Tần số là gì? Những thông tin cơ bản về tần số

1. Tần số là gì?

Tần số là số lần của một hiện tượng lặp lại trên một đơn vị thời gian.
Để tính tần số, chọn một khoảng thời gian, đếm số lần xuất hiện của hiện tượng trong thời gian ấy, rồi chia số này cho khoảng thời gian đã chọn.
Như vậy đơn vị đo tần số là nghịch đảo đơn vị đo thời gian. Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị này là Hz đặt tên theo nhà vật lý Đức, Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz cho biết tần số lặp lại của sự việc đúng bằng 1 lần trong mỗi giây:
1 Hz = 1 / s
Một số loại đơn vị khác của tần số là:
Số vòng quay một phút (rpm) (revolutions per minute): dùng cho tốc độ động cơ,…
Số nhịp đập một phút (bpm) (beats per minute): dùng cho nhịp tim, nốt nhạc trong âm nhạc,…
Tần số trong tiếng anh thường được gọi là Frequency, trong một vài trường hợp thì tần số còn được gọi là Pules. Nếu như ta có tần số là 60 Hz thì cũng có tấn số tương ứng là 60 Pules.

Hình 1. Sóng điều hòa với tần số khác nhau

2. Những thông tin cơ bản về tần số

2.1. Những khái niệm liên quan:

Hertz (Hz): một hertz bằng một chu kỳ mỗi giây.
Chu kỳ: một làn sóng hoàn chỉnh của dòng điện xoay chiều hoặc điện áp.
Luân phiên: một nửa chu kỳ.
Thời gian: thời gian cần thiết để tạo ra một chu kỳ hoàn chỉnh của dạng sóng.
Tần số âm thanh: 15 Hz đến 20 kHz (phạm vi thính giác của con người).
Tần số vô tuyến: 30-300 kHz.
Tần số thấp: 300 kHz đến 3 megahertz (MHz).
Tần số trung bình: 3-30 MHz.
Tần số cao: 30-300 MHz.
Tần số thường được sử dụng để mô tả hoạt động thiết bị điện. Dưới đây là một số dải tần suất phổ biến:
Tần số dòng điện (thường là 50 Hz hoặc 60 Hz).
Các ổ đĩa biến tần, thường sử dụng tần số sóng mang 1-20 kilo hertz (kHz).
Mạch và thiết bị thường được thiết kế để hoạt động ở tần số cố định hoặc biến đổi. Thiết bị được thiết kế để hoạt động ở tần số cố định hoặc linh động nếu hoạt động ở tần số khác với tần số được chỉ định.

2.2. Tần số liên hệ với chu kì:

Tần số có thể tính qua liên hệ với chu kỳ, thời gian giữa hai lần xuất hiện liên tiếp của sự việc. Tần số f bằng nghịch đảo chu kỳ T:
f = 1 / T

2.3. Tần số trong chuyển động sóng:

Trong chuyển động sóng, tần số là số lần quan sát thấy đỉnh sóng tại một điểm trong một đơn vị thời gian. Tần số sóng âm trong âm nhạc còn được đặc trưng bởi nốt nhạc.
- Liên hệ với bước sóng:
Bước sóng của sóng bằng chu kỳ nhân vận tốc sóng. Do vậy tần số f bằng vận tốc sóng v chia cho bước sóng λ:
f = v / λ
- Trong các môi trường truyền sóng:
Khi sóng đi qua các môi trường khác nhau, tần số không thay đổi (nhưng vận tốc và bước sóng có thể thay đổi).

Hình 2. Tần số trong chuyển động sóng

2.4. Tần số quét màn hình

Cụm từ ” tần số quét ” có thể nói là xuất hiện khá nhiều trong các thông số kỹ thuật của thiết bị điện tử có dạng màn hình như tivi, smartphone, laptop, máy tính bảng,…Dù là màn hình LCD hay màn hình LED cũng đều có tần số quét.
Tần số quét của một màn hình có nghĩa là lượng khung hình có thể chạy trong vòng một giây. Như chúng ta đã biết thì các đoạn phim sẽ được phát thông qua việc lật khung hình. Lượng khung hình được lật càng nhiều và càng nhanh sẽ giúp cho chất lượng video được tốt hơn, cũng như các chuyển động trong video cũng sẽ mượt mà hơn rất nhiều. Giả sử chúng ta thường có các loại tần số quét màn hình như 60Hz, 120Hz, 144Hz,…điều này có nghĩa là các loại màn hình này sẽ có số khung hình chạy lần lượt là 60, 120, 144,…trên một giây.

Hình 3. Tần số quét màn hình

2.5. Tần số âm thanh nghe được

Âm thanh là một dạng năng lượng được cảm nhận bởi thính giác của con người thông qua việc cảm nhận sóng lan truyền trong không gian và được nhận với màng nhĩ. Thông thường thì con người chúng ta sẽ có thể nghe được âm thanh trong khoảng 20 - 20000HZ. Dãy tần này có một số đặc điểm như sau:
- Tần số dưới 20Hz được gọi là hạ âm, chúng ta hoàn toàn có thể cảm nhận được mức tần số này nhưng không thể nghe được chúng.
- Tần số trên 20000Hz được gọi là siêu âm, cũng tương tự như hạ âm thì chúng ta vẫn có thể cảm nhận được mức tần số này nhưng không thể nghe được.
Sẽ có một số người có khả năng nghe được âm thanh trong khoảng 20 - 20000Hz và hơn cả thế. Đó là do cơ địa cũng như họ có cấu tạo màng nhĩ đặc biệt khiến họ có ngưỡng nghe cao hơn.

Hình 4. Tần số âm thanh nghe được

2.6. Tần số dòng điện là gì?

Các thiết bị điện gia dụng hiện nay như nồi cơm, tivi, tủ lạnh, bàn ủi, máy giặt, máy lạnh,… đều thường để thông số trên thiết bị là 220V - 60Hz hay 220V - 50HZ. Tại Việt nam, mạng lưới điện sử dụng dân dụng sẽ có tần số là 50Hz. Tức là với khoảng thời gian là 1/50s thì dòng điện sẽ quay về trạng thái ban đầu của nó, và nói một cách khác thì trong một giây dòng điện sẽ được lập lại khoảng 50 lần.
- Tần số dòng điện 1 chiều:
Biên độ của dòng điện một chiều theo nghiên cứu thì chúng sẽ có một đường thẳng có cường độ không thay đổi theo thời gian và đi theo một hướng nhất định nào đó. Và chính vì thế mà tần số của dòng điện một chiều sẽ có giá trị là 0. Các ứng dụng cụ thể của dòng điện một chiều như ắc quy, pin dùng để khởi động ô tô, chiếu sáng, các thiết bị lập trình tín hiệu trong công nghiệp,…
- Tần số dòng điện xoay chiều:
Biên độ của dòng điện xoay chiều sẽ có hình dáng là một hình sin di chuyển đối xứng với nhau với nửa chu kì dương và nữa chu kì âm. Và chính vì chúng di chuyển theo dạng hình sin nên chúng ta sẽ có tần số dòng điện xoay chiều là khác 0. Cụ thể thì ở Việt Nam sẽ có 2 dạng tần số dòng điện chính là 50Hz và 60Hz. Tương tự thì với tần số dòng điện 60Hz, khoảng thời gian là 1/60s thì dòng điện sẽ quay về trạng thái ban đầu của nó, và nói một cách khác thì trong một giây dòng điện sẽ được lập lại khoảng 60 lần.