچه روی فرکانسی برابر فرکانس مجهول قرار گیرد، عقربه از نوسان افتاده و به حالت سکون می‌رسد. بنابراین در این روش می‌توان با دقت بیشتری فرکانس مجهول را بدست آورد. یکی از مزایای این روش این است که عقربه تنها در فرکانس اصلی سکون خواهد یافت و در هماهنگها نیز نوسان خواهد کرد.
اندازه گیری فرکانس نوع القایی
این دستگاه را اندازه گیری فرکانس نوع آهن متحرک نیز می‌نامند. در این دستگاه فرکانس مستقیما توسط آهن متحرک خوانده میشود. در این دستگاه دو سیم پیچ ثابت و بطور عمود بر یکدیگر سوار می‌شوند. عنصر متحرک یک تیغه آهنی نرم و باریک و بلند است که به آن عقربه‌ای متصل کرده‌اند. انحراف این تیغه آهنی متناسب با میدان مغناطیسی حاصل از دو سیم پیچ و است. شبکه سلفی _ مقاومتی متصل به سیم پیچها اختلاف فاز بین جریانهای جاری در سیم پیچها را کاهش داده و بدان وسیله مانع از چرخش تیغه آهنی میشود. در این صورت چون تیغه نمی‌تواند چرخش میدان مغناطیسی را دنبال کند، انحرافی متناسب با فرکانس جریان پیدا می‌کند.
این نوع فرکانس را معمولا برای اندازه گیری فرکانس برق شهری (25 ، 40 ، 50 ، 60 و 125 هرتز) بکار می‌برند. البته وسایلی با این چنین ساختمانی برای اندازه گیری فرکانسهای بالاتر تا حدود 500 هرتز نیز ساخته شده است. اغلب دستگاه را برای یک فرکانس معمول طراحی کرده و آن را در وسط صفحه مدرج قرار می‌دهند. انحراف عقربه در دو طرف فرکانس کار دستگاه از 30 درصد تا 85 درصد متغیر است. دقت این نوع وسایل بستگی به نوع ساخت و مدل آن دارد و می‌تواند به 0،5درصد برسد. دستگاه اندازه گیر فرکانس نوع القایی را می‌توان برای یک ولتاژ / یک فرکانس ، دو ولتاژ/ یک فرکانس یا دو ولتاژ / دو فرکانس بکار برد.