Conversione da Chilohertz a Terahertz

Informazioni sul Chilohertz (kHz)

Il chilohertz è un’unità di frequenza pari a 1000 hertz. Il suo simbolo è kHz. Copre la parte alta dell’udito umano e la parte più bassa dello spettro radio, il che ne fa il punto d’incontro di due tecniche molto diverse.

L’audio abita qui. Il limite superiore dell’udito umano si aggira sui 20 chilohertz in una persona giovane, e le frequenze che reggono l’intelligibilità del parlato si addensano fra 1 e 4 chilohertz. L’audio digitale si campiona a 44,1 chilohertz per il compact disc e a 48 per il lavoro video, valori scelti perché il teorema del campionamento richiede più del doppio della frequenza più alta da riprodurre, con un margine per il filtraggio.

La radiodiffusione cominciò in questo intervallo. Le onde lunghe vanno da 148 a 283 chilohertz e le onde medie, la banda AM, da 526 a 1606. Queste basse frequenze si propagano lungo il suolo e di notte si riflettono sulla ionosfera, il che dà loro portate di centinaia o migliaia di chilometri da un solo trasmettitore. Per questo hanno portato i primi servizi nazionali di radiodiffusione e servono tuttora i radiofari marittimi e aeronautici.

La comunicazione con i sottomarini usa frequenze ancora più basse perché l’acqua di mare assorbe l’energia radio, e solo i segnali dell’ordine di pochi chilohertz e al di sotto penetrano oltre qualche metro. Per questa ragione i trasmettitori navali a frequenza molto bassa occupano enormi schiere di antenne, e le loro velocità di trasmissione sono di conseguenza minuscole.

L’ecografia medica sta ben sopra la gamma udibile, nei megahertz, ma la pulizia a ultrasuoni industriale e i dissuasori per animali lavorano fra 20 e 80 chilohertz, appena sopra ciò che le persone odono. I pipistrelli si orientano per eco nello stesso territorio, da circa 20 a ben oltre 100 chilohertz.

I calcolatori più vecchi avevano frequenze di clock in chilohertz. Il processore dell’Apple II originale girava a poco più di un megahertz, ma i primissimi microprocessori e molti microcontrollori operano ancora a qualche centinaio di chilohertz dove il basso consumo conta più della velocità.

L’audio digitale ha portato una cifra precisa di questo intervallo nell’uso quotidiano. Il disco compatto campiona a 44,1 kilohertz, scelto perché il teorema del campionamento richiede più del doppio della frequenza più alta da riprodurre, e il doppio di 20 kilohertz lascia margine al filtro che rimuove tutto ciò che sta sopra. La registrazione professionale usa comunemente 48 kilohertz per accordarsi al video, e 96 o 192 per la masterizzazione. La telefonia sta assai più in basso, campionando a 8 kilohertz e tagliando dunque sopra i 3,4 circa, ragione per cui una voce su una linea comune perde la sibilanza che rende facili da distinguere le lettere esse ed effe.

Un chilohertz equivale a 1000 hertz, a 0,001 megahertz o a un milionesimo di gigahertz.

Informazioni sul Terahertz (THz)

Il terahertz è un’unità di frequenza pari a mille miliardi di hertz. Il suo simbolo è THz. Occupa il varco fra le frequenze radio più alte e la luce infrarossa più bassa, una regione che per gran parte del Novecento fu tanto difficile da generare o rivelare da essere chiamata il divario dei terahertz.

La difficoltà era pratica e non teorica. Gli oscillatori elettronici perdono fiato oltre qualche centinaio di gigahertz perché i portatori di carica non rispondono abbastanza in fretta, mentre le sorgenti ottiche come i laser perdono rendimento al di sotto dell’infrarosso. La banda intermedia non aveva tecnologia comoda da nessuno dei due lati, e restò per decenni la porzione meno esplorata dello spettro elettromagnetico.

Ciò è cambiato con i laser ultrarapidi e le antenne fotoconduttive, che generano impulsi terahertz illuminando un semiconduttore con un impulso laser di pochi femtosecondi. La spettroscopia terahertz nel dominio del tempo misura oggi la risposta dei materiali su tutta la banda, e la tecnica è divenuta uno strumento corrente della scienza dei materiali.

Il controllo di sicurezza è l’applicazione più nota. La radiazione terahertz attraversa abiti, carta, plastica e ceramiche ma è fermata dal metallo e assorbita dall’acqua, e la sua energia per fotone è troppo bassa per ionizzare alcunché, sicché può formare immagini di oggetti nascosti senza i rischi dei raggi X. Gli scanner corporei degli aeroporti funzionano su questo principio.

La spettroscopia molecolare usa la banda perché molte molecole grandi vi possiedono modi di rotazione e vibrazione. Esplosivi e stupefacenti mostrano firme terahertz caratteristiche, e la tecnica serve al controllo di qualità farmaceutico per distinguere forme cristalline che altri metodi rendono identiche. Il restauro d’arte la applica per vedere sotto gli strati di colore senza toccare una tela.

L’astronomia osserva a queste frequenze da siti alti e secchi oppure dall’orbita, perché il vapore acqueo atmosferico assorbe fortemente la radiazione terahertz. La polvere fredda e il gas molecolare delle regioni di formazione stellare irradiano qui, ed è per questo che gli osservatori si costruiscono ad alta quota in Cile e al polo sud.

La ricerca nelle comunicazioni ha cominciato a entrare nella banda. Le velocità di trasmissione crescono con la larghezza di banda disponibile, e sopra i 100 gigahertz vi è assai più spazio che sotto, sicché i laboratori hanno dimostrato collegamenti senza fili capaci di centinaia di gigabit al secondo a frequenze prossime al terahertz. L’ostacolo è che il vapore acqueo assorbe fortemente queste onde, limitando un collegamento a poche centinaia di metri con aria limpida e a assai meno sotto la pioggia. Ciò confina la tecnica a salti brevi: collegamenti fra antenne sui tetti, tratte dentro un centro dati, o l’ultimo tratto fra un lampione e un edificio, e non qualcosa che somigli a una radiodiffusione.

Un terahertz equivale a mille miliardi di hertz, a 1000 gigahertz o a una lunghezza d’onda di circa 0,3 millimetri.