Föreställ dig att du är en ambulansförare och att du måste köra i hög hastighet längs gatorna i en storstad fylld med bilar. Föreställ dig nu att du är en av publiken på trottoaren. Du står vid korsningen och väntar på det ögonblick då det går att korsa gatan. Men först måste du hoppa över racingambulansen.
Bruset från hennes siren hörs på avstånd. Men det konstiga är att ju närmare en bil med rött kors kör upp, desto högre blir ljudet från en sirene. När bilen börjar röra sig upprepas samma sak, men tvärtom. När bilen rör sig bort blir ljudet från sirenen lägre och lägre tills den försvinner helt. Samtidigt märker inte ambulansföraren några förändringar. För honom förändras inte ljudkvaliteten.
Men en extern observatör hör hur tonhöjningen stiger och hur tonaliteten minskar med avståndet. Ljudvågor sprider sig i luften på samma sätt som havsvågor på vattenytan.
Så vad som egentligen händer. Vem hör rätt? En förare eller en fotgängare? Förändras sirenens ljud? Båda har rätt. Mer exakt gör ingen fel: både föraren och fotgängaren hör exakt vad de borde höra. Skillnaden i uppfattning beror på Doppler-effekten. Det vi hör som ljud är faktiskt vågor som sprider sig genom luften.
Sirenen får luftmolekyler att vibrera. Ljudvågor sprider sig i luften på samma sätt som havsvågor på vattenytan.En våg är ett område med sällsynthet, som sedan blir ett område med kompression. Processen upprepas många gånger på en sekund och sprider sig. Det här är ljudvågen. Ju närmare samma delar av vågorna är varandra, desto högre ljud, det vill säga desto större är frekvensen.
I vårt fall när den "snabba" vågen närmar sig, blir ljudvågorna närmare varandra för fotgängare, eftersom bilens rörelse och ljudet läggs upp. Ju mindre avståndet mellan ljudvågorna, desto högre frekvens och desto högre ljudton. När maskinen tas bort blir avståndet mellan vågorna med ökande avstånd mer och mer, det vill säga frekvensen minskar gradvis och ljudet blir lägre. Människorna i bilen och ljudkällan är rörliga i förhållande till varandra. Därför inträffar inga förändringar i tonalitet. För att höra förändringar i tonalitet måste lyssnaren och ljudkällan röra sig relativt varandra.
Dopplereffekt inte bara i ljudvågor
Ta ljusvågor som ett exempel. Om en gul lampa installerades i stället för en sirene på en ambulans, då när man närmar sig observatören skulle lampans spektrum förskjutas till den blå sidan, och när den tas bort, till den röda. Med de vanliga fenomenen som omger oss är förskjutningshastigheterna relativt låga, så vi märker inte förändringar i ljusspektrumet. Men om hastigheten på ambulansen närmade sig ljusets hastighet eller jämförbar med den, så märker vi de önskade förändringarna.
Frekvens är antalet vågkammar som har passerat genom en specifik punkt på en sekund. Ju högre frekvens, desto högre tonalitet i ljudet eller desto mer blått blir ljuset.Föraren i detta fall skulle se ett gult ljus ständigt falla på vägen. Men en rörlig maskin komprimerade vågorna framför sig själv och observatörer som var rörliga när de närmade sig en ljuskälla skulle se en förskjutning av ljusspektrumet mot högfrekvensblå sidan. När bilen rör sig, skulle observatören märka färgen på ficklampan återgå från blått till gult. Gradvis skulle denna färg bli röd och försvinna över horisonten.
