Hertz (Hz)

Hertz (Hz) est l’unité SI de fréquence — un cycle par seconde. Nommée d’après le physicien allemand Heinrich Hertz, qui a prouvé l’existence des ondes électromagnétiques en 1887.

Multiples courants et où vous les rencontrez :

• Hz — séismes et infrasons (sous 20 Hz, en dessous de l’audition humaine)
• kHz (10³ Hz) — gamme audio (20 Hz à 20 kHz) ; radio AM
• MHz (10⁶ Hz) — radio FM (88-108 MHz) ; horloges CPU avant 2000
• GHz (10⁹ Hz) — Wi-Fi, CPU modernes, fours à micro-ondes (2,45 GHz)
• THz (10¹² Hz) — infrarouge, imagerie térahertz
• PHz (10¹⁵ Hz) — lumière visible

Les taux de rafraîchissement des écrans sont exprimés en Hz : LCD standard 60 Hz, écrans gaming 120/144/240 Hz. Des fréquences de rafraîchissement plus élevées réduisent le flou de mouvement et le délai d’entrée. Le seuil auquel les humains cessent de percevoir une amélioration varie, mais se situe généralement entre 90 et 120 Hz pour la plupart des spectateurs.

Exemple concret

Une note jouée au La au-dessus du Do médian est à 440 Hz — la référence d’accordage orchestral. L’octave suivante double la fréquence : A5 = 880 Hz. L’octave en dessous la divise par deux : A3 = 220 Hz. Entre A4 et A5 se trouvent 12 demi-tons égaux ; chaque étape multiplie la fréquence par 2^(1/12) ≈ 1,0595. Donc B4 (un demi-ton au-dessus de A) est 440 × 1,0595 ≈ 466,16 Hz ; C5 (deux demi-tons au-dessus) : 440 × 1,0595² ≈ 493,88 Hz. Comparez à un routeur Wi-Fi à 5 GHz = 5 000 000 000 Hz, dix millions de fois plus élevée. Comparez à la lumière verte visible à ~5,4 × 10¹⁴ Hz, encore cent mille fois plus élevée. La plage dynamique des “choses mesurées en Hz” couvre plus de 15 ordres de grandeur — des ondes sismiques sub-Hz à la lumière visible en PHz — c’est pourquoi les préfixes (kilo-, méga-, giga-, téra-, péta-) sont très utilisés.

La période et la fréquence sont des réciproques : un signal à 60 Hz a une période de 1/60 = 16,67 ms ; un signal à 1 GHz a une période d’une nanoseconde ; une onde lumineuse à 5 PHz a une période de 0,2 femtosecondes. Les ingénieurs passent entre “fréquence” (Hz) et “période” (secondes) selon le contexte — les concepteurs audio pensent en Hz, les utilisateurs d’oscilloscope pensent en période, les architectes CPU utilisent les deux de façon interchangeable.

Quand et pourquoi cela compte

Le Hz est important chaque fois qu’un signal a une structure périodique : fréquences audio en musique et enregistrement, allocations RF dans les normes radio et Wi-Fi, taux de rafraîchissement des écrans, taux d’échantillonnage en audio numérique et vitesses d’horloge en électronique. L’erreur à éviter lors de l’achat d’un écran est de traiter le Hz du taux de rafraîchissement comme le seul facteur — un moniteur 240 Hz avec un temps de réponse de 5 ms a une clarté de mouvement inférieure à un moniteur 144 Hz avec un temps de réponse de 1 ms, car la transition de pixel limite la distinguabilité réelle des images. L’erreur en audio est de confondre le taux d’échantillonnage (44,1 kHz, 48 kHz, 96 kHz — le taux auquel le signal est mesuré) avec les fréquences audio présentes (généralement 20 Hz à 20 kHz pour l’audition humaine). Le taux d’échantillonnage doit être au moins deux fois la fréquence audio la plus haute (théorème de Nyquist) pour éviter l’aliasing — 44,1 kHz peut fidèlement représenter l’audio jusqu’à ~22 kHz, ce qui dépasse les limites de l’audition humaine et explique pourquoi la qualité CD est la norme grand public. Référence : BIPM — Unités SI dérivées.

Pourquoi Hz a remplacé “cycles par seconde” en 1960 : l’unité a été renommée par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) en l’honneur d’Heinrich Hertz, dont les expériences de 1887 ont produit les premières ondes électromagnétiques artificielles et confirmé les équations de Maxwell. Avant le changement de nom, les fréquences étaient écrites “cps” ou “c/s”. Le changement était purement terminologique — la valeur restait un cycle par seconde — mais il a consolidé la fréquence sous la convention de nommage SI partagée par newton, watt, joule et pascal. Hz est défini dimensionnellement comme s⁻¹ (inverses de secondes) dans le SI moderne.

L’idée reçue sur l’horloge CPU : un CPU fonctionnant à 3 GHz n’effectue pas 3 milliards d’opérations par seconde — il effectue 3 milliards de tics d’horloge. Les pipelines superscalaires modernes retirent plusieurs instructions par horloge lorsque les conditions le permettent, tandis que les défauts de cache, les mauvaises prédictions de branche et les blocages mémoire font baisser l’IPC (instructions par cycle) en dessous de 1. Le chiffre GHz de titre est une mesure marketing trompeuse depuis le début des années 2000 ; aujourd’hui, les performances sont bien mieux décrites par les benchmarks SPEC CPU ou les scores spécifiques à la charge de travail. La fréquence CPU varie également dynamiquement — Intel Turbo Boost et AMD Precision Boost poussent les fréquences au-delà de l’horloge nominale pour de courtes rafales lorsque la marge thermique le permet. Connexes : décibel, bps. Référence : Brochure SI BIPM — Unités dérivées.