Spectrum

Een spectrum (ook wel verloop genoemd) - (meervoud: spectra of spectrums) is een scala van opeenvolgende kleuren of geluiden of andere verscheidenheden. Deze term wordt vaak gebruikt in de natuurkunde.

Het kleurenspectrum

Spectrum van zichtbaar licht van 380 tot 780 nanometer

Isaac Newton gebruikte het Latijnse woord spectrum om de kleurenreeks te omschrijven die ontstond toen hij een bundel zonlicht door een glazen prisma liet vallen. In het Latijn betekent dit woord "verschijning" of "geest". Het kleurenspectrum bestaat uit de kleuren van de regenboog met de kleurenvolgorde rood-oranje-geel-groen-blauw-indigo-violet, die overeenkomt met dalende golflengte (stijgende frequentie) van de lichtgolven. Buiten het zichtbare licht zet het spectrum zich voort via ultraviolet, röntgenstraling naar gammastraling in de korte golflengtes en via infrarood en microgolven naar radiogolven in de lange golflengtes. Hoewel deze straling voor de mens niet zichtbaar is, wordt zij wel tot het spectrum gerekend.

dit is erg iritant vind niet?

maar ga toch door

Spectrum van een golfverschijnsel

Nauwkeuriger onderzoek toont aan dat de verschillende kleuren met verschillende intensiteit optreden naargelang de aard van de lichtbron, en wel zodanig dat het spectrum van de lichtbron als een "handtekening" wordt opgevat. Zo kan uit het lichtspectrum van een gloeiend gas de precieze chemische samenstelling van dat gas worden afgeleid, terwijl het spectrum van een gloeiend vast lichaam de temperatuur van dat lichaam verraadt.

Naar analogie wordt het woord spectrum thans algemener gebruikt voor de intensiteitsverdeling van eender welk golfverschijnsel over de mogelijke golflengtes.

Het spectrum van een golfverschijnsel is een beschrijving van de in het signaal voorkomende golflengtes en hun sterkte. Meestal wordt een spectrum weergegeven als een grafiek waarin op de verticale as de amplitude wordt uitgezet tegen de frequentie op de horizontale as. Een spectrogram laat in een 3-dimensionaal plaatje het verloop van het spectrum zien in de tijd.

Voor geluidsgolven spreekt men over een geluidsspectrum. Het geluidsspectrum vertelt bijvoorbeeld of er veel lage dan wel veel hoge tonen in een geluid voorkomen.

Voor zichtbaar licht (golflengte ruwweg tussen 380 en 780 nm) geeft het spectrum aan welke kleuren er in het licht voorkomen.

Zichtbaar licht zelf is een klein gedeelte uit het hele spectrum van typen van elektromagnetische straling, van gammastraling tot radiogolven, het zogenaamde elektromagnetisch spectrum.

Een spectrum kan een 'continu spectrum' zijn, dat wil zeggen dat alle golflengtes in een bepaald gebied voorkomen (bijvoorbeeld een gloeilamp heeft een continu spectrum waarin alle golflengtes van (infra)rood tot violet in meer of mindere mate voorkomen). Alternatief is een lijnenspectrum: een spectrum waarin enkele golflengtes een dominante rol spelen (het spectrum van een natriumlamp, de karakteristieke geel-oranje straatverlichting, is een lijnenspectrum, net zoals het spectrum van een tl-buis). Lijnenspectra van verschillende typen straling spelen een grote rol in de elementenanalyse.

Een combinatie van de twee spectrumtypen wordt gevormd als een continu spectrum op een materiaal valt dat specifieke lijnen absorbeert: er verschijnt dan een continu spectrum waaruit de specifieke lijnen ontbreken. Dit soort spectra wordt naast het nut voor atoomabsorptiespectrometrie vaak gebruikt in de astronomie, sterren worden o.a. ingedeeld naar hun spectraalklasse.

Voor geluid is "ruis" een typisch continu spectrum, en "muzieknoten" zijn typisch lijnspectra.

Een muzieknoot aangeslagen op een instrument, zoals een piano bestaat uit: een grondtoon of basis-frequentie en een aantal boven-tonen, die een geheel aantal malen de frequentie hebben van de grondtoon, maar de energie van hogere boventonen is omgekeerd evenredig met de frequentie. Men spreekt van: klankkleur, deze klankkleur ontstaat door het mengsel van grond- en boventonen plus de vele verschil-frequenties, want ook die worden waargenomen.

Spraak is een combinatie van tonen (de klinkers) en ruis (de medeklinkers).

Andere spectra

Soms wordt er voor een niet-golfverschijnsel ook over een spectrum gesproken (bijvoorbeeld een massaspectrum). In zo'n geval betreft het een analyse van het relatief voorkomen van de meetwaarde in een samengesteld signaal, voor een massaspectrum dus hoe vaak deeltjes worden waargenomen van verschillende massa.

De kwantummechanica verklaart het spectrum van een gloeiend gas in termen van de eigenwaarden van lineaire transformaties in Hilbertruimten. Hieruit is een hele reeks verschillende wiskundige "spectrum"begrippen afgeleid, waarvan sommige op het eerste gezicht erg ver van de natuurkunde lijken af te staan; zie spectrum (wiskunde).