ヘルツからギガヘルツへの換算

ヘルツ（Hz）について

ヘルツは、SI における振動数の単位で、毎秒 1 回の繰り返しにあたります。記号は Hz です。次元が時間の逆数にすぎない組立単位であり、ヘルツ で表した量は、あるものが 1 秒間に何回繰り返すかを数えたものです。

名はハインリヒ・ヘルツにちなみます。彼は 1886 年から 1889 年にかけて実験室で電波を発生させ検出し、光と電磁波が同じ現象であるというマクスウェルの予言を裏づけました。この単位が国際的に採用されたのは 1960 年で、それ以前のより字義どおりの 毎秒サイクル に取って代わりました。古い機器では今でもときおり見かけます。

音は目盛りの低いほうを占めます。人の聴覚はおよそ 20 ヘルツ から 20000 ヘルツ にわたりますが、上限は年齢とともに下がり、中年ではふつう 16000 ヘルツ をかなり下回ります。音楽の高さは振動数そのものです。中央のハ音の上のイ音は取り決めにより 440 ヘルツ と定められ、1 オクターブは 2 倍を意味しますから、同じ音名の 1 オクターブ上は 880 ヘルツ になります。

商用電源は、世界の大半で 50 ヘルツ、北米と日本の一部および南米の一部で 60 ヘルツ で交替します。この分かれ方は技術上のものというより歴史上のもので、19 世紀末の競合する機器規格に由来します。電源周波数に依存する機器や時計を、地域をまたいでそのまま持ち運べない理由もここにあります。

画面と計算機はこの単位を絶えず用います。60 ヘルツ で更新される表示は毎秒 60 回描き直され、より高い値は目に見える動きのぼやけを減らします。かつて メガヘルツ、いまは ギガヘルツ で示される処理装置のクロック周波数も、数えているものは同じです。内部のクロックが 1 秒に何回刻むか、ということです。

この単位は、波ではない周期的なものすべてにも当てはまります。毎分 60 拍の心拍は 1 ヘルツ、周期 1 秒の振り子は 1 ヘルツ で揺れ、回転する軸の毎秒回転数も同じように表されます。

1 ヘルツ は、毎秒 1 サイクル、1000 ミリヘルツ、1 キロヘルツ の 1000 分の 1 に等しくなります。

ギガヘルツ（GHz）について

ギガヘルツは、10 億 ヘルツ にあたる振動数の単位です。記号は GHz です。現代の無線通信と、いま使われているあらゆる計算機の内部クロックが置かれている領域であり、そこにあるもののほとんどは 1990 年代より前には日常のものではありませんでした。

無線 LAN はおもに 2.4 と 5 ギガヘルツ の二つの帯域を占め、6 の近くにより新しい帯域があります。2.4 ギガヘルツ 帯が混み合っているのは、ほとんどの国で免許なしに使え、Bluetooth や コードレス電話、電子レンジと共用しているからです。電子レンジが 2.45 ギガヘルツ で動くのは、その周波数で水の分子がよくエネルギーを吸収するためです。5 ギガヘルツ 帯はより多くのチャンネルと高い速度をもたらしますが、壁による吸収が強く、覆える範囲は狭くなります。

携帯電話はこの領域全体にまたがっています。以前の世代は、建物の奥や田園地帯まで届く到達距離を求めて 1 ギガヘルツ 未満の帯域を使いました。より新しい 1.8、2.6、3.5 ギガヘルツ の割り当ては、より短い距離により多くのデータを運びます。周波数が高いほど使える帯域幅は広がり、透過性は落ちます。網の世代ごとの設計は、つねにこの二つの事実のあいだの折り合いです。

計算機のクロック周波数は 2000 年ごろに ギガヘルツ の領域へ入り、その数年後に 4 の近くで止まりました。限界は熱にあります。消費電力は周波数とともに急に増え、およそ 4 ギガヘルツ を超えると通常の シリコン の処理装置は熱を捨てきれません。以後の性能の向上は、クロックを上げることではなく、コアを増やし、命令の発行を広げ、記憶階層を改善することから得られています。

衛星回線、レーダー、電波天文学もすべてここで働きます。気象レーダーはふつう 2.7 から 5.6 ギガヘルツ、航空管制のレーダーも似た帯域を使い、宇宙を満たす マイクロ波 背景放射は 160 ギガヘルツ 付近に山をもちます。地上の通信の範囲をはるかに上回る高さです。

24 ギガヘルツ 以上のミリ波の装置は、自動車の衝突回避レーダーや、携帯電話網でもっとも容量の大きい帯域に使われます。波長がきわめて短いので小さな空中線と巨大な伝送速度を実現できますが、雨や木の葉を含め、ほとんど何にでも遮られてしまいます。

1 ギガヘルツ は、10 億 ヘルツ、1000 メガヘルツ、0.001 テラヘルツ に等しくなります。