Frequenz

Frequenz bezeichnet in der Physik die Anzahl der wiederkehrenden Zyklen pro Zeiteinheit eines periodischen Vorgangs. Im SI-System ist die Einheit Hertz (Hz), definiert als ein Zykel pro Sekunde. Das Symbol f wird häufig verwendet, um die Frequenz eines Signals oder eines Oszillators zu bezeichnen.

Die Frequenz steht im Zusammenhang mit der Periode T durch f = 1/T. Die Winkelgeschwindigkeit ω = 2πf beschreibt die Änderung des Phasenwinkels pro Zeiteinheit; ω = dφ/dt gilt in vielen Anwendungen der Schwingungs- und Wellentheorie.

In der Physik treten Frequenzen in vielen Phänomenen auf: periodische Schwingungen wie die einer Saite, elektromagnetische Wellen wie Licht im sichtbaren Spektrum und akustische Signale wie Töne. Die Frequenz bestimmt beim Licht die Farbe; beim Ton die Tonhöhe.

In der Mess- und Signalverarbeitung werden Signale oft in den Frequenzbereich transformiert (Fourier-Transformation). Die Frequenzspektren zeigen, welche Frequenzen im Signal vorhanden sind. Die spektrale Dichte gibt an, wie die Leistung über Frequenzen verteilt ist.

Technische Anwendungen umfassen Abtastrate (Samplingfrequenz) in digitalen Systemen, Frequenzmultiplexing, Kommunikation, Navigation und Spektrumanalysen. Ein zentrales Konzept ist das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem: Die Abtastfrequenz muss mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste zu rekonstruierende Frequenz, um Aliasing zu vermeiden.