Que mesure la fréquence d'un signal ? Le taux de répétition
Définition
La fréquence (f) mesure combien de fois un événement périodique se répète par unité de temps. Pour un signal électrique, c'est le nombre de cycles complets de la forme d'onde par seconde.
f = 1 / T (T = Période, temps pour un cycle)
Unité : Hertz (Hz)
- 1 Hz = 1 cycle par seconde.
- kHz = 10³ Hz, MHz = 10⁶ Hz, GHz = 10⁹ Hz, THz = 10¹² Hz.
Qu'est-ce qui se répète ? (Manifestations physiques)
| Type signal | Grandeur qui se répète | Plage fréquence | Perception / Usage |
|---|---|---|---|
| Onde sonore (Acoustique) | Variation pression air | 20 Hz – 20 kHz | Hauteur (440 Hz = La4) |
| Onde électromagnétique (Radio/Lumière) | Oscillation champs E & H | 3 kHz – 300 GHz (Radio), 430–750 THz (Lumière) | Canal (FM 88–108 MHz), Couleur |
| Tension/Courant (Circuit) | Cycle polarité / magnitude | CC (0 Hz) – GHz | Réseau (50/60 Hz), Horloge (MHz/GHz), Données (Bauds) |
| Horloge numérique | Transition niveau logique (0→1→0) | kHz – 5+ GHz | Vitesse CPU, Débit bus |
| Vibration mécanique | Déplacement / Accélération | 0,1 Hz – 100 kHz | Santé machine, Sismique |
Pourquoi la fréquence est LE paramètre central
- Filtrage : Circuits répondent différemment selon fréquences (impédance L, C ∝ f).
- Bande passante : Capacité information ∝ Bande passante (Shannon-Hartley).
- Résonance : Systèmes stockent énergie aux fréquences naturelles (antennes, circuits accordés, acoustique).
- Effet de peau : Rac conducteur ∝ √f.
- Rayonnement : Taille antenne ∝ λ = c/f.
- Sécurité : Absorption tissus (DAS) dépendante fréquence (RF).
Vue domaine fréquentiel
Transformée de Fourier décompose tout signal en composantes sinusoïdales fréquentielles. Spectre = Amplitude/Phase vs Fréquence. C'est ainsi qu'on analyse, conçoit, régule signaux (FFT, Analyseur spectre, Waterfall).
Fréquences de référence courantes
- Réseau électrique : 50 Hz (Europe/Asie) / 60 Hz (Amériques).
- CD Audio : 44,1 kHz échantillonnage (Nyquist → 22,05 kHz bande passante).
- Ultrasons : >20 kHz (nettoyage, télémétrie, imagerie médicale 2–18 MHz).
- Radio AM : 530–1700 kHz (GO).
- Radio FM : 88–108 MHz (VHF).
- Wi-Fi : 2,4 GHz, 5 GHz, 6 GHz (bandes ISM).
- 5G NR : <6 GHz (FR1), 24–52 GHz (FR2 ondes millimétriques).
- Lumière visible : 430 (Rouge) – 750 (Violet) THz.
La fréquence est l'ADN d'un signal — elle définit son comportement dans circuits, propagation, et interaction avec la matière.