Hertz (Hz)

Hertz (Hz), frekansın SI birimidir — saniyede bir döngü. 1887'de elektromanyetik dalgaların varlığını kanıtlayan Alman fizikçi Heinrich Hertz'in adını almıştır.

Yaygın katlar ve karşılaştığınız yerler:

• Hz — sismik ve altsesli dalgalar (insan işitme sınırının altında, 20 Hz altı)
• kHz (10³ Hz) — ses aralığı (20 Hz ile 20 kHz); AM radyosu
• MHz (10⁶ Hz) — FM radyosu (88-108 MHz); 2000 öncesi işlemci saatleri
• GHz (10⁹ Hz) — Wi-Fi, modern işlemciler, mikrodalga fırınlar (2,45 GHz)
• THz (10¹² Hz) — kızılötesi, terahertz görüntüleme
• PHz (10¹⁵ Hz) — görünür ışık

Ekranlar için yenileme hızları Hz cinsinden verilir: standart LCD 60 Hz, oyun ekranları 120/144/240 Hz. Daha yüksek yenileme hızları hareket bulanıklığını ve giriş gecikmesini azaltır. İnsanların iyileşme algılamayı bıraktığı eşik değişir, ancak çoğu izleyici için genellikle 90 ile 120 Hz arasında düşer.

Çalışılmış örnek

Orta Do'nun üzerindeki La notası 440 Hz'de çalınır — orkestral akort referansı. Bir oktav yukarısı frekansı iki katına çıkarır: La5 = 880 Hz. Bir oktav aşağısı yarıya indirir: La3 = 220 Hz. La4 ile La5 arasında 12 eşit yarı ton vardır; her adım frekansı 2^(1/12) ≈ 1,0595 ile çarpar. Dolayısıyla Si4 (La'dan bir yarı ton yukarı): 440 × 1,0595 ≈ 466,16 Hz; Do5 (iki yarı ton yukarı): 440 × 1,0595² ≈ 493,88 Hz. 5 GHz'de çalışan bir Wi-Fi yönlendiriciyle karşılaştırın: 5.000.000.000 Hz, on milyon kat daha yüksek frekans. ~5,4 × 10¹⁴ Hz'deki görünür yeşil ışıkla karşılaştırın, yüz bin kat daha yüksek. "Hz cinsinden ölçülen şeyler"in dinamik aralığı, infraseslerden PHz görünür ışığa kadar 15'ten fazla büyüklük mertebesini kapsar; bu nedenle ön ekler (kilo-, mega-, giga-, tera-, peta-) yoğun biçimde kullanılır.

Periyot ve frekans birbirinin tersidir: 60 Hz'lik bir sinyalin periyodu 1/60 = 16,67 ms'dir; 1 GHz'lik bir sinyalin periyodu 1 nanosaniyedir; 5 PHz'lik bir ışık dalgasının periyodu 0,2 femtosaniyedir. Mühendisler bağlama göre "frekans" (Hz) ve "periyot" (saniye) arasında geçiş yapar — ses tasarımcıları Hz cinsinden düşünür, osiloskop kullanıcıları periyot cinsinden düşünür, işlemci mimarları her ikisini de birbirinin yerine kullanır.

Ne zaman ve neden önemli

Hz, bir sinyalin periyodik bir yapıya sahip olduğu her durumda önemlidir: müzik ve kayıtta ses frekansları, radyo ve Wi-Fi standartlarında RF tahsisleri, ekranlarda yenileme hızları, dijital seste örnekleme hızları ve elektronikte saat hızları. Ekran alımlarında kaçınılacak hata, yenileme hızı Hz'ini tek etken olarak değerlendirmektir — 5 ms tepki süreli 240 Hz monitör, 1 ms tepki süreli 144 Hz monitörden daha kötü hareket netliğine sahiptir; zira piksel geçişi gerçek kare ayırt edilebilirliğini sınırlar. Seste yapılan hata, örnekleme hızını (44,1 kHz, 48 kHz, 96 kHz — sinyalin ölçüldüğü hız) mevcut ses frekanslarıyla (tipik olarak insan işitme aralığı 20 Hz ile 20 kHz) karıştırmaktır. Örnekleme hızı, yansımayı önlemek için en yüksek ses frekansının en az iki katı olmalıdır (Nyquist teoremi) — 44,1 kHz, ~22 kHz'e kadar ses kayıtsızca temsil edebilir; bu insan işitme sınırlarını aşar ve CD kalitesinin tüketici standardı olmasının nedenidir. Referans: BIPM — SI türetilmiş birimleri.

Hz'in 1960'ta "saniyede döngü"nün yerini almasının nedeni: birim, Maxwell denklemlerini doğrulayan ve 1887'de ilk yapay elektromanyetik dalgaları üreten Heinrich Hertz'e saygı amacıyla Genel Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı (CGPM) tarafından yeniden adlandırıldı. Yeniden adlandırmadan önce frekanslar "cps" veya "c/s" olarak yazılırdı. Değişiklik yalnızca terminolojikti — değer saniyede bir döngü olarak kaldı — ancak frekansı newton, watt, joule ve pascal ile paylaşılan SI isimlendirme kuralı altında birleştirdi. Hz, modern SI'da boyutsal olarak s⁻¹ (ters saniye) olarak tanımlanmıştır.

İşlemci saati yanılgısı: 3 GHz'de çalışan bir işlemci saniyede 3 milyar işlem gerçekleştirmez — saniyede 3 milyar saat tiki gerçekleştirir. Modern süper ölçekli ardışık düzenler, koşullar izin verdiğinde saat başına birden fazla talimat tamamlar; önbellek kaçırma, dal yanlış tahmini ve bellek duraklamaları ise etkin IPC'yi (döngü başına talimat) 1'in altına düşürür. GHz rakamı, 2000'lerin başından bu yana yanıltıcı bir pazarlama ölçütü olmuştur; bugün performans, SPEC CPU kıyaslamalar veya iş yüküne özgü puanlarla çok daha iyi açıklanmaktadır. İşlemci frekansı da dinamik olarak değişir — Intel Turbo Boost ve AMD Precision Boost, termal marj izin verdiğinde kısa süreliğine frekansları nominal saatin üzerine iter. İlgili: desibel, bps. Referans: BIPM SI Broşürü — Türetilmiş birimler.