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과학

스펙트럼

스펙트럼과학
영문명
Spectrum
대표 가로축
파장, 주파수, 에너지
대표 세로축
측정 신호의 세기 등
연구 분야
분광학과 신호 분석
스펙트럼은 신호가 파장이나 주파수 등 어떤 변수에 따라 어떻게 분포하는지 나타낸 것이다. 빛을 색으로 나눈 모습뿐 아니라 눈에 보이지 않는 전자기파와 소리 등의 분석에도 쓰인다.

축과 단위를 먼저 읽는다

스펙트럼을 비교하려면 가로축과 세로축의 물리량을 확인해야 한다. 같은 빛도 파장당 분포와 주파수당 분포는 변수 변환 때문에 그래프 모양이 단순히 좌우만 바뀌는 관계가 아니다.

측정 신호가 임의의 상대값인지 절대 단위로 보정된 값인지에 따라서도 비교 가능한 범위가 달라진다. 그림의 높은 봉우리를 곧바로 총에너지와 동일시할 수는 없다.

연속 분포와 선 또는 띠

넓은 구간에 걸친 연속적인 바탕 위에 좁은 방출선이나 흡수선이 나타날 수 있다. 분자의 여러 전이가 모이면 띠 형태의 구조를 보이기도 한다.

연속 스펙트럼과 선 스펙트럼은 실제 관측에서 함께 존재할 수 있다. 신호가 장치의 분해능보다 좁으면 장치의 응답 때문에 폭이 넓어져 기록될 수도 있다.

물질의 정보

원자와 분자는 에너지 상태에 따라 특정한 빛을 흡수하거나 방출한다. 여러 특징의 위치와 상대적인 세기를 비교하면 구성 성분과 물리적 상태를 추정할 수 있다.

같은 성분이라도 온도와 밀도, 주변 환경 및 측정 조건에 따라 신호가 달라진다. 한 줄의 색이나 한 개의 봉우리만으로 모든 정보를 확정하기 어렵다.

시간에 따른 신호와의 관계

소리처럼 시간에 따라 변하는 신호를 주파수 성분으로 분석한 결과도 스펙트럼이라고 부른다. 어떤 구간을 얼마나 길게 측정하는지가 분석 결과에 영향을 준다.

스펙트럼은 목적에 맞춰 정보를 표현하는 방법이다. 주파수 분포 하나만으로 원래 신호의 모든 시간적 특징이 언제나 복원되는 것은 아니다.

관련 문서

분광학 / 파장 / 진동수 / 소리 / 적색편이