Au 17e siècle, le mot spectre a été introduit en optique par Isaac Newton, en référence à la gamme de couleurs observées lorsque la lumière blanche était dispersée à travers un prisme. Rapidement, le terme a fait référence à un tracé de l’intensité ou de la puissance de la lumière en fonction de la fréquence ou de la longueur d’onde, également connu sous le nom de tracé de densité spectrale.
Le terme spectre a été étendu pour s’appliquer à d’autres ondes, telles que les ondes sonores qui pouvaient également être mesurées en fonction de la fréquence, du spectre de fréquence et du spectre de puissance d’un signal. Le terme s’applique désormais à tout signal qui peut être mesuré ou décomposé le long d’une variable continue, comme l’énergie en spectroscopie électronique ou le rapport masse/charge en spectrométrie de masse. Le spectre est également utilisé pour désigner une représentation graphique du signal en fonction de la variable dépendante.
Spectre électromagnétiqueModifier
Le spectre électromagnétique fait référence à la gamme complète de toutes les fréquences du rayonnement électromagnétique et aussi à la distribution caractéristique du rayonnement électromagnétique émis ou absorbé par cet objet particulier. Les appareils utilisés pour mesurer un spectre électromagnétique sont appelés spectrographe ou spectromètre. Le spectre visible est la partie du spectre électromagnétique qui peut être vue par l’œil humain. La longueur d’onde de la lumière visible est comprise entre 390 et 700 nm. Le spectre d’absorption d’un élément chimique ou d’un composé chimique est le spectre des fréquences ou des longueurs d’onde du rayonnement incident qui sont absorbées par le composé en raison des transitions électroniques d’un état d’énergie inférieur à un état d’énergie supérieur. Le spectre d’émission désigne le spectre des radiations émises par le composé en raison des transitions électroniques d’un état d’énergie supérieur à un état d’énergie inférieur.
La lumière provenant de nombreuses sources différentes contient diverses couleurs, chacune ayant sa propre luminosité ou intensité. Un arc-en-ciel, ou prisme, envoie ces couleurs composantes dans différentes directions, les rendant individuellement visibles sous différents angles. Un graphique de l’intensité en fonction de la fréquence (montrant la luminosité de chaque couleur) constitue le spectre de fréquence de la lumière. Lorsque toutes les fréquences visibles sont présentes de manière égale, la couleur perçue de la lumière est blanche, et le spectre est une ligne plate. Par conséquent, les spectres à ligne plate en général sont souvent qualifiés de blancs, qu’ils représentent la lumière ou un autre type de phénomène ondulatoire (le son, par exemple, ou la vibration d’une structure).
En radio et en télécommunications, le spectre de fréquences peut être partagé entre de nombreux diffuseurs différents. Le spectre radio est la partie du spectre électromagnétique correspondant aux fréquences inférieures à 300 GHz, ce qui correspond à des longueurs d’onde supérieures à environ 1 mm. Le spectre des micro-ondes correspond aux fréquences comprises entre 300 MHz (0,3 GHz) et 300 GHz et aux longueurs d’onde comprises entre un mètre et un millimètre. Chaque station de radio et de télévision émet une onde sur une gamme de fréquences assignée, appelée canal. Lorsque de nombreux diffuseurs sont présents, le spectre radioélectrique est constitué de la somme de tous les canaux individuels, chacun transportant des informations distinctes, réparties sur un large spectre de fréquences. Tout récepteur radio particulier détecte une seule fonction d’amplitude (tension) en fonction du temps. La radio utilise alors un circuit accordé ou tuner pour sélectionner un seul canal ou une seule bande de fréquences et démoduler ou décoder les informations de ce diffuseur. Si nous faisions un graphique de la force de chaque canal en fonction de la fréquence du tuner, ce serait le spectre de fréquence du signal de l’antenne.
En spectroscopie astronomique, la force, la forme et la position des lignes d’absorption et d’émission, ainsi que la distribution spectrale globale de l’énergie du continuum, révèlent de nombreuses propriétés des objets astronomiques. La classification stellaire est la catégorisation des étoiles sur la base de leurs spectres électromagnétiques caractéristiques. La densité spectrale de flux est utilisée pour représenter le spectre d’une source de lumière, telle qu’une étoile.
En radiométrie et en colorimétrie (ou plus généralement en science des couleurs), la distribution de puissance spectrale (SPD) d’une source lumineuse est une mesure de la puissance apportée par chaque fréquence ou couleur dans une source lumineuse. Elle est généralement mesurée en des points (souvent 31) le long du spectre visible, dans l’espace des longueurs d’onde au lieu de l’espace des fréquences, ce qui fait qu’elle n’est pas strictement une densité spectrale. Certains spectrophotomètres peuvent mesurer des incréments aussi fins qu’un à deux nanomètres. Les valeurs sont utilisées pour calculer d’autres spécifications, puis tracées pour montrer les attributs spectraux de la source. Cela peut être utile pour analyser les caractéristiques de couleur d’une source particulière.
Spectre de masseEdit
Un tracé de l’abondance des ions en fonction du rapport masse/charge est appelé spectre de masse. Il peut être produit par un instrument de spectrométrie de masse. Le spectre de masse peut être utilisé pour déterminer la quantité et la masse des atomes et des molécules. La spectrométrie de masse en tandem est utilisée pour déterminer la structure moléculaire.
Spectre énergétiqueEdit
En physique, le spectre d’énergie d’une particule est le nombre de particules ou l’intensité d’un faisceau de particules en fonction de l’énergie des particules. Des exemples de techniques qui produisent un spectre d’énergie sont la spectroscopie des particules alpha, la spectroscopie de perte d’énergie des électrons et la spectrométrie d’énergie cinétique des ions analysée en masse.
Spectre discretEdit
En physique, notamment en mécanique quantique, certains opérateurs différentiels ont des spectres discrets, avec des écarts entre les valeurs. Les cas courants sont l’hamiltonien et l’opérateur de moment angulaire.
SpectrogrammeEdit
En acoustique, un spectrogramme est une représentation visuelle du spectre de fréquence du son en fonction du temps ou d’une autre variable.
Une source de son peut avoir de nombreuses fréquences différentes mélangées. Le timbre d’un son musical est caractérisé par son spectre harmonique. Le son dans notre environnement que nous appelons bruit comprend de nombreuses fréquences différentes. Lorsqu’un signal sonore contient un mélange de toutes les fréquences audibles, réparties de manière égale sur le spectre audio, il est appelé bruit blanc.
L’analyseur de spectre est un instrument qui peut être utilisé pour convertir l’onde sonore de la note musicale en un affichage visuel des fréquences constitutives. Cet affichage visuel est désigné sous le nom de spectrogramme acoustique. Les analyseurs de spectre audio basés sur des logiciels sont disponibles à faible coût, ce qui permet un accès facile non seulement aux professionnels de l’industrie, mais aussi aux universitaires, aux étudiants et aux amateurs. Le spectrogramme acoustique généré par l’analyseur de spectre fournit une signature acoustique de la note de musique. En plus de révéler la fréquence fondamentale et ses harmoniques, le spectrogramme est également utile pour l’analyse de l’attaque temporelle, de la décroissance, du maintien et du relâchement de la note de musique.