Umrechnung von Kilohertz in Terahertz

Informationen über Kilohertz (kHz)

Das Kilohertz ist eine Frequenzeinheit und entspricht 1000 Hertz. Sein Zeichen ist kHz. Es deckt den oberen Teil des menschlichen Hörens und den untersten Teil des Funkspektrums ab, was es zum Treffpunkt zweier sehr verschiedener Techniken macht.

Der Ton wohnt hier. Die obere Hörgrenze liegt bei einem jungen Menschen bei etwa 20 Kilohertz, und die Frequenzen, die die Verständlichkeit der Sprache tragen, drängen sich zwischen 1 und 4 Kilohertz. Digitaler Ton wird mit 44,1 Kilohertz für die Compact Disc und mit 48 Kilohertz für Videoarbeit abgetastet; diese Werte wurden gewählt, weil das Abtasttheorem mehr als das Doppelte der höchsten wiederzugebenden Frequenz verlangt, mit einem Zuschlag für die Filterung.

Der Rundfunk begann in diesem Bereich. Die Langwelle reicht von 148 bis 283 Kilohertz und die Mittelwelle, das AM-Band, von 526 bis 1606. Diese niedrigen Frequenzen laufen als Bodenwelle und werden nachts an der Ionosphäre reflektiert, was ihnen von einem einzigen Sender aus Reichweiten von Hunderten oder Tausenden Kilometern verschafft. Deshalb trugen sie die ersten nationalen Rundfunkdienste und dienen bis heute Funkfeuern der See- und Luftfahrt.

Die Verbindung zu U-Booten nutzt noch tiefere Frequenzen, weil Meerwasser Funkenergie schluckt und nur Signale im Bereich weniger Kilohertz und darunter mehr als ein paar Meter eindringen. Marinesender im Längstwellenbereich belegen aus diesem Grund riesige Antennenanlagen, und ihre Datenraten sind entsprechend winzig.

Ultraschall für die medizinische Bildgebung liegt weit über dem Hörbaren, im Megahertzbereich, doch industrielle Ultraschallreinigung und Tierabwehrgeräte arbeiten zwischen 20 und 80 Kilohertz, knapp oberhalb dessen, was Menschen hören. Fledermäuse orten im selben Gebiet, von rund 20 bis weit über 100 Kilohertz.

Ältere Rechner hatten Taktfrequenzen in Kilohertz. Der Prozessor des ursprünglichen Apple II lief mit gut einem Megahertz, doch die frühesten Mikroprozessoren und viele Mikrocontroller arbeiten weiterhin mit einigen hundert Kilohertz, wo geringer Verbrauch mehr zählt als Geschwindigkeit.

Der digitale Ton hat eine bestimmte Zahl aus diesem Bereich in den Alltag gebracht. Die Compact Disc tastet mit 44,1 Kilohertz ab, gewählt, weil das Abtasttheorem mehr als das Doppelte der höchsten wiederzugebenden Frequenz verlangt und das Doppelte von 20 Kilohertz dem Filter, der alles darüber entfernt, einen Spielraum lässt. Die berufliche Aufnahme nutzt meist 48 Kilohertz, um zum Bild zu passen, und 96 oder 192 für die Endbearbeitung. Die Fernsprechtechnik liegt weit tiefer, tastet mit 8 Kilohertz ab und schneidet daher oberhalb von etwa 3,4 ab — darum verliert eine Stimme auf einer gewöhnlichen Leitung die Zischlaute, an denen sich s und f leicht unterscheiden lassen.

Ein Kilohertz entspricht 1000 Hertz, 0,001 Megahertz oder einem Millionstel Gigahertz.

Informationen über Terahertz (THz)

Das Terahertz ist eine Frequenzeinheit und entspricht einer Billion Hertz. Sein Zeichen ist THz. Es belegt die Lücke zwischen den höchsten Funkfrequenzen und dem niedrigsten Infrarotlicht, einen Bereich, der im größten Teil des zwanzigsten Jahrhunderts so schwer zu erzeugen oder nachzuweisen war, dass man ihn Terahertzlücke nannte.

Die Schwierigkeit war praktischer und nicht theoretischer Art. Elektronische Oszillatoren gehen oberhalb einiger hundert Gigahertz die Puste aus, weil die Ladungsträger nicht schnell genug folgen, während optische Quellen wie Laser unterhalb des Infraroten an Wirkungsgrad verlieren. Das Band dazwischen hatte auf keiner Seite eine bequeme Technik, und es blieb jahrzehntelang der am wenigsten erforschte Teil des elektromagnetischen Spektrums.

Das änderte sich mit ultraschnellen Lasern und photoleitenden Antennen, die Terahertzimpulse erzeugen, indem sie einen Halbleiter mit einem Laserimpuls von wenigen Femtosekunden beleuchten. Die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie misst heute die Antwort von Werkstoffen über das ganze Band, und das Verfahren ist ein gängiges Werkzeug der Materialwissenschaft geworden.

Die Sicherheitskontrolle ist die bekannteste Anwendung. Terahertzstrahlung durchdringt Kleidung, Papier, Kunststoff und Keramik, wird aber von Metall aufgehalten und von Wasser aufgenommen, und ihre Photonenenergie ist viel zu gering, um irgendetwas zu ionisieren; sie kann verborgene Gegenstände also ohne die Risiken der Röntgenstrahlung abbilden. Körperscanner an Flughäfen arbeiten nach diesem Prinzip.

Die Molekülspektroskopie nutzt das Band, weil viele große Moleküle hier Rotations- und Schwingungszustände besitzen. Sprengstoffe und Betäubungsmittel zeigen kennzeichnende Terahertzsignaturen, und das Verfahren dient der pharmazeutischen Qualitätskontrolle, um Kristallformen zu unterscheiden, die mit anderen Methoden gleich aussehen. Die Kunstrestaurierung wendet es an, um unter Farbschichten zu blicken, ohne eine Leinwand zu berühren.

Die Astronomie beobachtet bei diesen Frequenzen von hohen, trockenen Standorten oder aus dem Orbit, weil atmosphärischer Wasserdampf Terahertzstrahlung stark aufnimmt. Kalter Staub und molekulares Gas in Sternentstehungsgebieten strahlen hier, weshalb Observatorien in großer Höhe in Chile und am Südpol errichtet werden.

Die Nachrichtenforschung dringt inzwischen in das Band vor. Datenraten wachsen mit der verfügbaren Bandbreite, und oberhalb von 100 Gigahertz ist weit mehr Platz als darunter; Labore haben daher Funkstrecken vorgeführt, die bei Frequenzen nahe einem Terahertz Hunderte Gigabit je Sekunde tragen. Das Hindernis ist, dass Wasserdampf diese Wellen stark verschluckt und eine Strecke bei klarer Luft auf wenige hundert Meter begrenzt, bei Regen auf deutlich weniger. Das beschränkt die Technik auf kurze Sprünge: Verbindungen zwischen Dachantennen, Strecken innerhalb eines Rechenzentrums oder das letzte Stück zwischen einem Lichtmast und einem Haus — nichts, was einer Rundfunkausstrahlung ähnelte.

Ein Terahertz entspricht einer Billion Hertz, 1000 Gigahertz oder einer Wellenlänge von etwa 0,3 Millimetern.