Frequenz
Was ist die Frequenz?
Bei oszillierenden Wechselströmen bezeichnet die Frequenz die Anzahl der vollständigen Schwingungszyklen pro Sekunde. Gemessen wird diese Grundgröße in Hertz (Hz), benannt nach dem Physiker Heinrich Hertz. Ein Hertz entspricht genau einer Schwingung pro Sekunde.
Während das Stromnetz in Deutschland mit 50 Hz betrieben wird, lässt sich die Frequenz mathematisch exakt mit der Formel
f = 1/T
berechnen. Dabei steht T für die Periodendauer einer vollständigen Schwingung. Ein Signal mit einer Periodendauer von 20 Millisekunden hat demnach eine Frequenz von 50 Hz:
50 Hz = 1/0,02 s
Mit steigenden technischen Anforderungen wurden höhere Frequenzeinheiten eingeführt:
- Kilohertz (kHz): 1000 Schwingungen pro Sekunde
- Megahertz (MHz): 1 000 000 Schwingungen pro Sekunde
- Gigahertz (GHz): 1.000.000.000 Schwingungen pro Sekunde
- Terahertz (THz): 1.000.000.000.000 Schwingungen pro Sekunde
Diese Einheiten folgen einem dekadischen System mit Potenzen von 10 – im Gegensatz zu den Byte-Vielfachen in der Informatik, die auf Potenzen von 2 basieren.
Frequenzen im Alltag
In der Elektrotechnik und Signalverarbeitung ist die Frequenz ein zentraler Begriff, der auch bei Schwingkreisen, Funkübertragungen und Audiofrequenzen eine Rolle spielt.
Frequenzen haben große praktische Bedeutung: Europäische Stromnetze arbeiten mit 50 Hz, nordamerikanische mit 60 Hz. In der Computertechnik werden Prozessortaktfrequenzen üblicherweise in MHz oder GHz angegeben und bestimmen maßgeblich die Leistungsfähigkeit moderner Rechenanlagen.
In komplexen Systemen treten neben der Grundfrequenz häufig Oberschwingungen (ganzzahlige Vielfache) auf, die die Signalqualität beeinflussen können. In der Akustik korreliert die Frequenz direkt mit der wahrgenommenen Tonhöhe: Je höher die Frequenz, desto höher der Ton.
Frequenzen spielen in vielen weiteren Bereichen des täglichen Lebens eine wichtige Rolle:
- Stromnetz: In Europa arbeitet das Stromnetz mit 50 Hz
- Schall: Schall mit Frequenzen zwischen 20 und 20.000 Hz kann vom Menschen als Ton wahrgenommen werden.
- Licht: Sichtbares Licht hat Frequenzen zwischen 384 und 789 Terahertz (THz).
- Herzschlag: Der menschliche Puls hat eine Frequenz von etwa 0,83 bis 1,5 Hz.
- Analoger Rundfunk: Analoge Radiosender nutzen diese Frequenzen:
- Langwelle (LW): 148,5 kHz bis 283,5 kHz
- Mittelwelle (MW): 526,5 kHz bis 1606,5 kHz
- Kurzwelle: 2.300 kHz und 26.100 kHz
- UKW (FM): 87,5 MHz bis 108 MHz
- Digitaler Rundfunk: DAB+ und DMB verwenden Frequenzbänder mit 174 bis 230 MHz sowie 1,5 GHz
- Digitales Fernsehen: DVB-T/T2 funken in Frequenzbändern mit 470-582 MHz sowie 582-862 MHz
- WLAN: WLAN beziehungsweise Wi-Fi nutzt Frequenzbänder um 2,4 GHz, 5 und 6 GHz für drahtlose Netzwerke.
- Mobilfunk: Verwendet verschiedene Frequenzbänder, darunter:
