キロヘルツからマイクロヘルツへの換算

キロヘルツ（kHz）について

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。

マイクロヘルツ（µHz）について

マイクロヘルツは、1 ヘルツ の 100 万分の 1 にあたる振動数の単位です。記号は µHz です。1 マイクロヘルツ は 100 万秒に 1 回、すなわち 11 日半あまりに 1 回の繰り返しにあたるので、この単位は、数週間、数か月、数年という尺度で繰り返す現象を測ります。

もっともよく使われるのは星震学です。恒星は振動しており、その振動数は、鐘の音の高さが形と厚みで決まるのと同じように、内部の構造によって決まります。太陽に似た恒星は数千 マイクロヘルツ で鳴り、赤色巨星は数十 マイクロヘルツ、もっとも大きく進化した星は 1 を下回ります。ケプラー や TESS といった宇宙望遠鏡は、明るさが 100 万分の数だけ変わるようすを見張ることで、何十万もの恒星についてこれらの振動数を測りました。

この手法は、ほかのどんな方法でも得られない量をもたらします。振動の スペクトル から、天文学者は恒星の質量と半径と年齢を導き出せます。恒星の年齢は、それ以外の方法ではほとんど決められません。惑星をもつ恒星の、したがってその惑星系の年齢が、今日こうして定められています。

重力波の天文学もこの帯域を求めています。計画中の宇宙重力波望遠鏡 LISA は、およそ 100 マイクロヘルツ から 1 ヘルツ のあいだで感度をもつ予定です。この範囲には、合体する超大質量ブラックホールと、私たちの銀河にある何千という近接した白色矮星の連星が含まれます。地上の検出器はこの周波数に届きません。地面の雑音に呑まれてしまうからです。

地球物理学は、もっとも遅い分潮にこの単位を用います。半月周期と 1 か月周期の太陰潮、半年周期と 1 年周期の太陽潮がそれで、あわせて長周期の変動を生み、潮汐の予報はこれを織り込まねばなりません。地球の自転軸のふらつきである極運動は 14 か月の周期をもち、これはおよそ 0.8 マイクロヘルツ にあたります。

気候と海洋の科学は、さらに低いところまで届きます。エルニーニョ・南方振動は 2 年から 7 年ごとに不規則に戻ってきますが、これは 0.01 マイクロヘルツ をはるかに下回ります。長い氷床コアの記録は、さらに遅い周期を解き明かします。

地球 そのもの が 教科書 の ような 例 を与えます。その 自転 の 軸 は およそ 433 日 の 周期 で 小さな 円 を さまよいます。1891 年 に見つかった チャンドラー の 揺れ であり、周波 数 で およそ 0.027 マイクロヘルツ です。これ を捉えるには 何 十 年 も の 位置 天文 の 仕事 が要りました。これ ほど 遅い 信号 は、多く の 周期 を観測して はじめて ゆっくり した ずれ と 分けられる からです。それ が この 帯 の 一般 の 制約 です。1 マイクロヘルツ での 測定 には、少なくとも 数百万 秒、できれば 数千万 秒 の 記録 が要り、装置 は その 資料 が読めるように なる まで 何 年 も 安定 していなければ なりません。ですから この単位は、速い 学問 ではなく 辛抱 強い 学問 の もの です。

1 マイクロヘルツ は、0.000001 ヘルツ、100 万秒に 1 サイクル、1000 ナノヘルツ に等しくなります。