頻譜

頻譜，又稱振動譜 ^[1]  。反映振動現象最基本的物理量就是頻率，簡單週期振動只有一個頻率。複雜運動不能用一個頻率描寫它的運動情況，如下圖1、圖2中左圖所示，而且我們也無法從振動圖形上定量描寫它們的特點，通常採用頻譜來描寫一個複雜的振動情況。任何複雜的振動都可以分解為許多不同振幅不同頻率的簡諧振動之和。為了分析實際振動的性質，將分振動振幅按其頻率的大小排列而成的圖象稱為該複雜振動的頻譜。振動譜中，橫座標表示分振動的圓頻率，縱座標則表示分振動振幅。對週期性複雜振動，其頻率為f，則按照傅里葉定理，由它所分解的各簡諧振動的頻率是f的整數倍，即為f，2f，3f，4f，…，其振動譜是分立的線狀譜，圖中每一條線稱為譜線。對於非週期性振動(如阻尼振動或短促的衝擊)，按照傅里葉積分，它可以分解為頻率連續分佈的無限多個簡諧振動之和。由於譜線變得無限多，這時振動譜不再是分立的線狀譜，各譜線密集使其頂端形成一條連續曲線，即形成所謂的連續譜，連續譜曲線即為各種譜線的包絡線;而它也有可能分解為頻率不可通約的許多簡諧振動而形成分立譜。 ^[1] 

圖1表示鋸齒形振動及振動譜。圖2表示阻尼振動及振動譜。 ^[1] 

信號頻譜概念微課講解視頻。 ^[2] 

信號頻譜的概念既包含有很強的數學理論（傅里葉變換、傅里葉級數等）；又具有明確的物理涵義（包括諧波構成、幅頻相頻等）。該視頻（不到20分鐘）囊括了信號頻譜的由來、發展、理論基礎、實際應用等，可自成一體。該視頻適合於不同背景的各類從業人員，幫助其在較短時間裏領略信號頻譜的精髓。

頻譜利用率定義為：

每小區每MHz支持的多少對用户同時打電話；而對於數據業務來講，定義為每小區每MHz支持的最大傳輸速率。在這裏，小區的頻率複用係數f非常重要：f越低，則意味着每小區可選的頻率自由度越大。在CDMA系統中，每個小區都可以重複使用同一頻帶(f=1)。在一個小區內對每個移動台的總干擾是同區內其他移動台干擾加上所有鄰區內移動台干擾之和。

模擬的自然光光譜圖案光譜，全稱為光學頻譜，是複色光通過色散系統（如光柵、稜鏡）進行分光後，依照光的頻率（或波長）的大小順次排列形成的圖案。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分，在這個頻率範圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜並沒有包含人類大腦視覺所能區別的所有顏色，譬如褐色和灰色。

複色光中有着各種頻率（或波長）的光，這些光在介質中有着不同的折射率。因此，當複色光通過具有一定幾何外形的介質（如三稜鏡）之後，頻率不同的光線會因出射角的不同而發生色散現象，投映出連續的或不連續的彩色光帶。

日光被三稜鏡分色這個原理亦被應用於著名的太陽光的色散實驗。太陽光呈現白色，當它通過三稜鏡折射後，將形成由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫順次連續分佈的彩色光譜，覆蓋了大約在300~750THz的可見光區。歷史上，這一實驗由英國科學家艾薩克·牛頓爵士於1665年完成，使得人們第一次接觸到了光的客觀的和定量的特徵。

1.按頻率區域

在一些可見光譜的紅端之外，存在着頻率更低的紅外線；同樣，在紫端之外，則存在有頻率更高的紫外線。對於紅外線和紫外線，我們視神經的共振頻率達不到這兩個極限，所以紅外線和紫外線都不能為肉眼所覺察，但可通過儀器加以記錄。因此，除可見光譜，光譜還包括有紅外光譜與紫外光譜。

