| 基準 | ナノヘルツ (nHz) | キロヘルツ (kHz) |
|---|---|---|
| European mains electricity | 5 × 1010 nHz | 0.05 kHz |
| Concert pitch A above middle C | 4.4 × 1011 nHz | 0.44 kHz |
| An FM radio station | 1 × 1017 nHz | 100000 kHz |
| A Wi-Fi band | 2.4 × 1018 nHz | 2400000 kHz |
| A desktop processor clock | 3 × 1018 nHz | 3000000 kHz |
ナノヘルツは、1 ヘルツ の 10 億分の 1 にあたる振動数の単位です。記号は nHz です。1 ナノヘルツ は 10 億秒に 1 回、すなわち 32 年弱に 1 回の繰り返しにあたるので、この振動数のひと揺れは、たいていの職業人生よりも長く続きます。
これを使うものはほとんどありませんでしたが、2023 年、物理学でもっとも語られる単位のひとつになりました。四つの大陸で独立に研究を進めていた複数のパルサータイミングアレイの共同研究が、ナノヘルツ 帯における重力波の背景放射の証拠を報告したのです。この信号は、宇宙の歴史全体にわたって、合体した銀河の中心でたがいをめぐる超大質量ブラックホールの対から来ているように見えます。
測定の手法は見事なものです。ミリ秒パルサーは、毎秒何百回も自転する中性子星で、地球を掃くビームを放ちます。その規則正しさは並外れており、原子時計に肩を並べるほどです。銀河を通り抜ける重力波は、地球と各パルサーとのあいだの空間を伸ばし縮めし、パルスの到達時刻を数百 ナノ秒 だけずらします。数十個のパルサーを 20 年にわたって見張り、それらのあいだの特定の相関の型を探すことで、天文学者は波長が光年で測られる波を検出します。
この周波数では、どんな装置もほかのやり方では働けません。検出器は、探そうとする波長に見合った大きさでなければならず、1 ナノヘルツ の重力波の波長は数十光年に及びます。銀河そのものが装置であり、パルサーはその目盛りです。
この単位がほかに現れるのは、自然の周期のうちもっとも遅いものだけです。地球の地軸の歳差はおよそ 2 万 6000 年、すなわちおよそ 1.2 ナノヘルツ です。氷期の歩みを刻む離心率と地軸の傾きと歳差の軌道要素の変動、いわゆるミランコビッチ周期は、およそ 0.5 ナノヘルツ からその 10 分の 1 までにわたります。
ナノヘルツ より下では、振動数という概念そのものが窮屈になります。ひと巡りを見届けられるほど長く観測されたものが何もなく、値は数えられるのではなく理論から導かれるからです。
1 ナノヘルツ は、0.000000001 ヘルツ、10 億秒に 1 サイクル、0.001 マイクロヘルツ に等しくなります。
キロヘルツは、1000 ヘルツ にあたる振動数の単位です。記号は kHz です。人の聴覚の上のほうと、電波の周波数帯のいちばん下のほうを覆っており、そのためまったく異なる二つの技術が出会う場所になっています。
音がここに住んでいます。若い人の聴覚の上限はおよそ 20 キロヘルツ で、話し言葉の聞き取りやすさを支える周波数は 1 から 4 キロヘルツ のあたりに集まります。デジタル音声は、コンパクトディスクでは 44.1 キロヘルツ、映像の作業では 48 キロヘルツ で標本化されます。これらの値が選ばれたのは、標本化定理が、再現したい最高周波数の 2 倍を超える速さを要求するからで、そこに濾波のための余裕が足されています。
放送はこの範囲から始まりました。長波は 148 から 283 キロヘルツ、中波すなわち AM 帯は 526 から 1606 キロヘルツ です。これら低い周波数は地表に沿って伝わり、夜間は電離層で反射するため、1 つの送信所から数百から数千 キロメートル に届きます。だからこそ最初の全国放送を担い、今日でも海上と航空の航行用ビーコンに使われています。
潜水艦との通信は、さらに低い周波数を使います。海水が電波のエネルギーを吸収し、数 キロヘルツ 以下の信号でなければ数メートルより深くは届かないからです。海軍の超長波送信所が巨大な空中線群を占めているのはこのためで、その分だけ伝送できる情報量はごくわずかになります。
医用画像の超音波は可聴域よりはるかに上、メガヘルツ の領域にありますが、工業用の超音波洗浄や動物よけの装置は 20 から 80 キロヘルツ で働きます。人に聞こえる範囲のすぐ上です。コウモリの反響定位も同じ領域にあり、およそ 20 から 100 キロヘルツ をはるかに超えるところまで及びます。
古い計算機のクロック周波数は キロヘルツ でした。初代 Apple II の処理装置は 1 メガヘルツ 強で動きましたが、最初期のマイクロプロセッサーや多くのマイクロコントローラーは、速さより低消費電力が大事な場面で、いまも数百 キロヘルツ で動いています。
電子 の 音 は、この 範囲 の 特定 の数値を 日常 に持ち込みました。コンパクト ディスク は 44.1 キロヘルツ で 標本 を採ります。標本 の 定理 が、再生 したい いちばん 高い 周波 数 の 二 倍 より 上 を求め、20 キロヘルツ の 二 倍 が、それ より 上 を取り除く 濾波 器 に 余裕 を残すからです。仕事 として の 録音 は 映像 に合わせて 48 キロヘルツ を、仕上げ に 96 や 192 を よく 用います。電話 は はるか に 下 にあり、8 キロヘルツ で 標本 を採り、およそ 3.4 より 上 を切ります。ふつう の 電話 の 線 の 声 が、s と f を 聞き分け やすく する 擦れ の 音 を失う のはそのためです。
1 キロヘルツ は、1000 ヘルツ、0.001 メガヘルツ、1 ギガヘルツ の 100 万分の 1 に等しくなります。