2.按產生方式

按產生方式，光譜可分為發射光譜、吸收光譜和散射光譜。

有的物體能自行發光，由它直接產生的光形成的光譜叫做發射光譜。

發射光譜可分為三種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續光譜。線狀光譜主要產生於原子，由一些不連續的亮線組成；帶狀光譜主要產生於分子由一些密集的某個頻率範圍內的光組成；連續光譜則主要產生於白熾的固體、液體或高壓氣體受激發發射電磁輻射，由連續分佈的一切頻率的光組成。

太陽光光譜是典型的吸收光譜。因為太陽內部發出的強光經過温度較低的太陽大氣層時，太陽大氣層中的各種原子會吸收某些頻率的光而使產生的光譜出現暗線。在白光通過氣體時，氣體將從通過它的白光中吸收與其特徵譜線頻率相同的光，使白光形成的連續譜中出現暗線。此時，這種在連續光譜中某些頻率的光被物質吸收後產生的光譜被稱作吸收光譜。通常情況下，在吸收光譜中看到的特徵譜線會少於線狀光譜。

當光照射到物質上時，會發生非彈性散射，在散射光中除有與激發光頻率相同的彈性成分（瑞利散射）外，還有比激發光頻率高和低的成分，後一現象統稱為拉曼效應。這種現象於1928年由印度科學家拉曼所發現，因此這種產生新頻率的光的散射被稱為拉曼散射，所產生的光譜被稱為拉曼光譜或拉曼散射光譜。

3.按產生本質

按產生本質，光譜可分為分子光譜與原子光譜。

在分子中，電子態的能量比振動態的能量大50～100倍，而振動態的能量又比轉動態的能量大50～100倍。因此在分子的電子態之間的躍遷中，總是伴隨着振動躍遷和轉動躍遷的，因而許多光譜線就密集在一起而形成分子光譜。因此，分子光譜又叫做帶狀光譜。

在原子中，當原子以某種方式從基態提升到較高的能態時，原子內部的能量增加了，這些多餘的能量將被以光的形式發射出來，於是產生了原子的發射光譜，亦即原子光譜。因為這種原子能態的變化是非連續量子性的，所產生的光譜也由一些不連續的亮線所組成，所以原子光譜又被稱作線狀光譜。

無線電的頻譜資源也稱為頻率資源，通常指長波、中波、短波、超短波和微波。一般指9KHz－3000GHz頻率範圍內發射無線電波的無線電頻率的總稱。無線電頻率以Hz（赫茲）為單位，其表達方式為：

―― 3 000kHz以下（包括3 000kHz），以kHz(千赫茲)表示；

―― 3MHz以上至3 000MHz（包括3 000MHz），以MHz(兆赫茲)表示；

―― 3GHz以上至3 000GHz（包括3 000GHz），以GHz(吉赫茲)表示。

無線電頻譜劃分

這個頻段的幅度影響音色的表現力。如果這個頻段的幅度比較大，那麼解析好。這個頻段的成分中幅度不是很大，也就是説，強度不是很大，但是它對音色的影響很大，所以説它很寶貴、很重要。

它影響音色的冰涼度(冷感)。如果這個頻段的成分太少了，則音色會變温暖了；如果這頻段成分過高了，音色就變得冰冷。

這個頻段是人耳聽覺比較靈敏的頻段。這個頻段比較多，則音色將顯得比較圓潤、熱烈。表現力度就強，強度就大。如果這個頻段缺乏，其音色會變得冰冷、空虛；而如果這段頻率過強，其音色就會變得生硬、不自然。因為這個成分過強，其他成分相對的強度就變弱了，所以音色缺乏潤滑性。

如果長波段比較多，則音色會變得火熱，有空間感，因為整房間都有波長，而且都是長波區域；如果這個頻率成分多了，會使人自然聯想到房間的空間傳播狀態。如果這個頻率的成分缺乏，音色就會顯得蒼白、清冷；如果這個頻率的成分過多了，單元音就會顯得過於火爆。